地震预报与地震预警＊

李启成

（黑龙江科技学院，哈尔滨150027）

地震预报与地震预警＊

李启成

（黑龙江科技学院，哈尔滨150027）

在回顾了地震预报历史沿革的基础上，认为虽然地震预报的难度比较大，但成功地预报地震不是不可能的。地震预警系统已被实践证明是一套有效的避震措施，将在未来的防灾减灾工作中发挥巨大作用，但地震预警并不能代替地震预报。

地震；地震预报；预警

1 地震预报的历史沿革

地震是大地构造活动的结果，地震的发生必然和一定的构造环境有关。同时，地震不是孤立发生的，它只是整个构造活动过程中的一个事件，在这个事件之前，还会发生其他事件。如果能确认地震前所发生的事件，就可以利用它作为前兆来预报地震。另外，地震的发生又带有随机性，在不断积累的构造应力作用下，岩石在何时、何处发生破裂，决定于局部构造中的薄弱点及其性质，而对这些薄弱点的分布和性质常常不能清楚了解，此外，地震还可能受一些未知因素的影响。因此，预报地震有时就归结为估计地震发生的概率问题。根据以上这些考虑，地震预报方法大致可以分为3类：地震地质、地震统计和地震前兆［1］。以上3种思路都有片面性，都不能独立地解决地震预报问题。实际采取的是综合的办法，把3种不同思路所得放在一起对比参照，力求对未来的地震活动做出估计。

根据对地震规律的认识，预报未来地震的时间、地点和强度，这就是地震预报的3要素。实现地震预报的基础是认识地震孕育的物理过程及在此过程中地壳岩石物理性质和力学状态的变化。

地震预报按时间尺度可作4个层次的划分［2］：长期预报，是指对未来10年内可能发生破坏性地震地域的预报；中期预报，是指对未来1～2年内可能发生破坏性地震的地域和强度的预报；短期预报，是指对3个月内将要发生地震的时间、地点、震级的预报；临震预报，是指对10日内将要发生地震的时间、地点、震级的预报。

自20世纪60年代以来，日、美、前苏联和中国等国分别制定了开展地震预报研究的国家计划。

日本地震预报研究小组1962年提出初步方案，计划用10年时间集中收集基础资料，包括大地测量、地壳形变观测、地震仪器观测、地震波速度分析、活动断层的调查和测量、地磁观测以及地电观测等［3］。1978年，日本国会通过了《日本大地震对策特别措施法》，这是世界上第一次以法律形式提出的对于大地震的对策。1979—1983年日本的目标是：在继续改进和完善观测系统，加强长期地震预报研究的同时，重点抓关东南部及东海地区的短期前兆，使地震预报向实用化阶段过渡。

美国1965年9月以普雷斯为首的小组，曾提出一个地震预报和地震工程研究的10年计划，包括地震物理基础、地震工程、地震现场调查和新技术装备的研制［4］。1977年国会通过了《地震灾害减轻法案》。

前苏联从1948年10月5日阿什哈巴德地震后，开始提出地震预报课题［5］。20世纪60年代出现了一些把岩石破裂理论同地震学联系起来的研究工作，从物理学和数学上模拟震源过程，增进了对震源物理过程的理解。同时，十分注意地震前兆的野外观测，在地震活动性、纵波与横波速度比、震源机制、地电阻率、水氡含量变化等方面都取得了某些进展。在中亚和堪察加地区，根据多年观测，总结出一些预报指标，并利用它们进行试验性预报。

中国的地震预报研究从1956年开始，曾把地震预报列入国家长远科技规划项目中［6］。1958年也曾组织调查队到若干历史上有名的大地震现场，对地震前兆和有关现象进行了调查，大规模地开展地震预报研究则是在邢台地震以后［7－9］。1966年3月，河北邢台地区先后发生6.8级和7.2级地震，造成了巨大损失，引起政府高度重视。随后在国家科学技术委员会主持下，制定了地震研究的全面计划，立即开展地震预报试验，之后，加强了对全国地震工作的统一领导和管理。在各省（市）、自治区建立了规模不等的地震观测系统以及相应的地震研究和管理机构。

1965年，联合国教科文组织（UNESCO）曾委托国际地震学和地球内部物理学协会（IASPEI）组织工作组，召开过多次地震预报讨论会，负责联合不同国家，共同改进地震预报方法。

地震预报是世界难题［10］。第一，地球具有不可入性。我们对地下发生的变化，只能通过对地表的观测来推测以及用地震学方法计算得到；第二，地震孕育的复杂性。通过专家多年的研究，现在逐渐认识到地震孕育、发生、发展的过程十分复杂，在不同的地理构造环境、不同的时间阶段，不同震级的地震都显示出相当复杂的孕育过程；第三，地震发生是小概率事件。全球每年都有地震发生，有些还是比较大的地震。但是，对于一个地区来说，地震发生的重复性时间是很长的，几十年、几百年、上千年，要获得用于科学研究的大量信息，在有生之年非常困难。就现在来说，科研人员所做出的预报，特别是短临预报，主要是经验性的。

美国曾经遭遇了一次地震预报滑铁卢事件［11］。美国从20世纪60年代开始重视地震预报研究，起初信心十足。他们注意到，在加州帕克菲尔德的圣安德烈斯断层，大约平均每隔22年就会发生一次5～6级地震。于是，根据上一次地震发生在1966年，美国地质调查局的科学家在1985年发布预报，预报帕克菲尔德地区在1988年到1992年将会再次发生6级左右的地震。然而，预期的地震在预定时间内始终没有发生，一直拖到了2004年才姗姗来迟。而且，在断层附近密集的仪表网络系统中，科学家也始终没有找到这次地震的可确信前兆。

尽管地震预报具有复杂性，但经过广大地震工作者的艰苦努力，中国的地震预报已经取得了可喜的成绩。1975年2月4日海城7.3级地震时［8］，中国做出了成功的预报，这是人类历史上的第一次成功的地震预报。在其后又成功地预报了1976年5月29日云南龙陵7.3级地震和1976年8月16日、8月29日在四川松潘、平武之间发生的两次7.2级地震。最近十几年又有几次较好的地震预报实例。成功的地震预报不但极大地减轻了人员伤亡，而且具有明显的经济效益和社会效益。这些震例说明地震是有前兆的，是可以预报、可以预防的［9］。

1997年，美国《科学》（Science）杂志上发表了一篇论文《地震不能预报》［12］，文章对地震预报的极端悲观在地震学界激起了巨大的争议，其通讯作者日本东京大学地球物理学家盖勒（Geller）教授也立即成为了一个地震不能预报的代表性人物。

1999年，英国爱丁堡大学地质与地球物理系教授梅恩在英国《自然》（Nature）杂志的网站上发起了一场历时两个月的专题辩论［13］，探讨单个地震的准确、可靠的预报是否是一个现实的科学目标。如果不是，我们在试图达到地震发生过程的可预报性中还应该走多远。各国学者发表了自己的看法，而盖勒则陆续提交了多篇文章。这场辩论对后来很长时间的地震预报研究都产生了深远的影响。

在《地震不能预报》一文中，盖勒等人首先规范了地震预报的要求，即能够明确给出地震的时间、地点和震级。他同时强调，地震预报必须非常可靠、精确，以减少因预报错误而造成的各方面的损失。在随后的文章中，盖勒将他所指的预报限定为对即将来临的大地震的报警，也就是说，对地震风险的长期预报、或对余震可能性的统计性预报均不能分类为预报。

盖勒等人提出一个重要观点，即认为地球处在一种自组织临界状态，任何小地震都有可能发展成为一次大地震。实际上，关于地震是否能够预报，在盖勒等人的文章之前已经有了几十年的争论，而地球处于自组织临界状态在20世纪90年代之前便有人提出，并据此提出地震不可预报的观点。

但是，对于地球到底是否处于自组织临界状态，地震学界的观点并不统一。一些观点认为［14］，地震活动的能量－频度关系是地震活动的自组织临界状态中最重要的（从某种意义上说也许是唯一的）观测证据。盖勒在他的文章中提出，他的观点所依靠的观测事实，是除特大地震之外，所有地震都具有尺度不变性。而美国洛杉矶加州大学（UCLA）物理学和地球物理学教授诺波夫（Knopoff）则早就指出［14］，地震具有自组织、但不临界性的特点，尤其是考虑到余震，地震的震级－频度关系是具有特征尺度的，而不是像自组织临界状态所建议的具有尺度不变性。

有关学者认为，即使地震活动的自组织临界状态是成立的［14］，得出地震预报不可能的结论也显得过于仓促和简单化。因为地震的自组织临界状态的着眼点，并不是某一次地震、而是由很多地震构成的地震群体；地震的自组织临界状态的重点，也并不是阐明一个具体的地震动力学和运动学，而是试图说明那些与具体的运动学和动力学关系很小的、带有普遍性的规律。另外，中长期预报和短临预报所对应的机制，或者在这两个时间尺度上起决定性作用的地质－物理过程，几乎是完全不同的。地震活动的自组织临界状态对应的是中长期的、大范围的、大地震的情况，由地震的自组织临界状态模型无法直接得出短临预报不可能的结论。

2 地震预警的发展现状

地震预报和地震预警的区别在于：地震预报是对尚未发生、但有可能发生的地震事件事先发出通告；而地震预警是指突发性大震已发生、抢在严重灾害尚未形成之前发出警告并采取措施的行动，也称作“震时预警”。

当地震发生后，其能量会以两种波的形式释放出来［15］：一种是纵波，速度快但破坏能力小；另一种是横波，其传播速度较慢，但破坏力巨大，是造成灾难的最主要原因。纵波传播速度约为6km／s，横波则大约为3.3km／s，根据震源位置的不同，横波会延后一定时间到达地表。地震探测仪器在检测到纵波后会立即传给计算机，再计算出震级、烈度、震源、震中位置后，地震预警系统将抢先在横波到达城市前通过电视和广播发出警报。由于电磁波比地震波传播得更快，预警甚至可能赶在纵波到达城市之前发出。考虑到城市离震中位置的差异，预警时间通常在几秒到十几秒之间不等，因此，这种预警又被称为“10秒预警”。地震预警更像是一场和地震波的横波“赛跑”，在地震的横波尚未到达时，提醒人们做好防护准备。

在地震预警系统争取来的这段时间内，人们可以通过停止高速列车、从电梯撤离、终止或保护关键仪器和设备、将人员撤离到安全地带等措施，避免人员伤亡和财产损失。预警系统的原理决定了地震预警系统能够提供的应急时间存在上限。美国一项针对地震预警系统的研究表明，系统对于不到一半的地震，能够提供10s以上的预警时间；对于绝大多数地震，能够提供的有效预警时间不超过30s。

2008年6月14日，日本东北部的岩手县和宫城县等地发生了7.2级地震。日本气象厅在此次地震中，在部分区域实现了由电视等媒体发布的地震预警。这次地震仅造成7人死亡、200多人受伤。2011年3月11日发生在日本的9.0级大地震，数百万日本人在地震波到达前大约1min得知了地震的消息，有效地减少了人员伤亡［16］。

在美国，地震预警系统也已在加利福尼亚州投入使用，加州南部著名度假旅游胜地棕榈泉附近，预计有120个地点都安装了这种预警系统，其目的就是监测地震以留给人们得以躲避和逃离的机会，使消防队员有时间将救火设施移出房外。该系统可与其他设施相联，地震一旦发生，消防站大门即可自动开启，城市的水、汽阀门将自动关闭，医院的自动发电器开始运转，最主要的是，能够使学校的孩子们迅速躲避。

地震预警系统由于整合度高，对地震台站密度有要求且需要长期不间断运作，其部署成本并不低廉，对当地可能有一个长期的经济压力。日本和台湾地区均为整体设防，因为那里需要防御的总面积小。美国的地震预警系统主要也是针对旧金山周边区域。这些防御区域经济相对发达，高科技产业密集，人口密度大，长期预警的经济社会价值可观。中国大陆的地震带分布十分广泛，经济发展不平衡。目前地震监测网络主要集中在首都圈。中国西部地区建造地震预警系统的经济动力不足，但西部地区却是地震高发区，地震造成的灾害也更大。

3 讨论

近年来，世界范围内发生的一系列大地震都没有得到有效预报，使得人们对地震预报的前景产生怀疑。但地震是不是永远不能预报，在科学上是一个没有定论的问题。国际上对于地震预报尽管存在不同看法，但普遍承认地震长期预报还是有可行的办法的，中期预报也有成功的例子，争论的焦点是短（期）临（震）预报。但我们不能因为地震预报难度很大，就放弃这方面的努力。如果我们不做地震预报研究，也就无法真正地认识地震，也就永远预报不了地震。

我们不能把抗震设防与地震预报对立起来。提高震灾防御能力既要靠抗震设防，也离不开地震预报。

地震预警系统已被实践证明是一套有效的避震措施，将在未来的人类防灾减灾工作中发挥巨大作用，但地震预警并不能代替地震预报。进一步说，房屋的抗震能力、平时自救常识的普及都会对地震的后果造成影响。同时预警系统也会存在一定的缺陷，越是接近震中，能提供预警的时间就越短；离震中越远，提供的预警时间越长，但意义也随之削弱。另外，地震预警因为求“快”，对地震大小、震源等信息的判断不一定完全准确。

（作者电子信箱，李启成：731732866＠QQ.com）

［1］闫利军.硕士研究生学位论文.华北地区地震活动性及地震预报方法的研究.北京：中国地震局地壳应力研究所，1999

［2］周波，邢佑宏.地震预报的几种方法探讨.科技信息，2010（35）：483－504

［3］林丽萍，王秀君，罗岚.关注日本地震预报研究20年.国际地震动态，2003（7）：23－26

［4］尹祥础.从第23届IUGG大会看地震预报领域新进展.国际地震动态，2003（9）：27－28

［5］王海涛.地震预报是可以有所作为的——从两个数学定理的求证谈起.国际地震动态，2004（2）：14－18

［6］张国民，李志雄，杨林章.邢台地震与我国地震预报的发展.华北地震科学，2006，24（2）：17－23

［7］徐道一.为什么说大地震是有可能预测的.科学对社会的影响，2008（2）：43－47

［8］李志永.惊心动魄的地震亲历记.国际地震动态，2005（2）：39－41

［9］许绍燮.震兆平静的再认识.国际地震动态，2005（12）：14－18

［10］石益祥，李惠生.大地震预报世界性难题探源.中国科协防灾减灾论坛.http：∥d.g.wanfangdata.com.cn／Conference＿6865248.aspx

［11］张国民，钮凤林，召志刚.帕克菲尔德地震预报实验场：2004年6级地震及其对地震物理和地震预测研究的影响.中国地震，2009，25（4）：345－355

［12］Geller R J，Jackson D D.Earthquakes cannot be predicted.Science，1997，275：1616

［13］http：∥wenwen.soso.com／z／q174738725.htm？sp＝4136

［14］bbs.news.163.com／bbs／tech06／133111840.html 2011－4－15

［15］杨马陵，沈繁銮，陈大庆，等.地震预测预警等级风险评估与分区分级发布方案的研究.灾害学，2010，25（4）：1－4

［16］新浪网：2011年3月12日：http：∥www.sina.com.cn

Earthquake prediction and early warning

Li Qicheng
（Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin 150027，China）

Based on a review of the history of earthquake prediction，the author believes that，although very difficult，successful earthquake prediction is not impossible.Earthquake early warning system has proved to be an effective means and will certainly play an important role in protecting against and mitigating earthquake disasters，but earthquake early warning can not take the place of earthquake prediction.

earthquake；earthquake prediction；early warning

P315.75；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.01.005

2011-03-19；

2011-04-22。