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　　科學(xué)時(shí)報：汶川地震研究發(fā)現可信前兆異常前后

　　“5·12”汶川地震讓十幾億中國人沉浸在失去同胞的痛苦中。時(shí)隔一年半，傷痛仍未撫平，新的痛苦又開(kāi)始在海地上演。地震災害一再侵襲人們的正常生活，讓大批無(wú)辜的生命消失在地震廢墟中。人們在悲痛之余，不禁又將汶川地震時(shí)爭論不休的話(huà)題再次提起：地震真的不能預報嗎？

　　近日，中國地震局地殼應力研究所研究員邱澤華在其博客上發(fā)表了一篇博文《我們應該能預報大地震》。邱澤華為何能出此驚人之語(yǔ)？帶著(zhù)好奇心，記者走訪(fǎng)了相關(guān)人士。

　　實(shí)證研究：汶川地震有可信前兆異常

　　在眾多科學(xué)家認為地震不可預報或者從目前來(lái)看預報的可能性很小時(shí)，邱澤華從2009年2月到今年1月14日在其博客中發(fā)表了20多篇關(guān)于地震預報的博文。今年1月14日，他更是直接發(fā)表博文稱(chēng)，“……我內心深處有這樣的信念：我們應該能預報大地震……”

　　邱澤華說(shuō)：“這種信念來(lái)自唐山地震的觀(guān)測資料，來(lái)自烏恰地震的觀(guān)測資料，更來(lái)自汶川地震的觀(guān)測資料。從這些觀(guān)測資料中，我們已看到大地震的應力——應變前兆異常變化。只要再觀(guān)測到類(lèi)似的變化，我們就有理由提出預報�！�

　　1976年，唐山地震前震中地區、坐落在斷裂帶上的兩個(gè)鉆孔應力臺——陡河鉆孔應力臺和趙各莊鉆孔應力臺，觀(guān)測到互相可比的、與地面形變數據配套的異常應力變化，邱澤華由此認為，大地震震中地區鉆孔應變儀可以觀(guān)測到地震前的前兆變化，并據此撰文，于1992年在《中國地震》上發(fā)表；1998年，他又在《美國地震學(xué)會(huì )會(huì )刊》上發(fā)表英文論文。

　　然而，由于當時(shí)的觀(guān)測儀器很簡(jiǎn)單，分辨率很低，也無(wú)法標定，只能看出曲線(xiàn)的變化，無(wú)法說(shuō)明曲線(xiàn)變化幅度的大小。邱澤華也無(wú)法進(jìn)行更深入的研究，他的這些研究并沒(méi)有引起太多的關(guān)注。

　　“十五”期間，我國的鉆孔應變觀(guān)測臺網(wǎng)得到迅速發(fā)展，中國地震學(xué)會(huì )地震觀(guān)測技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì )委員池順良研制的四分量鉆孔應變儀在全國布設了40套。然而，令人遺憾的是，所有鉆孔應變觀(guān)測點(diǎn)都距離汶川地震的震中區相當遠，使用常規的分析方法根本識別不出明顯、可靠的前兆信號。

　　“5·12”汶川地震爆發(fā)前，池順良便觀(guān)測到位于四川省康定縣境內姑咱臺的鉆孔應變儀連續一年多出現頻繁的周期為分鐘或小時(shí)的脈沖變化，因為這些變化精確地滿(mǎn)足觀(guān)測數據自檢條件，池順良認為這是一種地震前兆異常。這一提法在震后再一次引發(fā)了地震界對大地震能不能成功預報的爭論，爭論的焦點(diǎn)是汶川地震之前到底有沒(méi)有異常信號？姑咱臺觀(guān)測的脈沖變化是否是可靠的汶川地震前兆信號？如何進(jìn)行定量的描述？有無(wú)地震預報的參考價(jià)值？

　　在汶川地震過(guò)后的一年半中，姑咱臺的鉆孔應變觀(guān)測數據又慢慢開(kāi)始恢復正常，脈沖、毛刺和畸變又逐漸消逝，固體潮曲線(xiàn)又開(kāi)始恢復正常。據此，池順良認為，地震就是地殼巖層中彈性應變能的釋放，地層應變是把握地震孕育過(guò)程最直接的觀(guān)測量。我國鉆孔應變觀(guān)測臺網(wǎng)第一次在一個(gè)觀(guān)測點(diǎn)上捕捉到了一次特大地震近場(chǎng)應變經(jīng)歷“平穩——紊亂——恢復平穩”變化的完整過(guò)程。這在國際上也是第一次。

　　對有關(guān)爭論，邱澤華沒(méi)有立即作出自己的結論，而是對池順良所說(shuō)的“毛刺”異常進(jìn)行了詳細研究，在震后用常規方法無(wú)法看出明顯異常的情況下，他帶領(lǐng)研究組的其他研究人員嘗試著(zhù)用新的方法重新處理數據。2009年，邱澤華等研究人員在2009年第四期的《大地測量與地球動(dòng)力學(xué)》上發(fā)表論文《用超限率分析法研究汶川地震的前兆應變變化》。

　　“我們最終基本確認汶川地震前姑咱臺鉆孔應變儀觀(guān)測到的頻繁的脈沖變化，是地震前兆信號”，“姑咱臺觀(guān)測到的地震前兆異常變化與巖石破裂前的聲發(fā)射現象有可比性，可能反映了地震前小尺度的巖層破裂”。簡(jiǎn)而言之，“我們終于發(fā)現了汶川地震的可信的前兆異�！�，邱澤華說(shuō)。

　　而另一發(fā)現也給邱澤華的信心添分。邱澤華近來(lái)在由新疆地震局主辦的《內陸地震》找到了一篇關(guān)于1985年發(fā)生的烏恰地震的文章。1985年8月23日，烏恰爆發(fā)7.1級地震，距離震中僅30公里、位于地震斷裂上的喀什觀(guān)測臺捕獲到了烏恰地震前的異常信息。其基本特征同樣是逐漸增強的脈沖變化。

　　“只要再觀(guān)測到類(lèi)似的變化，我們就有理由提出預報�！鼻駶扇A認為。

　　大地震預測：審慎而樂(lè )觀(guān)

　　盡管關(guān)于姑咱臺觀(guān)測到的脈沖變化是不是可靠的汶川地震前兆信號至今仍有爭議，但已有越來(lái)越多的專(zhuān)家在研究這一現象。

　　據悉，汶川地震后，我國材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域著(zhù)名專(zhuān)家金日光教授受材料斷裂力學(xué)啟發(fā)，根據地殼斷裂流變動(dòng)力學(xué)和群子統計力學(xué)，對中國地震臺網(wǎng)中心提供的鉆孔應變、重力、傾斜等觀(guān)測數據進(jìn)行了細致處理和識別分析，也得出了姑咱臺的應變數據反映了汶川地震孕震過(guò)程的結論，并且發(fā)現汶川地震的孕震過(guò)程和臨震前兆在全國30多個(gè)鉆孔應變臺站中的十幾個(gè)臺站上都有明顯反映，并在此研究基礎上撰寫(xiě)出版了80多萬(wàn)字的學(xué)術(shù)專(zhuān)著(zhù)《地震前兆識別與地震災害預警——地殼斷裂流變動(dòng)力學(xué)的形成與應用》。

　　地震是否有前兆是一個(gè)問(wèn)題，這些前兆能否幫助人們預測地震則是另一個(gè)問(wèn)題。姑咱臺記錄到的這種應變前兆只是“個(gè)例”。有沒(méi)有普遍性，或者說(shuō)，這種應變前兆是否是“確定性地震前兆”呢？

　　池順良認為，從統計學(xué)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，如果想回答這個(gè)問(wèn)題，需要經(jīng)歷多次大地震的檢驗，才能從統計上得出結論�！敖�(jīng)歷了唐山、汶川慘劇，我們不能再聽(tīng)任破壞性大地震施虐，靠一次次的慘劇來(lái)擴大統計樣本。必須充分利用40年寶貴的實(shí)踐資料及數據，對地震過(guò)程進(jìn)行科學(xué)認識，用科學(xué)分析來(lái)解答這一問(wèn)題�！背仨樍颊f(shuō)，“姑咱臺的記錄數據中包含了大量信息，與汶川地震孕震過(guò)程有關(guān)的信息正在被逐步認識�！�

　　池順良認為，這種應變異常具有近距性(或定域性)，只出現在鄰近大地震震中地區，地震三要素中的地點(diǎn)、震級兩個(gè)要素就有了線(xiàn)索。因此，只要臺網(wǎng)布設密度適當，大地震前人們就能獲得預警信號。

　　邱澤華也認為，姑咱臺探測到了汶川大地震清晰的、長(cháng)時(shí)間的應變前兆，為大地震的預測提供了新思路和新方法，這一方法對于解決7級以上的大地震的預報問(wèn)題有重要的借鑒意義。

　　中國工程院院士許紹燮在接受《科學(xué)時(shí)報》采訪(fǎng)時(shí)也表示，池順良與邱澤華的工作是地震預報工作的一個(gè)重要進(jìn)展，對于利用應用應變方法來(lái)研究地震預報問(wèn)題是一個(gè)值得深入研究的新方法。許紹燮同時(shí)指出，就此認為地震預報就取得突破為時(shí)過(guò)早，尤其將地震的實(shí)質(zhì)和核心問(wèn)題歸于地應力的變化的說(shuō)法把地震問(wèn)題總結得過(guò)于簡(jiǎn)單。

　　“汶川地震之后，之所以越來(lái)越多的人認為地震預報仍無(wú)法突破，正是因為人們對地震問(wèn)題依然沒(méi)有研究透徹�！辈贿^(guò)，許紹燮相信，隨著(zhù)人們對地震認識的加深，地震預報的難題終有一天會(huì )迎刃而解。

　　關(guān)鍵在于精確的觀(guān)測

　　“預報的基礎是地震前兆，而地震前兆的基礎是精確的觀(guān)測�！鼻駶扇A說(shuō)。 邱澤華認為，在分析地震前兆的涵義、提煉地震前兆的判據過(guò)程中，要確定一個(gè)難得的地震前兆異常需要多方面的保障：為了有正常背景，觀(guān)測必須連續、穩定，并且觀(guān)測點(diǎn)要足夠多；為了排除干擾影響，必須有相關(guān)的輔助觀(guān)測，并且了解觀(guān)測點(diǎn)周?chē)�的環(huán)境變化；為了揭示與地震的相關(guān)性，要增加觀(guān)測點(diǎn)、合理布局，并提高觀(guān)測的采樣率，等等。

　　分量鉆孔應變儀就是李四光倡導的地應力儀。1985年，我國四種鉆孔應變儀通過(guò)國家鑒定。關(guān)于鉆孔應變觀(guān)測技術(shù)，我國具有充分的自主知識產(chǎn)權，技術(shù)上處于前沿水平。邱澤華從日本東京大學(xué)地震研究所留學(xué)回國后，2000年起開(kāi)始負責地殼應力研究所的鉆孔應力應變觀(guān)測。而此時(shí)，所有觀(guān)測站的儀器已很落后，只有十幾個(gè)臺站在觀(guān)測，當時(shí)的說(shuō)法是讓其“自生自滅”。邱澤華回憶說(shuō)，其中一個(gè)主要問(wèn)題是，鉆孔應力應變觀(guān)測的到底是什么東西，說(shuō)是觀(guān)測應力，實(shí)際上可能有各種干擾，無(wú)法分辨。

　　2000年，美國啟動(dòng)了大的觀(guān)測計劃“板塊邊界觀(guān)測”(PBO)項目，他們采用了三種觀(guān)測手段：地震儀、GPS和鉆孔應變儀。邱澤華獲悉這個(gè)消息后，多方宣傳，得到研究所領(lǐng)導和其博導、中國科學(xué)院研究生院石耀霖院士的支持，在“十五”計劃制定過(guò)程中，積極向中國地震局呼吁鉆孔應變應力觀(guān)測的重要性。

　　2004年，我國“數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )”工程啟動(dòng)，決定在全國布設分量鉆孔應變儀。到2007年底，40套國產(chǎn)四分量鉆孔應變儀在全國布設完成。觀(guān)測點(diǎn)設備包括四分量應變探頭、水位氣壓輔助觀(guān)測探頭、采集控制機箱、網(wǎng)絡(luò )傳輸電路、全隔離供電電源、信號輸出隔離光纖等。實(shí)現了全自動(dòng)無(wú)人值守、網(wǎng)絡(luò )傳輸數據、臺網(wǎng)中心自動(dòng)調集全國數據等新技術(shù)，數據采樣率為每分鐘一次，整體技術(shù)達到國際先進(jìn)水平。

　　“歷史地看問(wèn)題，以往輕視地震前兆研究與觀(guān)測水平的低下有直接關(guān)系�！鼻駶扇A認為，在低分辨率、低采樣率、無(wú)輔助觀(guān)測、無(wú)對比觀(guān)測的條件下，研究人員得到的信息非常有限，無(wú)法對可能的觀(guān)測異常進(jìn)行深入的分析和研究，只能停留在“看曲線(xiàn)、識異�！钡臓顟B(tài)。近幾年，中國的前兆觀(guān)測實(shí)現了數字化，產(chǎn)生出一些比較連續、穩定的高精度、高采樣率的觀(guān)測資料。正是由于這種觀(guān)測技術(shù)的進(jìn)步，才使研究人員終于發(fā)現了比較可靠的、以往無(wú)法提取的汶川地震的前兆異常信號。

　　然而遺憾的是，我國的觀(guān)測點(diǎn)仍然太少，并且分布不夠合理，特別是在臺網(wǎng)設計上缺乏科學(xué)的整體思路。在提出應加緊在全國布設鉆孔應變密集觀(guān)測網(wǎng)的同時(shí)，邱澤華提出：“應沿主要地震斷裂帶布設觀(guān)測站點(diǎn)，不過(guò)從現實(shí)出發(fā)，不可能建太多觀(guān)測點(diǎn)，在監測區域劃定上可以綜合考慮歷史強震多發(fā)和人口設施稠密兩方面因素，并保證未來(lái)強震發(fā)生區(斷層破裂帶或余震分布區)內至少有一個(gè)觀(guān)測點(diǎn)�！�

　　“根據以往積累的震例觀(guān)測資料，在觀(guān)測點(diǎn)正常運行的前提下，這種布網(wǎng)是可能對強震作出有效預報的�！鼻駶扇A認為。

　　作者：張巧玲