中国地震局地震预测研究所研究员,福建省地震局特聘研究员,博士生导师郑斯华先生日前针对四川汶川地震后，民众要求了解地震知识的热情较高,特撰文如下：
地震预测是减轻地震灾害的重要环节
大地震是一种可以在一瞬间给人类社会带来巨大灾难的自然现象。我国是地震多发的国家之一，历史上和近代都遭受过多次巨大的地震灾害。因此，全社会对于地震及地震灾害都十分关注，减轻地震灾害已经成为社会的迫切要求。地震预测是减轻地震灾害的重要环节，也是地震研究的重要课题之一。各国地震学家一直在为能实现地震预测进行着坚持不懈的努力。但是至今地震预测仍然是一个科学难题，只有极少数特殊类型的大地震曾经作出过具有实效的预测。尽管目前在全世界地震预测还没有进入实用化的阶段，但是根据社会的需要，我国地震工作者从1966年邢台地震以来，一直遵循着边研究，边预报的方针。
毫无疑问，地震预测能力的提高，有赖于我们对于地震现象本身和孕震过程理解的深入。地震工作者在深入研究地震现象的过程中，不断地建立和明确地震预测的基本思路。经过长期的研究，特别是最近的四十年中，由于在世界范围内明确地提出了地震预测的科学目标，以及多种观测技术的进步，地震研究者对于地震本身以及大地震的孕震过程的理解已经取得了相当大的进步。
地震究竟是怎么回事
最首要的问题是地震究竟是怎么回事，或者说是地震发生的机理。这是一个古老的问题，但也还是一个正在研究的课题，特别是对于深源地震，或是在特定地区（例如火山活动地区）的地震，还存在着多种假说和观点。尽管如此，对于我国大陆内部地区发生的绝大多数的浅源地震，大多数人能够接受的地震发生机理是：地层在大地构造应力的作用下发生形变，当形变超过一定限度后，地层突然破裂和错动，形变能量快速地释放，而产生地震。由于大陆内部地震的机理和特征与板块边界的地震不尽相同，而且由于发生的地点不同也导致了观测和研究的方式的不同。本文主要讨论的是大陆内部地震的研究和地震预测问题。
大陆内部的大地震在已有的断层带上重复发生
在地震观测中，通常用经纬度和深度来表示一个地震震源的位置。但是实际上，大地震的震源并不是一个点，而是一个区域。通常的震源位置只是地震破裂开始的位置。已有的观测和研究结果表明，在大陆内部，较大的地震几乎都是在已有的断层带上发生。也就是说，大地震是沿着已有的断层带（活断层）重复发生的。作为大地震震源的断层带可以长达几十公里甚至几百公里。在孕震过程的研究中，用“地震轮回”来描述这种大地震在同一条断层带上重复发生的现象。一个地震从地震破裂开始，经历了破裂的发展和停止，震后效应、断层强度的恢复和应力应变的积累、直到下一次地震的发生，这就是一个地震的轮回。已有的研究表明，海沟（板块边界）的巨大地震的地震轮回时间为百年的量级，而大陆内部的巨大地震的地震轮回时间是千年的量级。例如，1995年发生日本兵库县南部地震的野岛断层，它的地震轮回时间推断约为2000年。但是，每一条断层带发生大地震的能力以及地震轮回的时间是不相同的。因此推断一条断层带，或一个区域发生大地震的潜在能力及其复发周期，是最基础的和最重要的研究，这就地震的长期预测。这种长期预测一方面可以指导该地区的建筑物的抗震设防，另一方面可以指导该地区为实现短期地震预测所开展的强化观测。目前这种长期预测的研究已经有了相当大的进步。我国正在开展的活断层调查工作，也就是地震学家和地质学家通过各种地球物理学和地质学的方法，来研究一条断层带或一个区域在地质年代中发生大地震的历史和断层带中应力积累的过程，并推断该断层带或该地区可能发生的最大地震及重复发生的周期。
大陆内部大地震预测的基本思路和困难
在大地震的一个轮回中，地震的破裂仅仅只用了几十秒的时间，在其余的时间里，在作为震源的断层及其周围，经历了漫长的应力应变积累的孕震过程。在这一过程中，在未来大地震发生的地壳和上地幔中，会伴随有一系列的物理和化学的过程和地震活动，甚至也可能发生一些会带来破坏的中强地震。观测研究地壳和上地幔中发生的地震活动及物理性质、化学性质及其状态变化，是研究孕震过程的重要途径。由于地层中介质的不均匀性，这种孕震过程所伴随的现象是相当复杂、多样的，这是造成确定性地震预测困难的主要原因。已有的研究结果表明，地壳和上地幔中的热和力学性质的不均匀性，对于地下应变、应力集中及孕震过程有着关键性的作用和影响。正是由于这种介质的不均匀性，才有可能出现各种前兆现象的空间分布和随时间的变化。从这种意义上说，观测和把握这一过程中所发生的各种现象的空间分布和随时间的变化，正是研究孕震过程和地震预测的根据。
目前的观测技术还不能把观测仪器安置在地下十数公里深处，来直接观测震源及其周围区域的状态变化。在全世界，用最先进的钻探技术钻到十公里的深度至今也仅有一处。因此，即使对于大陆内部地震，地震工作者也只能够通过在地球表面的各种观测资料，来推断和研究地壳和上地幔的状态及其变化。这类观测包括地震波、地表的形变，电磁场、重力场、地下水的水位和成分等等。在地表形变的观测中，近年来也引进了一些空间新技术，例如GPS和SAR等。
由于地震波可以直接穿过地壳和上地幔，因此在所有的观测研究中，地震学方法是最主要的观测和研究方法。通过地震波的观测资料可以确定包括微小地震在内的各类地震的位置、大小以及震源参数，由此可以直接了解地震活动的时空图象和推断地下的状态，及其随空间和时间的变化。近年来广泛开展的层析成像，是利用观测到的地震波资料来推断地下地震波传播的速度或其他物性，例如散射和衰减特征空间分布的技术。由于包括地震学研究方法在内的几乎所有的观测研究，都是根据在地表的观测资料采用反演技术来推断地下的状态，因此反演结果的不唯一性，以及由于观测资料在时间和空间上采样密度过低所导致的反演结果在时间和空间分辨率的不高，是这一类研究的最基本的困难。地震研究人员一直在通过改进反演方法和加密观测，来努力降低反演结果的不确定性和提高结果的分辨率。近年来发展起来的噪声面波层析成像技术，其反演结果的分辨率仅仅依赖于地震观测点的密度，而不受控于地震的分布。因此不仅可以通过加密地震观测点的密度来提高反演结果的空间分辨率，而且有利于通过不同时段的观测资料的分析来研究地下状态的变化，而不受地震活动图像变化的影响。近年来我国也正在研制非爆炸的主动振动源系统，采用这种主动地震观测技术系统，可以根据需要在指定的地点和时间发射出特定的地震波，主动地监测地下的结构及其变化。
实验室研究是所有科学研究的一个重要的方面。在地震学研究中，已经开展了多方面的实验室研究，这些研究为理解地震的破裂过程和孕震过程中所伴随的各种现象作出了重要的贡献。但是对于大尺度的实验样品，如何模拟位于地下十数公里的震源处的温度和压力的环境，也还是一个十分困难的问题。
在地震预测的研究中，也有过一些关于在大地震之前观测到动物习性和植物生长异常的报告。一些动植物学专家对此现象开展了深入的研究，认为这很可能是某些动物和植物对于地下状态的变化比较敏感而出现的反应。但是，由于气候和其它环境的原因也有可能会引起类似的动物习性和植物生长异常的现象，因此在孕震过程和地震预测的研究中，排除其它原因的影响是一个重要的课题。
地震预测研究的新思路和展望
为了研究地震的孕震过程，或者实现地震预测，不仅需要了解地壳和上地幔中未来震源区的当前的状态，而更重要的是要确定目前的状态在整个地震轮回，或地震孕震过程中所处的阶段。虽然我国拥有世界上最悠久的历史地震目录，但是无论是在我国还是在全世界，对地震孕育过程中的其他现象的观测，仅仅只积累了几十年的资料。为了研究和把握孕震过程中所发生的各种现象，这样的观测历史与一个大地震的轮回时间相比，实在是太短了。为了解决这一难题，当前，大地震预测研究的一种新的思路和途径是，综合分析与各次大地震有关的观测资料，提取其共性，根据理论和实验室研究的结果，将孕震过程模型化，通过大型计算机的数值模拟，研究大地震孕震各阶段的各种现象。然后，可以根据当前的观测资料，判断目前地壳和上地幔的状态正处于孕震过程中的什么阶段，从而进行大地震的预测。毫无疑问，这种孕震模型的建立将是一个渐进的过程，只有通过实际观测资料不断地修正这一模型，才能使模型逐渐地接近真实的情况，使地震预测进入实用的阶段。
对于地震预测这样一个世界性的科学难题，地震研究者从来就没有停止过为实现地震预测，减轻地震灾害而进行的努力。四十多年来的进步使地震研究人员增强了信心，社会的需要又为地震研究人员增添了动力。实际上，地震预测的研究是一种跨学科的研究，因此，地震预测研究的进步，也有赖于有关科学技术领域的发展。随着科学技术的进步，孕震过程和地震预测的研究也将不断地深入。但是地震预测探索的道路还很长，为了深入理解大地震的孕震过程和实现大地震的预测，还需要包括地震研究人员在内的各方面科技人员共同长期不懈的努力。
名词解释：
大陆内部地震：是指发生的大陆板块内部的地震。这类地震大多震源较浅，并且发生在人类居住地的下方，因此震害也特别大。由于可以在震源区上方的地表进行各种观测，因此对这类地震的观测和研究也不同于海洋底下发生的地震。
浅源地震：地震按震源的深度可以分为浅源地震、中源地震和深源地震。对于划分的标准目前还没有一个统一的规定，但是根据国际地震中心（ISC）的定义，深度小于60公里的为浅源地震，深度在60公里到300公里之间的为中源地震，深度大于300公里的为深源地震。
大地震：通常用震级来描述地震的规模。按照震级可以大致将地震的规模分为以下几类：大地震（震级大于等于7），中地震（震级大于等于5级小于7），小地震（震级大于等于3小于5），微小地震（震级大于等于1小于3），极微小地震（震级小于1）。在上述分类的基础上又特别将震级为8级和8级以上的大地震列为巨大地震，以强调其规模和破坏的巨大。
GPS：全球定位系统（Global Positioning System），是通过在地上一点接收从约2万米高空的GPS卫星发射到地面的电波，精确地测定该点的三维位置的系统。在地表形变测定中，可以使用电波的相位的资料，测定两点间的相对位移。
SAR：合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar)，是采用搭载在卫星或飞机上的移动雷达，达到大型天线同样精度的雷达系统。通过不同时间的2次SAR的观测资料，通过干涉分析，可以高精度地测定一个区域内的形变情况。
(作者简介：郑斯华先生，1966年毕业于北京大学地球物理系，1984年在日本东北大学地球物理学部地震学专业获得理学博士学位，现为中国地震局地震预测研究所研究员，福建省地震局特聘研究员，博士生导师。)
