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地球地震的预测预报

时间:2022-01-19 百科知识 版权反馈
【摘要】:第五章 地球地震的预测预报为什么要单写地球地震?因为强烈地震是地球上最大的自然灾害。依据世界各国地震数据汇总显示,每年全球平均发生大约50万次地震,其中大约有十万次是有感地震,大约有一百次地震会造成人员伤亡和财产损失。地壳板块之间的相互运动是地震的主要因素。
地球地震的预测预报_探解地球之谜

第五章 地球地震的预测预报

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为什么要单写地球地震?因为强烈地震是地球上最大的自然灾害。从前几章介绍的内容可知,地球从形成固定地壳地表到6 500万年前,地球在不同的阶段和不同位置上一直遭受到小行星的撞击,使地球地表格局和生物进化发生着长期的变化,直到演变为当今的地球地表格局和生态圈。

地球在过去的40多亿年中曾发生过无数次的大地震,直到地球诞生人类文明后,仍然地震不止,给不同时期的地球文明带来了巨大的灾难。

人类能够预测地震吗?这个问题一直没有得到满意的答案!从有符号、文字记载人类文明的数千年中,尚未发现有明确的地震预报记录,有的只是地震灾难和次生灾难的描述,而对地震的预测预报还没有入门。

因地震引发的火山爆发、海啸造成的灾难使一些早期文明荡然无存,例如火山爆发埋没的庞贝古城、地壳变化消失的亚特兰蒂斯等,有的只能留下传说,例如中国女娲补天等,这说明地球人在大自然的地震疯狂肆虐中根本无能为力!

在近代一百年中,随着科学和应用制造技术的发展,一些研究地震较为发达的国家制造出了不少类型的观测仪器,提出了不少预测预报地震的方法,组建了国际性的地震研究机构,培养了许多研究地震等灾害的科学家队伍,使地球人在研究地震方面走上了科学轨道。但是,由于地震的成因机理复杂,加上地壳板块的破裂和为数众多的断裂带活动周期规律难以预测,所以,现有的科学队伍和科学观测无法全面应对全球大范围的地震前兆观察和预测。

世界各国的地震专家虽然献身于这项伟大的工作,但由于各国的独立性和政治体制的影响,基本都是各自为政、各抒己见,很难做到联合观测、信息共享。到目前为止,在关乎人类生命财产安全的地震预测预报领域中,还没有一个能准确引领预测预报地震的理论和方法,因此,人类还不能全面准确预测预报当今的地震。

科学家已用了多种方法和手段来模拟地震发生的机理和破裂过程,但仍未获得有效准确预报地震的方法,特别是地震的短临预报,尚不能完全自由地得到突破。

依据世界各国地震数据汇总显示,每年全球平均发生大约50万次地震,其中大约有十万次是有感地震,大约有一百次地震会造成人员伤亡和财产损失。

从图5.1和有关地震资料中可知,地震带上的地震有一定的规律。有人要问:不同时间、不同地点以及相同时间、不同地点的地震有无相互关联关系?笔者的答案是有联系。从图5.1中密密麻麻连线连片的小红圈代表了地球各大板块交界处地震带和曾在地震带上发生地震的位置,可以清楚地看出各类地震之间的相互关系。其中,洋中脊上地震位置特别清楚,这对海底扩张和板块漂移理论的成立是确凿的证据。

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图5.1全球历史上曾发生过地震部分地点的位置分布图

非洲板块与欧亚板块交界处能明显看出红海—地中海断裂地震带的地震活动关系;印度板块与亚欧板块中青藏高原—地中海地震带以及与非洲板块的相互运动是这一带发生地震的主要原因;南美洲板块与纳斯卡板块之间的相互作用显示得非常明显(人类有记录以来最强的9.5级地震就发生在这里);太平洋板块地震带中有以印度尼西亚、菲律宾群岛、台湾、琉球群岛、冲绳岛、日本列岛、千岛群岛,北美洲板块落基山脉—墨西哥湾—哥斯达黎加—冈底斯山脉等为代表的环太平洋地震带多发区,是全球发生地震最多的地方;南极洲板块几乎没有地震。

在有地震记录以来的地球地壳变化的历史上,你会发现,多次特大地震发生有一定的游动性(见图5.1),这种游动性具有一定的时间规律。对8级以上特大地震会不会在同一地震带的同一地点重演是大家关心的首要问题!从几百年的地震记录来分析,这种可能性存在,但概率不会很高,因为地球原始联合大陆受小行星撞击后开始分裂,特大地震的频率逐年降低,各地震带积聚的能量和地壳应力在不断地随着板块漂移游动,各地震带中的断裂带也在不断相互影响变化,故在同一地点发生同一级别的特大地震概率很小。特大地震在发震后,一般会有多次小于原发地震级别的余震,但不会再发生原发地震级别的地震。

地球的地壳并不是一个完整的板块,而是由大小不等、薄厚不匀的小板块嵌镶而成。地壳外表之所以是破碎凌乱的镶嵌状态,主要是因为完整的原始地壳受到小行星多次撞击而发生分裂破碎所致。以亚欧板块、太平洋板块、印度澳洲板块、非洲板块、北美洲板块、南美洲板块和南极洲等七大板块为主要代表,在地幔上每年以几厘米到十几厘米的速度在不断地漂移运动。

科学家经过长期观测,各大板块之间每年大约有2.5厘米以上的移动。地壳板块之间的相互运动是地震的主要因素。在太阳和月亮潮汐力加上地球自转离心力的作用下,地球上破碎断裂的板块与板块之间,相互间会不时地出现摩擦、挤压、碰撞、叠加、塌陷、破裂、扭曲、折叠和错动现象,这些深部发生的现象是造成构造地震、塌陷地震、火山地震的多个原因。地球上发生的大震基本上都是构造地震,是由地下深部岩层错动、断裂、碰撞、叠加等所造成,统计显示,构造性地震次数占全世界地震的90%以上。

从图5.2中可以清楚地看到,全球地震带主要分布在太平洋板块与印度板块、亚欧板块、美洲板块分界线上。环太平洋地震带犹如一个巨大的地震环,围绕着太平洋板块分界线,集中了全球80%以上的浅源性地震,几乎全部的中源和深源地震都发生在这个环状地震带上。太平洋板块内洋中脊一直在快速扩张,使太平洋板块向西与亚欧板块、印度板块相撞,向东与美洲板块相撞非常强烈,造成四大板块边界经常发生地震。据美国地质勘探局网站提供的数据来看,全球每年5级以上的地震大约有1 500余次,这些地震绝大多数都发生在环太平洋地震带上。

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图5.2地球地壳各大板块边界与运动方向、地震带与主要火山分布图

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特大地震往往能改变地壳表面的形状和相关生态链的供需,从6 500万年前以后,地球虽然遭受较小行星的撞击,但都不足以影响全球的地壳变化。从笔者手头现有的资料分析,如果按每千年作为事件出现的计算单位,通常重演的概率为1%~3%;从已有的地震记录来看,每百年发生7级(包括7级)以上的大地震频率基本稳定。每百年里可以划分为三段时间来分析,也即每33年左右为一个小周期,每个周期相交前后的1年~3年会集中发生强震,这个强震期的地震频率明显高于其他30年中的地震频率,例如环太平洋地震带从2008年—2011年就是一个地震频发的小周期。另外,一般发生8级左右地震的陆地主震区往往在30年左右还会有一定的小级别余震和微震(人类不易觉察到的轻微地震),这是坍塌、断裂、碰撞后的地震区仍然受到大震的后续引力影响造成的。

我们仅以2008年以来的资料来谈地震预报这个世界性的难题。2008年1月1日新疆和田发生7.2级地震、3月12日青海发生6.9级地震、5月12日汶川又发生8级特大地震,这三个地震之间有无相互影响的关系?汶川8级特大地震发生后,在亚欧板块、太平洋板块、印度洋板块地震带上发生了“多米诺”骨牌效应的一系列地震连锁反应(参见后面表格数据),是偶合还是必然?

2008年5月12日汶川大地震后,中国的几位科学家用HRT潮汐谐波共振仪、次声波测震法、磁暴月相二倍法、磁暴组合法等仪器和方法较为准确地预报了汶川大地震后的余震,笔者为他们取得的成果高兴!高兴之余又冷静思考,这些成果的取得是有明确前因、有明确地点、有明确对象的专门仪器观测,当然准确率就很高!假如是缺乏明确前因、不知明确地点、没有定向分析观察对象时,那又会是什么结局呢?

2009年9月29日,萨摩亚群岛附近海域发生里氏8级强震并引发海啸,南太平洋地区大约在之后1小时内发生了7.8、7.7和7.1级的三次连锁式大地震,随后4小时中又发生了5.7、5.3和6.6级余震。对这次地震,澳大利亚墨尔本大学的迈克·桑迪福德分析,我们所处的板块非常活跃,在快速移动。澳大利亚板块是全世界移动速度最快的构造板块,眼下沿北部以及西北方向移动,推着太平洋板块每年移动91毫米。此后不久的10月4日到10月29日,先后发生印尼西苏门答腊省西部附近海域7.6级地震、印尼西巴布亚省马诺夸里以北海域6.1级地震、太平洋岛国菲律宾6.7级地震、南太平洋岛国瓦努阿图海域7.8级地震、印尼爪哇岛附近海域6.4级地震、印尼东部马鲁古省附近海域7.3级地震,这些地震像“多米诺”骨牌一样,在环太平洋地震带上出现了连锁反应。这一连串地震发生在不同的断层上,板块移动方式也不同,但它们在这么近的时间里连续出现,不能不让人深思:它们之间一定有关联。

2010年1月12日下午,位于伊斯帕尼奥拉岛西部、南邻加勒比海、北濒大西洋的海岛国家——海地发生了该国两百余年来的最强烈地震,由于震中位置距离人口密集的首都仅有16千米,且震源较浅,给该国造成了巨大的人员财产伤亡损失。科学家研究发现,这次地震与“圣安德烈亚斯”断裂带发生断裂有直接关系。美国地震学家威廉·麦卡锡认为,这次海地的地震也许只是开始,因为地震只破坏了断层中的一部分,在伊斯帕尼奥拉岛周围有可能会发生更强烈的地震。该岛正好处在构造结点上,岛上有两条平行的东西走向板块界线,也有两条平行的断层系,这种双重边界的板块结构会产生碰撞而引发大量的地震。海地两百年前的几次地震具有明显的代表性,从1751年发生8.0级大地震后,加勒比海板块以俯冲方式而非滑入的方式袭击了多米尼加共和国,几个月后,另外一场7.5级的地震使南边断层系的中央部分断裂,随后就是1770年的7.5级地震,先后发生两次7.5级大地震,让人们看到了它们应该是1751年8.0级大地震的余震。19世纪,一场8.0级地震在北边断层系中袭击了海地的北海岸,之后的海地在20世纪中相当平静。由于压力一直沿板块边界线集聚,一次地震释放压力后,会将压力转移到邻近的板块上,导致板块一块接一块地断裂,就像1751年发生的地震影响一样。海地的这次地震就是上述地应力变化造成的。

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图5.3世界地震带和火山

关于地震预报问题虽然尚不能在短时间内解决,但国际社会已认识到,要想突破这个世界性科学难题来造福人类,必须要有国际间的紧密合作才行。由美国南加州地震中心发起的CSEP(地震预测能力建设的国际合作研究计划)已得到许多国家地震机构的积极响应和参加,使各国有限的地震监测设备和资料能卓有成效地相互联网参考使用,最大限度地用各种监测方法和途径来解决地震的早期预报问题。

笔者认为,在努力解决强大的国际地震监测体系之外,今后科学家应把更多的注意力放在引发地震发生的原因和相关因素上来,因为地震不单纯发生在某一个断裂带上,它与地球地壳在这一区域的整个构造有关,除了地球地表地层和地球深部的相互作用外,还与太阳、月亮、地球大气的活动有关。客观地来分析,要想准确监测预报出一个地震,必须在预报的时间、地点、震级上相近,但在实际工作中,往往对一些地震前兆动态难以判明决断,延误了快速决断的时机,常常会出现临机失报或者错报,使政府和人民错失预防的最佳时间,令地震科学家痛悔不已!

当前,地震专家对地震的准确预报都感到十分头痛,因为就目前预测预报地震的科学水平和认识还很不成熟,虽然有先进设备监测,但都远离地震发生地,难以对临震状态作出准确的预报。一些科学家虽然发现了地震的蛛丝马迹,但由于不是在地震即将发生的区域获得,往往得出的结论和判断与实际情况相差甚远!不可否认,科学家对地震后的情况判断和分析比较成熟,但已成为了滞后信息,虽然可以帮助我们了解某一地震的成因和未来发展趋势,但都无法通过震前的预测预报来减轻地震发震时造成的损失。

中国四川成都高新区研制出了首个民用地震报警器,挂在墙上就能使用,能在地震来临前发出警报声,可以把防止地震和疏散转移人员的时间提前28秒~35秒。这几十秒的黄金时间是一个了不起的突破,它弥补了地震专业机构对地震的漏报和难以预报的缺憾,能大大地减少地震造成的意外损失。它“在破坏性地震横波到来之前,能及时发出报警声,让人员争取时间尽快逃离建筑物”。报警器的发明人王暾博士说:地震的纵横波到来时间有先有后,速度快的纵波破坏性相对较小,而抢在破坏性很强的横波到来之前预警,则可以避免更多的悲剧。虽然仅仅只有几十秒,但它减少人员受损的价值却十分巨大。笔者认为这种民用地震报警器的功能如果确实如上所述,它就是造福世界人民防震抗震的救命器!

世界各国都在研究地震早期预警预报的方法,对中长期预测预报多,但对短期预报较少,特别是对临震状态前的预测预报还缺乏卓有成效的预见。地震预测一般分为三个期限和一个临震预测,10年以上为长期,1年~10年为中期,1年之内为短期,1天~10天为临震预测。从理论上讲,有关地震台网可以预测出地震前的有关信息,尤其是大震刚发生后的信息。但从实际情况看,各国在地震预报方面慎之又慎,就怕错报、误报和漏报!各台站一旦得到地震预警信息,很难马上快速作出决策!因为各台站一旦捕获到临震前的地震信息,需要有关专家会商或报上级审定后才能发布,这在短短几十秒时间是无法完成的!即或还有剩余时间向公众发布预警警报,多数公众很难在数秒内接到信息,更不要说能及早逃生和处理好防震事宜。因此,中国四川成都高新区研制出的民用地震报警器的预警、预报作用就凸现了出来,它有效地解决了科学家难以快速对地震短临预报报出的弊端!如果在地震敏感区内的学校、医院、商场、机关等人流集中的公共场所、居民住宅中装上民用地震报警器,将能有效地保证人民生命财产少受损失。如果通过临震报警器能在临震前的数秒甚至数十秒时间预报,将对地震区人民的生命有巨大的保护作用。

地震预报监测是全人类必须突破的难题!人类应该尽早掌握破解地震预报的密码钥匙,除了科学仪器监测外,还有许多经验性的地震前兆现象和地震引发因素值得探讨与总结。下面所述的地震理论和前兆现象给我们提出了科学思考的广阔空间,请读者和地震专家能进一步深入研究:

1.太阳、月亮和其他行星在特殊位置时会引发地球地震吗?回答是肯定的,太阳、月亮潮汐力与地球自转的离心力叠加是引发地震断裂带地震的重要因素,因为潮汐力会增加地壳岩石层地应力的积聚和转移,常常出现此起彼伏的板块断层相互运动。

现在我们已知道太阳和月亮对地球的引力不仅呈现出地球海洋的潮汐作用,而且会触发地球一些板块地震带比较明显的区域发生地震。日本科学家田中佐千子等人测算,日月引力强度相当于引发地震能量的千分之一左右,如果地壳的皱褶已经积累到一定程度,日月引力就成为引发大地震的导火索。他们在2004年12月26日印尼苏门答腊大地震震中周边长1 500千米、宽500千米的区域进行调查,发现这片区域在2008年以前,33年里共发生600余起5.0级的地震,而2004年大地震前的8年里,在日月引力最大的时间段内频繁发生地震,导致地壳变形应力积累到会发生大地震的程度,又在日月引力的诱发下,终于发生惨烈的苏门答腊特大地震,造成了举世震惊的特大灾难。

图5.4为我们提供了非常好的地震带主震(黄色星号)地点与北方地震区余震顺延的明确关系,对地壳地层上地震的相互作用表达得十分清楚,为地震学家进一步研究主震与余震的转移关系列出了实证。苏门答腊岛发生地震的过程给我们提示了这样的认知:如果某个区域内在日月引力很强时集中发生频繁的小地震,就预示该区域已经有了将要发生大地震的应力积累和板块运动,及早注意预防,就能把发生地震时的损失降到最低程度。

2.地震与天气变化有无关系?汶川地震前的2008年5月9日,中国国家空间天气监测预警中心的余涛专家和同事们发现,汶川附近出现了大范围的电离层参数异常增加!电离层总电子含量(TEC)明显增加。TEC是电离层电子浓度沿垂直高度的积分总含量,代表着在垂直方向上电离层电子的总数目。现在看,应该是和汶川地震带的电场突然增加有关,这一重要发现说明,大地震前上空的电离层变化与地震有紧密关联。

地球大气层中,在60千米~900千米之间都可以称为电离层,电离层的扰动变化主要来自太阳黑子、耀斑以及由此引发的地磁暴和地球上的地震、核爆炸、台风等。汶川地震带出现的电离层扰动较为特殊,2008年5月9日18时,汶川东南20度的范围均出现了电离层TEC明显增加,在南半球磁力线共轭区域也有增加现象,整个扰动的时间持续了七八个小时,而在汶川地震的前三天,世界范围内的其他地区却没有明显增加。而令人惊异的是,在这段时间内的武汉地区上空电离层TEC为最高,这些异常变化又说明,电离层扰动变化不一定都由地震产生。

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图5.4印尼苏门答腊大地震主震区和余震区的分布关系图

图片提供与版权:USGS

2004年12月26日的苏门答腊大地震,可能扰动了地球的自转,把地球的一天给缩短了3微秒。这个超级强震的发生是因为印度洋板块大幅滑入缅甸板块之下所致。此次地震是自1900年以来的第四大地震,并在附近的滨海地区引发海啸,夺走超过25万条人命。在图中,黄色星号为主震的发生地点,而圆圈则是较大型余震发生的位置。这次的苏门答腊—安达曼地震对地球自转的影响很突然,不过还是小于其他的表面事件如圣婴(指常常发生在圣诞节前后的厄尔尼诺现象)和拉尼娜(与厄尔尼诺现象相反)现象的累计影响。

从2008年5月5日到5月15日,汶川以东至日本冲绳、南至海南南部地区的电离层出现了明显的增加,是偶合还是必然?这种现象平时很少能见到。为什么这次电离层扰动变化范围如此之大?地震学家研究发现,对于5级以上的地震,在地震区域内出现电离层扰动的概率大约为74.1%,那么7级~8级或8级以上的扰动概率又是多少呢?可以肯定地说,概率更高。

2008年6月14日,沿太平洋板块地震带边缘的日本岩手、宫城发生了7.2级地震,能否考虑与汶川大地震前的电离层变化范围直达日本冲绳有对应关系?无论这层关系是否成立,它至少让我们有了预测地震佐证的一种方法。但要提醒读者,电离层扰动变化的因素较多,必须要恰当地判断变化来自何方,才不至于误判。

3.被称为民间地震预报专家的寿仲浩先生创造了一套独特的用“地震云”预测地震的方法和理论,他以这套理论和方法为基础,在1999年5月创建起了自己的地震预报网,已向全世界预报了1 400余次地震信息,准确率达70%,作为一个民间机构取得如此骄人的成绩,理应受到人们的钦佩和尊敬。寿仲浩先生对他预测预报地震的理论和方法充满信心:“我的‘地震蒸气’的方法是经过严密证明的,既没有误报也没有漏报。如果能完善卫星云图与地震数据,不但全世界的大地震可以一网打尽,而且无法解释的空难也可以完全避免。”笔者虽然无缘与寿仲浩先生接触,向他请教预测预报地震的理论和方法,但笔者完全赞同他的思想,因为他的预测预报地震的方法和理论与笔者的预测预报地震方法有异曲同工之妙。

科学界有不同的说法,认为“地震预测是一项非常复杂的研究,仅仅依靠云的变化是站不住脚的”。民间研究者对“地震云”有两种解释:一种是板块运动摩擦生热说,也即地震在即将发生前,由于局部板块运动,地壳岩石之间发生激烈摩擦,大量热量从地表溢出,形成上升气流,与天空的冷气流相遇形成“地震云”。另一种是地震前,地磁局部会发生变化,地震区的电磁波影响到高空的电离层,让电离层电浆浓度锐减,使水汽和尘埃发生有序排列,形成“地震云”。这两种说法虽然还不能形成系统严谨的科学理论,但它们能够为我们提供研究地震的预测思路。

地震发生前有气体从地表溢出的现象不仅仅能形成地震云,还会出现地表氡气异常增加的现象,从氡气变化的趋势能说明地震区在发震前地壳活动的对应关系。例如2009年4月8日凌晨,意大利古城拉奎拉市发生了6.3级地震,让这座古城遭到了严重的损失,也让意大利的地震科学家沉浸在了地震预报的反思之中!因为地震前有人明确地发出过警告:这就是当地的一位地震科学爱好者吉安保罗·朱利亚尼依据自制的4台氡气观测仪器,在地震前发现地面释放有大量的氡气且不断攀升而做出了24小时到一周的临震预报,可惜没有受到当局的重视而错失了预防的机会。这是一起自以为“懂得”地震科学却又排斥“氡气变化对应地震”科学的典型事例!

朱利亚尼的氡气观测方法具有一定的科学性,他经过长期观察研究,获取了大量的氡气变化与地震之间的对应数据关系,曾准确地预测预报过多次地震,虽然他的研究成果只局限于拉奎拉市,但这一方法对人类预测预报地震有很大的前瞻指导作用。俄罗斯科学家也曾在土耳其东部地震前观测到了“氡气异常”效应,这说明地表氡气攀升确实能反映出地震的前兆现象。如果进一步在全世界各地震带上科学布局“氡气攀升”观测的仪器,科学总结和完善朱利亚尼的观测方法,相信会在地震预测预报领域中别有一番天地。

4.巧合中有必然,必然中有巧合,科学不排除任何有益的学问。笔者认为“地震云”、“动物异常表现”和“植物异常生长”都与地震前兆有一定的对应关系,现分述如下:

造成一个地区的地震原因比较复杂,很难在震前分清哪一个因素是主要原因,而只有在震后才能确定引起地震的主要原因。鉴于此,地震前兆的各类信息捕获和收集就显得异常重要。笔者已述说地球地壳的破碎历史,也说明地壳岩石层是由大大小小的岩石板块分层嵌镶组成,在地球自转与公转、太阳与月亮的潮汐力影响下,这些大小板块都在不停地运动着,围绕各大板块边缘产生了地壳岩石层相对运动的地震带,尤其是环太平洋的地震带最为活跃。无论是洋中脊的扩张,还是地幔带动岩石板块相互摩擦、碰撞、逆冲叠加、地壳岩石小板块及断裂层的塌陷,都会有地热气体从地表缝隙中逸出,特别是7级以上的构造性浅源地震前兆中,会表现得更加明显。这些地热气体一旦与上空的冷空气结合,会产生形状各异的“地震云”,因为小板块缝隙的不规则,冲出地表的地热气体也不会有固定形状,如果此处的气象云图稳定的话,恰好有观测手段观察到它们的临界变化,就能为地震前兆的收集积累可靠的资料。

笔者认为穴居爬行动物对地震次声前兆最为敏感,它们的反常举动应给以高度重视。像蛇、鼠、旱獭(狼、狐狸等因远离人群,不易观察)等长期生活在地下洞穴中,对地下地震前兆次声的辨别有一种特殊的本领,甚至在地热、地光、地磁变化感受方面有一定的特长,尤其是在地震发生前数小时的临震状态,它们早已感知到了危险,为了逃生、躲避灾难而不顾一切地向安全地带转移。这种震前先兆是明显的,人们完全可以采纳它。也可以这样遐想,当一个人处在极为安静的环境里,就会听到自己心脏跳动的声音,以此推理,那些爬行动物在安静的洞穴中,完全可以首先分辨出地震前兆次声的异常变化。依此类推,其他陆地动物也有类似行为,只不过它们对临震前的敏感度略低于爬行类动物而已。

北京工业大学对动物具有预测地震前兆的异常行为进行了科学的统计,发现被放在地上的虎皮鹦鹉对远在千里的地震比较敏感,在正常情况下,它每天跳动1 000次左右,如果在1 000千米以外的地方发生地震时,它会每天跳动2 500次左右!如果把它放在桌子上,它的敏感程度就不灵了。兽有兽言、鸟有鸟语,一旦出现临震灾难,所有动物都会用不同的表达方式相互间传达信息,甚至能指出逃生的方向!

中国辽宁海城地震的预报成功还得益于地震异常前兆的出现。当时正是寒冬季节,是爬行动物的休眠期,令人奇怪的是海城冰面上却有上百条蛇在爬行;被当地人饲养的驯鹿在围栏内狂奔,纵然死伤也在所不惜!动物的这种反常表现和对地震的敏感度如此之高,很值得科学家研讨。当时海城地区在发震前出现了低空地光,很多人看到了这种奇光异景。

至于“狗狂吠、鼠搬家、鱼翻塘、鸡乱飞、蟾蜍逃跑、牛马不入圈”等异常现象,都与地震前兆有关,只不过要分清大范围与小局部异常表现的原因,确认是否就是地震的前兆。动物对地热、地磁、地光、地声等自然现象的感受要比人类强若干倍(例如老鼠可以听到人耳无法听到的超过2万赫兹~10万赫兹的高频声音,猪对次声比较敏感),因为它们看到、听到、触到的地震前兆信息远比一些异地观测仪器来得快,一般在临震前1天~5天就有反应,特别到临震前的半天之内更为明显。所以对动物们的异常表现要予以重视,绝不可轻易放过这些重要信息。

大地震前,有许多动物会出现异常反应,植物会不会也有异常反应?中国地震学家发现了许多值得注意的事件。例如在地震前,蒲公英提前开花、山芋藤突然开花、竹子开花、柳树梢枯死等。科学家测定震前植物机体内的变化时发现,生物体的细胞犹如一个活电池,植物对外界的刺激会发生兴奋反应。对植物的这一现象进一步在合欢树上进行高灵敏度的生物电测量实验,结果反映出合欢树在地震的前两天有了明显的反应,产生异常大的生物电流,这证明它能感知到地震的来临。余震期间,它产生的生物电流会逐渐减少。科学家认为,植物是通过它们的根系捕捉到地下发生的物理化学变化,例如地下水位的变化、大地电位差和电流磁场的变化,让植物产生相应的反应。

以上自然界存在的“地震云”、“动物异常表现”、“植物异常反应”等都是临震前客观存在的反常前兆现象,对我们预测预报地震有重要的参考作用,如果能恰当地利用好这些信息,再加上地表温度场、地下电磁场、地下电阻率、地下水位和化学组成变化,结合卫星GPS细部形变定位、全球GIS三维技术、卫星重力观测数据、地表大气电场、电离层扰动、地电场同步对比等和地面各类观测地震仪器的监测数据,将对地震前兆的观测分析有事半功倍的奇效。

5.值得注意的是,由于大部分地震属于构造性地震,且集中在环太平洋地震带,通常有着不为人觉察的周期性。将全球和各国有记录以来地震资料进行归纳,可以看出特大地震引发多个地震的“多米诺”骨牌效应,尽管这种效应还不为科学家们认同。许多科学家认为不同地区地震之间一般不存在关联关系,这种看法容易忽略地球地壳岩石圈破碎地壳相互挤压、碰撞等关联运动的内在微妙关系。地球岩石圈是一个整体,这个地方的地应力通过地震释放了,其他地方的地应力就会增加,这种地壳应力转移、此起彼伏的过程,就是地震类似“多米诺”骨牌效应发生的原因。把“统计学”和“排除法”结合起来,找出不同地区地震震中的关联可能性,是分析地震前兆的重要方法,很值得地震学专家深入研究。

科学预测预报地震的研究正在深入,不少科学家已有了新的认识。中国地球物理学会天灾预测专业委员会的顾问陈一文先生是一位地震预报专家,通过总结他的研究成果所反映出的信息来判断,他颇有信心地认为,MDCB型地震前兆监测仪的监测功能如能充分发挥,加上科学综合分析,完全可以提前预报地震。因为从1989年以来,他和他的助手们先后在西安、北京白家疃和云南滇西地震试验场进行了实验观测,发现有关监测信息与地震有一定的对应关系。这种对应关系的科学处理是预测预报地震的主要方法。

地震的科学监测有许多未知因素,每一个因素都有一定的对应关系存在,尽管地壳板块岩石层把地震信息不时地传递给世界,但这种微妙的对应信息和机理尚未被人们破译。20世纪70年代,前苏联科学家发现了地震前地震波波速比的异常降低与地震的对应关系,即某一地区地震前纵波速度VP与横波速度VS的比值(VP/VS)降低后会发生地震。中国科学家也发现了这种对应关系,并成功地预报了1975年的7.3级海城大地震,使地震发生时的损失减少到了最低程度,被称为20世纪地球地震科学史和世界地震科技史上的奇迹。但是,随着对地震监测方法的进一步研究,经过大地测量、地球化学、地球电磁异常的分析和岩石力学膨胀、微破裂、流体流动实验,尚没有足够的证据来证明这种方法的可靠性,得不出用这种波速比变化方法就能确定地震的前兆。因此,用监测地震波速比的异常变化来确定地震前兆的方法在没有进一步完善前,尚未得到广泛的推广应用。

6.关于地震前兆的认定,一直是地震学家的主攻方向。到目前为止,国际地震学和地球内部物理学协会(IASPEI)下属的地震预测分会评审出了公认的5项地震前兆:震前数小时至数月的前震;震前数月至数年的“预震”;强余震之前的地震“平静”;震前地下水中氡气含量减少、水温下降;震前地下水上升反映的地壳形变。还有几十项震前预兆,但未被科学家认定,主要原因是存在有许多不确定性,难以确认它们与地震的对应关系。但是,有许多经验性的地震前兆现象应值得重视,我国有许多民间预测预报方法,如果和科学观测结合起来加以分析归纳,就基本能判断地震来临的主要信息,防患于未然。说到底,只有提高地震监测的全面性和相关资料的准确分析,突破地震前兆的探测技术和经验理论,就能实现地震的科学、准确预报。

根据联合国减灾科技委员会公布的统计数字,全世界范围内,在近300年来死亡人数超过10万人的50起自然灾害中,发生在中国的竟然高达26起,累计死亡近1.03亿人,占世界全部死亡人数的68%。联合国减灾科技委员会的报告中这样描述中国:“这是世界上自然灾害最严重的少数国家之一,大陆地震的频度和强度居世界之首,占全球地震总量的十分之一以上。”中国历史上有记载的地震就高达8 000多次,其中1 000多次为6级以上的地震。20世纪以来,共发生6级以上的地震次数达800多次,中国占全球因地震死亡人数比例高达50%以上。中国灾害频发与地形地貌有很大关系,中国地形复杂,山区面积占全国总面积的2/3,且人口密度大。

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图5.5活动断裂和地震分布

从这张断裂带和地震分布示意图片中可以看到青藏高原和喜马拉雅山脉、帕米尔高原、台湾岛、华北平原河北一带是断裂带最多、发生地震最频繁的地方,这也印证了三百年来的地震大灾一半在中国的事实。

中国的地震带分布

中国位于全球两大地震带中间,即环太平洋地震带(西藏、新疆、云南、四川、青海等地在喜马拉雅——地中海地震带上)和亚欧地震带之间,受太平洋板块、印度板块、菲律宾海板块的挤压,地震断裂带要高于其他地区。中国地震带主要分布在五个区域:台湾地区(台湾省及其附近海域)、西南地区(西藏、四川西部、云南中西部)、西北地区(甘肃河西走廊、青海、宁夏、新疆天山南北麓)、华北地区(太行山两侧、汾渭河谷、阴山—燕山一带、山东中部、渤海湾)、东南沿海地区(广东、福建等地)的30条地震带上。中国国家地震局1978年对中国地震区、带作了三级划分。其中一、二级均为地震区,分别命名为“区”和“亚区”,三级称为“带”。

中国30条地震带的地震活动主要分布在以下地区:

泉州—汕头地震带是东南沿海地震亚区中地震活动水平最高的一条地震带。1067年到1976年,共记录到8级地震1次,7级~7.3级地震2次,6级~6.9级地震6次。

邵武—河源地震带东起福建崇安以北,经邵武、泰宁、宁化、长汀、连城、武平入广东。1520年到1976年共记录到4.7级以上地震12次。

广州—阳江地震带北起佛冈、清远,南至阳江、吴川,由一系列大致平行的北东向断裂组成,本带地震发生在广州、佛山、高鹤、阳江等地,最大为6.4级。

灵山地震带北起梧州、藤县,南至北海、东兴。1558年到1976年,共记录到4次破坏性地震,最大震级6.7级,属于地震频度比较低的地震带。

琼雷地震带位于雷州半岛和海南岛北部的雷琼断陷内。1605年到1976年共计录到4次破坏性地震,最大震级为7.5级。

扬州—铜陵地震带包括江苏东部、安徽南部和江西北部一部分,强震主要分布在长江破碎带两侧及黄海海域。

麻城—常州地震带包括江苏东部、安徽、湖南等省一部分,公元46年到1976年共记录到6级以上的地震5次,最大震级6.5级。

邢台—河间地震带西界为太行山前大断裂,东界为沧东大断裂及聊城—兰考大断裂,北界为涿州—宝坻断裂带,南界为朱仙镇断裂带。是对京、津、唐地区威胁较大的地震带。

郯城—营口地震带包括从宿迁至铁岭的辽宁、河北、山东、江苏等省的大部分或部分地区。是我国东部大陆区一条强烈地震活动带。据记载,本带共发生4.7级以上地震60余次,其中7级~7.9级地震6次。

许昌—淮南地震带北起三门峡,经洛阳、开封、徐州一线向南,南界的西段在周口拗陷南缘,东段以肥中断裂为界。

怀来—西安地震带南起渭河、灵宝盆地,经运城、临汾、太原、灵丘、大同、阳原、蔚广盆地等,最北至怀柔—延庆盆地。1998年月张北6.2级地震就在这个带的附近。

三河—滦县地震带西起北京南口,北抵宽城附近,东至秦皇岛一带,南以涿县—宝坻断裂为界。公元294年到1976年共记录地震29次,最大震级为8级。

五原—呼和浩特地震带西起磴口,北抵五原附近,东达呼和浩特以东的河套平原地区,南至默特右旗一带。

炉霍—康定地震带西起甘孜经炉霍、道孚至康定。1752年到1976年共记录破坏性地震32次,其中6级以上15次。

冕宁—西昌地震带北起石棉,经冕宁、西昌、会理、米易至元谋,公元前116年到1976年,共记录破坏性地震16次,其中6级以上地震8次。

东川—嵩明地震带北起巧家,南经东川、嵩明、寻甸、宜良、开远至个旧一带。地震活动强度较大,频率较低。

马边—昭通地震带包括四川马边地区和云南昭通地区。1974年的永善7.1级大地震就在这个带上,地震活动频度较高,多为震群性地震。

通海—石屏地震带包括玉溪、通海、峨山、曲江、石屏、建水等地区,1970年通海7.8级大地震就发生在此,地震活动强度较大,地震重复性高。

中甸—大理地震带包括中甸、丽江、鹤庆、剑川、洱源、大理、弥渡、巍山、南涧等地区,公元886年到1976年共记录6级以上地震16次。

西海固地震带包括陇中黄土高原的大部分地区。地震活动强度大,频度高,且具有明显的迁移现象。

天水地震带包括临夏、天水、甘南、武都等地,公元前193年到公元1976年,共记录破坏性地震46次,最大震级为7.5级。

松潘地震带包括武平、南坪、漳腊、松潘、叠溪及其以东的龙门山地区。震源深度一般较浅,烈度偏高。

银川地震带包括贺兰山、银川盆地和卓子山,以银川盆地为主体,地震活动强度大,但频度较低。

民勤地震带东侧为贺兰山,西北侧为八音乌拉山和雅布赖山,南侧为天景山等,1952年至1976年,共记录5级以上地震11次,其中最大的7级。

河西走廊地震带祁连山地区活动性最强的一条地震带,包括整个河西走廊与祁连山北麓,地震活动强度大,频度高。1927年至1954年仅27年间,共记录7.25级以上地震3次,其中最大的8级。1927年5月23日6时32分,在武威古浪发生8级大地震,估计烈度可达11度。

祁连山地震带包括祁连山山脉主体部分。1900年到1976年,共记录到5级以上地震25次,最大震级6.5级,地震活动水平不高。

柴达木地震带以柴达木盆地为主体。1930年至1976年共记录5级以上地震17次,最大级别6.8级。

拜城—和静地震带地震主要分布在库车至轮台一带和乌什的以北地区,震源深度10千米~30千米。

喀什—柯坪地震带包括阿克苏、巴苏、喀什、鸭子山一线以北至国境线以南的天山及其山前地区。1896年到1976年共记录到破坏性地震约为130次。

(以上地震带资料依据《地震词典》整理和添加)

神奇的翁文波理论

1992年3月12日,一份来自大洋彼岸的预测报告出现在美国有关方面的案头上,这是一位中国政协委员以私人名义向美国通报自己的预测结果。当时,科学技术发达的美国并未对这位中国人的科学预测引起重视。4月25日,旧金山果然发生了6.9级地震。事隔12天,5月7日,这位科学家在中国地球学会天灾预测事业委员会成立大会上再次提醒美国:“加州仍有发生大震可能。”6月28日,这位中国政协委员的地震预测再一次得到了印证,美国加州发生了40年来最大的地震,震级达到7.4级。美国人在巨大的震动中震惊了,这位中国人的预测竟然这么准确。恐惧之余来电向他询问:“这次,震完了吗?”当得到这位科学家“今年算震完了”的肯定答案后,他们才松了一口气。这位科学家就是延军平口中的“预测科学宗师”翁文波。

翁文波,地球物理学家,1912年2月生于宁波,1994年11月18日逝世。1980年当选为中科院院士(学部委员)。继李四光先生之后,中国又一位世界级的地震专家离我们而去,他们虽然给世界留下了丰富的地震预报探索思想,但要把他们的“科学灵魂”重显在地震预测的领域内,尚需继承他们思想的后人们刻苦钻研、持之以恒、有所发展与创新,才能实现他们想彻底解决地震预测预报的遗愿。

1966年,河北邢台发生6.8级地震。受周恩来总理之命,翁文波开始探索地震预测这一难度很大的前沿科学领域。他重新操起30多年前学士论文《地震预报》的旧业,着手研究天灾预测工作。翁文波通过对历史数据的计算,算出了我国和世界许多诸如地震、旱涝之类的重大天灾,其测算时间之远,预测数据(包括时间、地点、灾害级别)之精确,令西方科学界瞠目结舌,开创了与传统物理预测地震方法不同的数学预测法。

翁文波对1982年—1992年国内地震预测60次,实际发生52次,错报8次,准确率86.67%;时间平均误差41.75天;地点平均误差399.71千米;震级平均误差0.72级。1986年—1992年,对国外地震的预测次数70次,实际发生58次,错报12次,准确率82.58%;时间平均误差48.35天;地点平均误差692.1千米;震级平均误差0.61级。有的预测精确程度令人惊叹,如预测1989年4月26日墨西哥发生的7级地震,实际时间仅提前一天,地点完全准确,实际震级为7.3级,仅差0.3级。

海城大地震:准确预报少死10万人

海城地震被中国地震界视为里程碑式的事件,它是人类历史上第一次准确预报的强震,联合国迄今为止只承认了这一个准确预报的地震案例。

在海城地震30周年时,我国曾经举办过一场学术研讨会,与会专家得出两个结论,一次成功的地震预报取决于两大因素:一是各级地震部门提出的准确地震预报意见;二是各级人民政府所做出的果断地震预报决策及其所采取的有效防震减灾紧急措施。这两大因素在海城地震中得到了充分的体现。

海城地震是该区有史以来最大的一次地震。震时地光闪闪,地声隆隆。震区90%的人都看到了低空发光现象。远近所见光色和光像不尽相同,近处可见一道道长的白色光带,远处则见红、黄、蓝、白、紫的闪光。这次地震震中区面积为760平方千米,区内房屋及各种建筑物大多数倾倒和破坏,铁路局部弯曲,桥梁破坏,地面出现裂缝,陷坑和喷沙冒水现象,烟囱几乎全部破坏。根据地震后的统计,地震造成城镇各种建筑物的破坏面积占原有总面积的12.8%,公共设施破坏得更为严重。

现在回过头来看看当时是如何成功预报这次地震的:1974年6月,国家地震局召开华北及渤海地区地震趋势会商会,提出渤海北部等地区一、二年内有可能发生5级~6级地震。不久,国务院就批转了国家地震局“关于华北及渤海地区地震形势的报告”,对7个省、市、自治区发布了地震中期预报。1975年1月下旬,辽宁省地震部门提出了地震趋势意见,认为1975年上半年,或者1月—2月份,辽东半岛南端发生6级左右地震的可能性较大。2月4日0时0分,辽宁省地震办公室根据2月1日到3日在营口、海城两县交界处出现的小震活动特征及宏观异常增加的情况,向全省发出了带有临震预报性质的第14期地震简报,提出小震后面有较大的地震,并于2月4日6时向省政府提出了较明确的预报意见。2月4日10时30分,辽宁省政府向全省发出电话通知,并发布了临震预报。

1975年2月3日,工作于中科院地球物理所的李志永,结束了对沈阳水库一个月的观测后,到营口探亲。2月4日早,营口发生了有感地震,出于“地震就是命令”的责任感,他赶到营口市科技局和地震办参与工作。在对地震台源源不断报上来的数据绘制出图表后,他在2月4日中午作出了一个重要的推测,在2月4日晚12点左右可能会发生7级以上地震。这是一位退休科学家的重大抉择,这是他人生中最珍贵的回忆。

从2月1日开始,营口地震台地震仪的指针开始摆动,到2月3日,小震增强。2月4日凌晨,辽宁省革命委员会地震办公室发布简报称,即将发生5级以上地震。2月4日早晨7点50分,一场4.8级的地震发生了。这场地震的如期发生,让李志永将他近一个月在水库的观测结果,以及6年前在邢台地震中所取得的重要经验联系了起来,他把这一推测结果和图表往3位局长面前一摆,阐述了自己在邢台地震期间的经验和自己的一套理论:“现在形势非常紧急……”局长听完,就往市里走,下午市里有个关于地震预防的紧急会议,李志永的这个推论在会议上作了传达,并通过街道办等基层组织及时地传达给全体市民做好预防地震的准备。许多人证实,在海城地震发生之前的那天下午,居民们被通知,晚上可能有大地震,必须做好抗震准备,睡觉不能关灯锁门,有的地方甚至通知放映露天电影,建议居民不要进屋睡觉等等。

下午的会议开完后,有群众打电话说有“地气”涌出地面,李志永和地震办公室的人驾车去看,在回来的路上,大地震就发生了。虽然7.3级的强烈地震把海城地区变成了一片废墟,但是由于震前准备充分,这次地震没有出现“尸横遍野”的景象。

根据有关部门的估计,海城地震的成功预报使可能导致超过10万人死亡递减到1 300多人。由于震前准备的防范措施和及时宣传,使广大群众掌握了一定的地震防范知识。例如,2月4日从大连开往北京的31次旅客列车于19时36分到达极震区唐王山车站前时,火车司机突然发现车头前方从地面至天空出现大面积蓝白色闪光,这位火车司机懂得地震知识,马上意识到这是地光,判断地震即将到来,便迅速沉着缓慢减速行驶,恰在停车后发生地震,因为火车及时减速停车而未发生车翻人亡的重大事故,保证了旅客的安全。

中国地震观测第一井:邢台地震前古井异常

1966年,26岁的袁桂锁是邢台隆尧县马栏村民兵连副连长,他上过畜牧中专,是当时村里的文化人。3月5日,一个青年来喊袁桂锁,说村南一口古井里水花剧烈翻腾,可能有大鱼。古井叫“三官庙井”,不深,井口也很细。来到井边,一群年轻人眼看要把井水淘到底了,仍不见鱼的踪迹。袁桂锁在腰上缠上绳子,让同伴把他放到井底,准备看个究竟,但是没有想到井水迅速上涨,淹到他的腰,同伴们惊呼着把他拉了上来。3月8日,袁桂锁路过三官庙井时,惊奇地发现井水已经溢出井口,还有硫黄的气味!他万万没有想到,4个小时后,即1966年3月8日5时29分,当地就发生了6.8级的大地震,震中就在马栏村附近,地震中,马栏村死伤人数众多,袁桂锁也被砸晕。幸存的袁桂锁回想起三官庙井的异常恍然大悟,那一定是地震的前兆啊!

3月10日,周恩来总理来到隆尧视察灾情,沉痛地说,这次地震我们付出了很大代价,必须从中取得经验。袁桂锁把总理的话牢牢记在心里。3月12日,袁桂锁开始了对三官庙古井的观测,从此,一发不可收拾,天天观测,风雨无阻。地震时,古井喷出了大量泥沙,井口变形,地震过后,井里的水位一度回落。但到了3月20日,袁桂锁惊讶地发现井水又如前次地震前一样暴涨,他把这一个情况及时地报告了村干部,两个人不停地在村里呼喊,要地震了,做好准备。井水继续剧烈地上涨、翻花、冒泡,村里人惊恐地等待着。3月22日,正当袁桂锁继续声嘶力竭地在村里喊叫时,7.2级的大地震发生了!因为有了提前准备,这一次地震给马栏村造成的损失很小。

这次成功预报引起了上级的重视,袁桂锁和村里6个年轻人成立了隆尧县第一个地震科研小组。它们开始主要还是观测井水的变化,发现村里的30口井水都在地震前后有明显反应,其中以三官庙井最为敏感,他们把三官庙井命名为“马栏一号地震观测井”,后来这个名字载入了中国的地震预报史册,被称为“中国地震观测第一井”。这口神奇的井惊动了中央,1967年3月,著名地质学家、地质部长李四光来到马栏村三官庙井考察,他得出的结论是:“马栏一号井恰好处于两个断裂带的交会处,所以对地震非常敏感,虽然不深(7米),但它在水平方向沿构造带有远距离的水力联系,与深部地下水也有同样的联系。就这样,李四光解开了古井井水变化之谜。李四光勉励袁桂锁,要抓住地下井水观测不放,长期坚持下去必有成果!这口神奇的古井果然不负众望,像大地的眼睛一样观察着地壳的变动。1968年5月15日任县永福庄5.0级地震,从当年5月13日起,古井的水位大幅度上升,井内东北方向翻花冒泡;1969年7月18日,渤海发生7.4级地震,从当年7月12日起古井水位上升,震前半小时,井水变黑,剧烈翻花。袁桂锁记录下了这些宝贵的资料。1970年山东潍坊7.4级地震,1974年云南昭通7.1级地震,1975年辽宁海城7.4级地震,1976年唐山7.8级地震,袁桂锁也都根据震前水位的变化提供了不同程度的预报意见。因为这口井,袁桂锁成了地震专家。他的论文《地下水与地震》曾被国内外专家广泛认可和应用,美国、日本等国专家也先后参观该井,向他取经。

1977年,因为水枯,该井失去观测价值。但袁桂锁却不放弃,他亲自下井清理后,井水又欢乐地涌了出来。1984年,袁桂锁任隆尧县地震办公室工程师。为了更好地观测这口古井,他在古井旁盖了房子,把家搬了过来。1989年前,隆尧县地震局不再要求袁桂锁提供古井的水位变化,只要求提供电磁波数据,但袁桂锁还是坚持天天观测井水变化。不幸的是在2007年,袁桂锁因车祸引发脑血栓,偏瘫在床,他不得不让他的儿子袁英军去天天观测水井。

2008年“5·12”汶川大地震前,从4月4日开始,古井水位连续下降。到4月27日下降了52厘米,这是一个非常异常的地震信息,但因为地震局对水井的资料没有要求,他就没有上报,只汇报了电磁波的异常。5月12日汶川发生大地震,再次证明了古井水位下降对千里之外将要发生大地震的预警作用。袁英军说,这口古井应该说还非常灵敏,水位一直很稳定,受季节、天气的影响很小,父亲几十年来留下了大量关于水井的观测资料以及据此做出的预报经验,整理发掘出来对地震预报事业仍有重要的价值。如此说来,对这口古井的观测一点都不可以放松,应继续坚持观察并做好资料的积累工作,也许某一天它又能做出惊人的预警预报。

1920年12月16日晚8时许,今宁夏海原县发生了8.5级特大地震,吞噬了23.4万人的生命!据测算,海原大地震释放的能量,相当于上千颗原子弹、2.2亿吨TNT炸药、11.2个唐山大地震的能量。地震发生后,远在数千里外的上海英国领事馆的所有钟表立即停摆,越南河内天文馆也有明显反应,就连洛杉矶也有震感,全世界有96个地震台测到并记录了这次大地震。地震波可绕地球2圈,故这次大地震被称为环球大地震。由于旧中国科技水平的落后和经济脆弱,再加上交通不便,使这场震惊世界的特大地震留下来的观测分析资料很少。

时隔88年后,与宁夏海原县8.5级地震相近的四川汶川8.0级大地震发生后,完全是另外一番情景:党和国家领导人在第一时间亲临灾区视察,亲自部署抗震救灾,举全国之力来帮助灾区渡过难关,重建家园。特别是人民子弟兵和救灾人员全力协作,为灾区人民的生命财产安全给予了强有力的保障。世界许多国家伸出援助之手,派出了抢险医疗队到灾区抢救人命,海外炎黄子孙和全国人民慷慨解囊,共捐助人民币达760多亿元和大批的救灾物资,这在旧中国是不可想象的,也是不可能做到的!

地震发生牵动着中国地震科学家的心,大批专家也在第一时间分赴灾区进行紧张的科学监测,分析地震成因,利用一切科技监测手段,进一步提供防止余震等次生灾害的预测预报信息,为减少主震后发生余震造成新的损失提供了科学决策的依据,使抗震防震的措施条理分明、井然有序,最大限度地保障了灾区人民的抗震救灾生活。

经国家汶川地震委员会评估:汶川大地震造成直接经济损失8 451亿元,其中四川占91.3%,甘肃占5.8%,陕西占2.9%。

2008年9月3日,国家测绘局、中国地震局联合公布了汶川地震地形变化监测结果:汶川大地震引起震中区域监测点的水平位移量达238厘米,沉降量达70厘米,隆起量达30厘米,致阿坝高原东移,四川盆地下沉,龙门山断裂带东侧块体——四川盆地下沉达30厘米~70厘米。

龙门山断裂带西侧块体向东偏南运动,位移达20厘米~70厘米;东侧块体向西偏北运动,位移达20厘米~238厘米。东侧块体下沉30厘米~70厘米。龙门山断裂带的西侧块体是阿坝高原,东侧块体是四川盆地,四川盆地下沉了30厘米~70厘米。

陕西南部区域向西北方向运动,最大位移量达4厘米;甘肃陇南区域向东北运动,最大位移量达5厘米。

青藏高原珠峰地区的监测点向西偏南运动,水平和垂直方向位移量均为2厘米~3厘米。

中国地震局又在灾区部署了50余个连续全球定位测量观测站,同时展开第二次复测工作。

2008年12月23日,国务院学位办、教育部学位管理和研究生教育司主办的全国博士生“西部地震灾害环境与可持续发展”学术论坛会在兰州大学召开。此次论坛会共邀请了100多名全国地震科学、地质科学、地理科学和灾害科学等学科领域的博士研究生参加,不仅为全国地球科学方面的年轻人提供了知识交流的平台,而且也为我国地震科学研究提供了一个高起点、多领域学术交流的平台。据介绍,20世纪以来,中国共发生6级以上地震近800次,几乎遍布全国各个省区,死亡人数占同期全球地震死亡人数的53%。2008年,中国西部地区地震活动十分活跃,仅“5.12”汶川大地震就造成了8万多人遇难和失踪。近来云南、西藏、新疆等地也相继发生了一系列地震,地震引发的各种地质灾害对人民生命财产构成了严重威胁,中国地震科学和地质灾害防治科学面临着空前紧迫的责任和挑战。

汶川地震对中国科学家是一个严峻的挑战,向我们提示了加快研究地震预测预报的重要性,这是一个国家综合科技水平的试金石!能否突破地震预报难题,是中国科学家的世界责任。笔者相信,在李四光、翁文波等地震预测预报理论的启示下,在广大地震科学家的共同努力下,一定能突破这个世界性的难题,早日为地球人类作出贡献。

中国地层分为青藏高原板块、华南地区板块、华北地区板块等六大亚板块。

中国地震局专家认为,2008年5月12日汶川大地震属于大型板块断裂活动,印度洋板块向亚欧板块俯冲,能量从青藏高原向内陆释放,这个判断是准确的。GPS观测表明,从青藏高原的地貌变化发现,若尔盖草原向西的整个青藏高原东部向东和向北的运动速率都很大,但到龙门山地段却明显地变慢(每年只有2毫米~3毫米),使龙门山一带地壳积累了巨大的应力和能量,致使汶川等地发生地震的一分多钟里,地壳深部的岩石层中形成了一条长约为300千米、深达30千米,倾角为70度~80度近乎垂直的大断裂带,其中有200多千米的断裂露出地表。依据全球定位系统GPS观测得知,龙门山和四川盆地在水平方向分离运动,龙门山大幅度抬升,四川盆地相对下降。这次地震引起的大尺度的地表变形,属于地震引起的弹性暂态形变,随着时间的推移,这种弹性暂态形变会逐步停止并趋于稳定。

地壳发生变形的原因较多,但最主要的原因是板块之间的相互作用。美国罗切斯特大学的科研人员研究安第斯山脉的沉积盆地成因时发现,安第斯山脉在数千万年的时间里缓慢升高,但到1 000万年~600万年前突然发生了快速抬高的现象,其原因为:海洋板块与陆地板块作用力加强时,陆地板块地壳会发生扭曲,使地壳构造分层产生折叠、断层、碰撞等,让安第斯山脉在不到400万年的时间里由海拔2 000米上升到海拔4 000米左右。

从地图中可看出,地处龙门山断裂带的汶川—茂县—北川等县区正好位于青藏高原和四川盆地交界处,地震波及范围广、能量大,是青藏高原板块和四川盆地板块相互运动的结果。究其根本原因,是青藏高原板块不断压向印度洋板块出现叠加失稳后,突然释放出的震动能量在龙门山断裂带集中体现了出来。再进一步分析,这次地震有它的历史渊源:由于塔里木盆地受小行星撞击后,地壳变化后续效应让青藏高原板块与印度洋板块的活动一直没有停止,表现在了青藏高原的隆起,喜马拉雅山脉逐渐升高,使青藏高原板块和四川盆地板块在横断山、龙门山积聚了相互碰撞的应力,从龙门山一带释放了出来,造成了巨大的灾难。

四川盆地成都平原和青藏高原边缘交界处龙门山一带地震区,是平原和高原高山的交界带,往往是地壳板块断裂带应力集中的地带,一旦应力积聚的能量达到板块承受的临界点释放出来,就会发生构造性地震。

龙门山断裂带与横断山的地质构造应该是四川盆地受小行星撞击后的产物。1.6亿年前,当小行星由东向西撞到四川盆地时,使四川盆地板块俯冲在青藏高原板块之下,从而让青藏高原板块东缘不断隆升于四川盆地板块边缘之上。龙门山断裂带的倾角为70度~80度,近乎垂直,这种地质构造会长期引发构造的不稳定性,可以说,这两个板块间的摩擦碰撞和地震从未停止过,这可以从汶川地震断裂带科学钻探的实施计划中得到证明:科学钻探一号孔在0米~720米深度的彭灌杂岩岩心中发现了20余条产状不同、规模不等(厚度几厘米至几米)的由断层泥、碎裂岩和断层角砾岩组成的古地震带,这说明应该是古代多次强烈地震的结果。还在主断裂上发现罕见的巨厚断层岩(在585米以下有100多米厚的由黑色断层泥、碎裂岩和断层角砾岩组成的断裂带)特别是厚度达20多米的断层泥,世界上极为罕见,是青藏高原东缘龙门山隆升的最高纪录和证明。

青藏高原板块中有许多断裂带,是中国最大的一个地震区,地震活动频繁。据不完全统计,曾发生8级以上地震9次,7级~7.9级地震78次。这个地震带还与吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、阿富汗、巴基斯坦、印度、孟加拉、缅甸、老挝等国家的部分土地相连,一旦发生8级左右的地震,常常就会有连锁反应出现。

从以下几次大地震可看出,青藏高原板块始终在不断运动着:1950年8月15日,中国西藏察隅墨脱8.6级特大地震让喜马拉雅山脉大地面貌全非,雅鲁藏布江被截为四段,南迦巴瓦峰发生特大雪崩,造成雅鲁藏布江堵塞,形成巨大的堰塞湖,地震级别为亚洲第二;1974年中国四川马边和云南昭通地区7.1级大地震;1988年11月6日,中国云南澜沧7.6级、耿马7.2级大地震,使相距120千米的两座县城夷为平地;1996年喀喇昆仑山7.0级地震,1997年西藏玛尼发生7.5级地震,2001年中国昆仑山口8.1级特大地震,2008年1月1日中国新疆和田7.2级大地震,2008年四川汶川8.0级大地震等都是围绕青藏高原板块中的巴颜喀拉地块边界发生的。我们先不说它们造成的损失有多么惨重,仅就它们释放的能量和地震后新的集聚应力,足以让青藏高原板块和邻近板块之间不得安宁。这些地震之间有相互推动的后续效应,而发生在汶川—茂县—北川一线的大地震恰好就是这种应力效应的释放平台。汶川大地震后西藏、云南、青海、甘肃、陕西等地的多次余震,验证了青藏高原板块、四川盆地板块等板块中断裂带存在的相互影响效应。

自2008年1月1日新疆和田发生7.2级大地震、青海发生6.9级地震到汶川发生8.0级大地震期间,青藏高原板块和其中的断裂带显得出奇的平静,但自从汶川发生特大地震后,青藏高原板块和四川盆地板块、亚洲西部板块、印度洋板块、太平洋板块等显得极为活跃,一个8级左右的特大地震会对周边的地壳造成多米诺骨牌效应!

中国汶川8级大地震前,青藏高原已有新疆和田7.2级、青海6.9级的地震做了前期铺垫,这种铺垫并没有引起地震学家的重视,主要原因是忽视了此类地震之间的相互关联作用。实际上,汶川地区在2007年下半年就已出现了一些典型的地震前兆:汶川的倾斜、松潘水氡和郫县的电阻率异常等;2008年3月27日,什邡市马井镇万春社区发现浅井水有青霉素味道,井水泡茶后茶水变黑;地震发生前的两天中,有多达500多起地震前兆现象(有些是震后发现的),但都没有及时预测分析预报;2008年5月12日下午14时左右,地震前兆观测员雷兴和到39号观察井观测时,发现井房边上养鱼池中池水翻滚、大量的鱼跳出水面,他凭借自己的经验,立即大喊:“地震了,快跑啊!”这个地方的公众逃脱了灭顶之灾,紧接着就发生了8级大地震。

汶川大地震的失报,给我们敲响了警钟,下一个大地震会发生在哪里?从上面表格中列出的不完全数据可看出,汶川大地震引发了一连串的“多米诺”骨牌地震效应!将青藏高原地震带和环太平洋地震带上发生的一连串地震数据作比对分析,可以清晰地看到地壳地表中发生地震的关联性,如果把2008年之前的大地震资料做汇总,就有可能发现各地震带大地震之间的微妙关系和一定的迁移规律。

中国科学院院士马尊晋先生是一位对地震研究有极高造诣的专家,他坚信地震预报可以实现,“不能因为现在报不出来,就判定以后也报不出来,任何事情都会有一个过程,地震预报和研究工作也会有一个过程,一个从不清晰到清晰的过程。”要想真正解决地震短临预报这一世界性的难题,必须要把地震前兆的研究看成一个整体、多方探讨、多角度比较、多层次求证、去伪存真、持之以恒,迎难而上,总会找到完美的解决方法,任何一项科学研究都需要这种精神。

中国国家地震局对中国地震活动规律有一个说法,认为中国四周有四个地震敏感“触角”,这就是台湾、东北珲春、喜马拉雅东部构造、帕米尔高原,如果四处构造中有一处活动,都会引发四处构造内的地震活动,这表明四个“触角”活动的能量和相互关联运动,对构造内的大陆地壳施加的地应力比较明显。国家地震局的说法和笔者对板块地震构造带中各断裂带之间相互影响的想法完全吻合。震级越高、强度越大、烈度越强的区域,地震向周边传递的地震能量应力呈正比关系,也就是说,强地震发散的地震波能量和地层应力越大,对周边断裂带的地应力积累影响也越大,就越能引发其他板块地震带的区域地震的应力积累。

李四光先生在生前,对地震预报有一套独特的研究方法。他一直认为,要抓住地底下的发震层以上地层岩石层的力学性质、破裂程度和地应力场的变化关系、转移规律作为突破口,这是解决地震预报的基本途径。李四光先生在河北邢台地震(1966年3月8日邢台隆尧县6.8级地震、3月22日邢台宁晋县7.2级地震)后亲自做了调查,用他的理论和经验在1968年成功地预报了河间地震。这是一个科学家的成功,也是他的理论方法的成功,我们应该认真学习李四光先生“地应力场和转移规律”的变化思想,在他的思想指导下,深入探讨、求真求实,一定能在地震预测预报方面有所突破。

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图5.6中国地震部分震中位置分布图

对李四光先生在地震方面的学识,在中国已无人怀疑,因为在他生前对地震预测的准确性已告诉世人,地震可以预报!从以下几个实例可以证明李四光先生准确预测地震的远见:1970年,李四光先生就对地壳活动构造体系、活动性断裂带的历史地震活动有一套自己的精见,表现出了一位科学家运筹帷幄、决胜千里的科学境界。当时,他主持研究中国地震危险区透明图时曾问:道孚在哪?彝良在哪?武都在哪?武威在哪?门源在哪?峨山在哪?之后的地震事实精准地表明,李四光先生对这些地方格外关心的重要性,正如他的预测一样,凡是问到的地方,都在不同时间发生了预料中的地震。这是中国科学家首先攻破地震领域中世界难题的成功范例!

1973年2月6日,四川道孚西北60千米的炉霍发生了7.3级地震;1974年5月11日在云南离彝良100千米的大关北发生了7级地震;炉霍—彝良大关一带是炉霍活动性断裂带,这两次地震有明显的关联性。1976年8月,四川松潘接连发生两次7.3级和7.2级地震,震中距李四光问的甘肃武都只有116千米;1981年1月,四川道孚发生6.9级地震;1984年1月,甘肃武威发生了5.3级地震;1986年8月,青海门源发生了6.4级地震;1990年10月,距离武威东南100千米的天祝县发生了6.2级地震。从1970年到1990年的20年中,李四光先生问到的地方无一例外地都发生了地震,这绝不是巧合,而是一位伟大科学家超前的卓越见解!是世界上绝无仅有的在地震领域中最系统、最完整、最超前的中长期地震科学预测预报!

李四光先生不幸于1971年4月29日逝世,这是中国科学界无法弥补的重大损失,也是世界地质、地震学界的重大损失!先生在病危期间,无法释怀自己的地震科学情结,他恋恋不舍地告诉大家:“如果还能给我半年时间,地震预报的解决是有希望的。”伟大人物失去了极为宝贵的半年时间,也许,失去的这半年时间需要后人用50年的时间才能赶上他的科学境界。他为了不留下更多的遗憾,给后人留下了一份珍贵的科学遗嘱:极其注意的事实是历史地震震中的分布,在很大程度上与构造的展布是一致的。这条规律突出地证明:地震震中所在与某些构造带和与那些构造有密切联系的构造带是息息相关的;反过来,追踪彼此互相关联活动的构造带,对发现潜在的地震危险带有很重要的意义。先生遗嘱的内容和科学思想已经在多次地震实例中验证。

2004年12月26日,印尼苏门答腊发生8.77级~9.2级特大地震后,从印尼主震区向北几千千米远的同一经线附近的武都、松潘至昆明南北地震带上有地震活动明显增强的现象。这说明,这次特大地震对环太平洋地震带与青藏高原地震带有着明显的影响。现在进一步分析可断定,印尼苏门答腊特大地震使印度板块进一步俯冲抬升亚欧板块青藏高原,让青藏高原与成都平原交界处地震带的地壳岩石层应力聚集,造成了汶川大地震的发生。

一个8级左右的大地震,除了地震区消除集聚积累的应力外,会给相邻板块其他地方造成新的地壳地层应力积累。由于相邻地段地应力的积累集聚有一个变化过程,一旦发生地震的临界条件孕育成熟,就会有新的地震发生。2001年,中国青藏高原昆仑山口发生8.1级大地震的前后,周边地震断裂带地区先后发生过7级~7.3级的地震(详细情况见表格数据)。2010年2月27日智利8.8级特大地震前后,环太平洋地震带的不同区域发生过6级~7.3级地震,和中国四川汶川8级大地震对比,就可以看出,一个8级左右的特大地震在孕育过程中,一定有周边其他的地震过程做先导,只不过我们目前还不能确定它们之间的必然联系。

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图5.7圣安德烈亚斯断层(San Andreas Fault)

图片提供与版权:SRTM,JPL,NASA

地球的表面实际是破碎的,这些地壳上的裂缝称为断层,它们的长度有时候会长达数百千米。当覆盖着地球表面的板块移动时,断层所在的位置,常常也是大地震发生的地点。举例来说,在上面这张照片里山岳右边的线形结构,就是美国加州著名的圣安德烈亚斯断层,它也是地球表面最长和最活跃的断层之一。圣安德烈亚斯断层的深度有15千米,存在的时间已经超过2 000万年。巨大的太平洋板块沿着圣安德烈亚斯断层,相对于北美板块向北漂移,平均每年移动数厘米,以这种移动速率经过数百万年后,地球表面的陆块分布和现在比起来,就会有很大的不同。

笔者认为,由于智利8.8级特大地震的震源深度在60千米左右,故它对环太平洋地震带的地震影响已经开始,印度尼西亚、印度、日本、中国台湾等地新发生的地震已说明了它的影响力。这种影响力最快会在3~6个月左右显现出来。笔者预测,最有可能受影响的是沿美洲板块西部环太平洋地震带向北一线,即墨西哥、美国加州、阿拉斯加州一带有可能相继发生7级左右的地震,在未来3年左右美国加州圣安德列斯断裂带还会发生7.5级左右的大地震。太平洋板块西部沿环太平洋地震带上也会受到明显的影响,首当其冲的是日本列岛一带,因为菲律宾海底板块和亚欧海底板块相对运动,如果集聚的能量超出了地壳岩层的承受能力,就会猛然释放出巨大的能量,发生新的断裂性挤压地震,而且地震的强度在7.5级~8级以上。

汶川大地震和智利大地震的余震会延续数十年,对周边板块地震带、断裂带的影响至少会持续3年~5年甚至更长时间。从地球仪上可发现,汶川—海地—巴拿马—哥伦比亚—秘鲁—智利处于同一经度附近位置(巴拿马、哥伦比亚、秘鲁也先后发生6级以上的地震),汶川震中位置与智利震中位置几乎直穿地球。汶川8级地震发生前后,智利火山运动比较频繁;与汶川地震带处于同一纬度附近的琉球群岛同时也发生20多次地震,最大的一次达7.3级;从汶川地震带所处的北纬31度向西观察,青藏高原—地中海地震带附近的几个国家(伊朗、希腊、意大利等)也先后发生了震级不同的地震(请参看前面表格数据),这就能看出8级左右的特大地震对周边板块地震带的影响非常明显。以汶川2008年5月12日、萨摩亚群岛和美属萨摩亚群岛2009年9月29日、智利2010年2月27日三次8级以上的大地震为契机,让环太平洋地震带活跃了起来,进入到了新一轮的3年地震小周期中(2010年—2012年)。如最近墨西哥发生的7.2级、太平洋几个岛国连续发生7级以上的地震就是最好的例证。

2010年4月14日,中国青海玉树地区发生了7.1级地震,给当地人民的生命财产造成了重大损失。笔者认为,玉树县的这次地震和汶川的特大地震有着紧密的连带关系!玉树县所处的位置在甘孜—玉树—风火山断裂带,属于巴颜喀拉地块的南边界,直接受康定—甘孜地震带的影响。而汶川龙门山一带大地震属于巴颜喀拉地块东南边界,汶川地震后的应力通过康定—甘孜地震带传递给了甘孜—玉树断裂带,使近两年来玉树—风火山断裂带积聚的应力有随时释放爆发的危险。玉树地处青藏高原块体的中部,地质活动较为强烈,历史上曾发生过多次中强度以上的地震。

在环太平洋地震带从2009年—2010年频发7级以上地震的应力转移中,特别是在智利的8.8级特大地震应力释放的“多米诺骨牌”效应的影响下,推动爆发了青藏高原康定—甘孜—玉树带的玉树7.1级地震。从2009年下半年以来,全球已发生7级以上的地震24次,其中7.7级以上的地震有6次之多,远远超过了每百年平均2次的大震频率。

汶川龙门山断裂带和甘孜—玉树断裂带(断裂整体呈北西向分布)虽然地处两地,但它们却分布在1 000多千米长的大断裂带上,整体上属于巴颜喀拉地震活动区域。例如,2008年3月21日新疆和田发生7.2级地震时,汶川发生了3次滑坡;2008年新疆乌恰县发生6.8级地震时,北川发生了滑坡。这种相互关系让我们马上想到,各断裂带之间有着地壳破裂的应力转移的必然关系。

汶川地震后对周边地震带的影响是持久的,东西南北已发生的一些地震证明,8级地震造成的应力释放会对震中“米”字形的八个方向上的地震带都有影响,这种影响通常会保持30年左右。

中国人的聪明才智是世界上公认的,在地震预报这个领域中,除了李四光、翁文波两位科学大家外,又涌现出了一批年轻的科学家,他们为中国和世界的地震预报事业勤勤恳恳、苦苦地奋斗着,相信他们为人类的生存会作出杰出的贡献。

下面是笔者收集的截至2010年5月9日以前的有限地震资料,主要把已发生7级左右的地震按时间顺序编辑成表格,让大家分析研究和找出大地震之间的相互关联关系,或许能为研究地震的爱好者提供思路。

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(由于本人身体健康原因,从2010年5月以后的地震资料再未收集)

上面表格中摘录了图片5.1中在1996年以前各地震带上里氏7.0级左右的绝大部分地震数据,基本上把中国历年来明确记载地震的数据涵盖了进来,由于图片中的地震带名称和前面《地震词典》里的30条地震带名称不尽相同,故全部列表供读者参阅。其他数据是笔者平常在报纸上收集的,国外的地震数据仅收集了少部分,请读者谅解。上面表格地震数据跨越的时间较长,特别是国外的许多数据没有收集进来,只能部分地向我们展示出了地球板块在不断碰撞震动的图景,您完全可以根据以上数据想象出地球地壳是一个不断破裂碰撞、此起彼伏的活动“球壳”!从2011年起,环太平洋地震带已处于活跃时期,您也可以充分展示你的思考判断能力,寻找每一个7.0级以上的地震与其他相邻地震带发生的地震之间有没有连带关系?

大量的地震资料显示,一个6.0级左右的地震会对周边的断裂带产生影响;一个7.0级左右的地震会对周边的地震带产生影响;一个8.0级左右的地震会对地壳板块产生影响。当一个地震带上发生8.0级左右的特大地震,会将地震产生的能量释放到周边的板块边界并传递到其他板块上,除了震中密集型余震之外,同时能引发其他地震带发生7.0级左右的多次地震;一个7.0级左右的地震,也会引发其他地震断裂带中发生6.0级左右的地震和更小级别的群震。反之,一个小级别的地震往往是较大地震将要发生的前兆,特别是低于5.0级以下的小型前期群震,更能体现大震的前兆!例如,2010年4月14日玉树7.1级大震发生前的三个小时,在凌晨4时58分发生了4级的前兆地震,由于缺乏防范意识,忽视了这次前兆地震,如果当时有人能震醒并发出警报,也许不会死伤那么多人。玉树地震是一个完整的经典型地震,即前震—主震—余震。

上面表格列出的地震资料虽然不全,但可以帮助我们了解中国众多的地震带和环太平洋地震带一带的地震趋势和地震转移的方向。或许通过这样的探讨,会提升你了解地球、热爱地球、热爱地球物理的兴趣。如果你能仔细对比探索手中的资料,你也许会意外地发现地壳板块地震带之间的相互作用和相互作用力关系,因为地壳岩石层的运动是有一定规律的,它绝不是像“布朗运动”那样漫无边际!假如你能费心找出这层关系,你就拥有了预测预报地震的基本能力,或许你就能成为预测预报地震的资深专家。

为了有效地预测预报地震,还有一个重要方法,这就是尽早发现异常地震前兆!唐山7.8级大地震发生于1976年,当时震中区赵各庄、陡河两个压磁钻孔地应力观测点在震前200多天的记录曲线就出现异常向上跳动(这表明受拉伸应力),这说明该范围已出现地震的前兆,记录仪器越到临震阶段,记录曲线跳动越是厉害,两个台测定记录的数据可以互相佐证,只可惜未及时预报出来,致使本可少受损失的唐山人民未能躲开灭顶之灾。

1985年8月23日在新疆乌恰发生了7.1级强震,距震中30千米~40千米的喀什地震台土层应力仪在震前两个多月就发现了异常变化,记录曲线由平滑到发生向下(表明受挤压)变化的许多毛刺,到8月份地震发生前又出现了剧烈的波动,十分清楚地记录了地震的全过程。当地震平息后,记录仪器的记录曲线又逐渐转入了平静。由此可发现,唐山、乌恰的两种记录仪器在临震前后的异常记录完全能确定预报地震。

为了尽快解决科学监测地震的先进设备安装和布点问题,中国采用了具有世界先进观测水平的新型地震前兆仪器——多分量钻孔应变仪。截至2007年底,已有40台套国产四分量钻孔应变仪在全国布设就绪,加上其他辅助设备,实现了无人值守、每分钟采集数据一次、网络远程传输数据、地震台网中心自动调集全国地震数据等,初步显示出了它的优越性。

分量钻孔应变仪就是李四光先生曾倡导的测地应力仪,我国已有充分的知识产权和制造技术,将它埋设安装在地下数十米至数百米深处,能有效地感应出地层非常微弱的拉伸、压缩和扭切变形,这种深埋于地下监测地层变化的敏感度相当于地面1 000千米伸缩0.1毫米都能发现,已达到了探测地球固体潮运动“脉搏”的超高精度。这是前人无法想象和从未用过的探测技术和手段,使现代科学家在地震探测方面进入了神秘的地层大门。我们相信,从汶川大地震的教训中会让更多的多分量钻孔应变仪安装到最需要监测的地方。

汶川大地震前,2006年10月28日安装在离汶川最近的姑咱台地震分量钻孔应变仪开始工作,连续3年记录到了“潮汐畸变”、“压性脉冲”的异常变化,特别是2008年5月12日临震前,这些变化越来越频繁、波动幅度越来越大,直到大地震发生。如此明显的异常变化记录却没有被及时会商预报,这是我们地震学界的一个深刻的血的教训,也让中国地震科学界失去了一次极有价值的完整监测预报成功地震的机会!再先进的仪器都要靠人来掌握操作,再有价值的地震变化记录也要靠人来及时分析决断,我们的国家经不起地震预报的失误,我们的人民必须少受地震的磨难,所以必须要在地震监测预报上有所突破!

事实证明,我们对地球的认识还很肤浅。要对地球进行深入探测,虽然有不少先进科学仪器和方法,但地球地壳在中国地表地层中显得格外复杂,中国东部岩石圈只有70千米~100千米的厚度,属全球最薄的岩石圈之一,西部岩石圈有200千米左右,比东部整整厚了两倍左右;东部的地壳厚度仅有30千米左右,而西部的地壳厚度又比东部厚了许多,如喜马拉雅山脉地区的地壳厚度在70千米左右。为此,中国下决心要对本土地壳地表开展“深部探测专项研究”计划。在该计划中,“把在大陆关键构造地带上新增、补充、完善建立以深地震反射技术为先导的监测网布局为突破口,把采集探测主动地震源和被动地震源、不同构造地壳和岩石圈断裂带深部运动方向与速度作为主要任务,重点发展地应力测量和深度监测技术的研究,以彻底查明各构造带地应力的积存状态和变化规律”。同时把不同层次地壳物质结构从时间深度上、地质变化历史痕迹上找出过去和未来发展趋势的多元信息进入立体信息库,供地质、地震科学家和有关人员使用,让他们长上“探地眼”,为中国和全球的地震事业作出贡献。

笔者用“米”字判定法大胆推测,2004年印尼8.77级~9.2级地震、2008年汶川8级地震、2009年萨摩亚群岛和美属萨摩亚群岛8级地震和2010年智利8.8级地震都对中国西部大陆地震带有后续地壳岩石层应力加大的推动作用,除了青藏高原、帕米尔地震带已先后发生地震外,尚有日本列岛和中国四川康定—甘孜地震带以北、宁夏地震带、甘肃民勤地震带还处于孕育地震的阶段,估计在2011年—2013年,这些地震带附近也会发生6.7级~7级的地震。

现将笔者预测地震的基本方法介绍如下:

我们知道,地震波是以“对称”的形式从震中向外发散传导的,由于地壳中的岩石层板块、断裂带破裂构造不均匀等,地震波在有硬有软的地壳构造介质传导过程中会发生“对称破缺”,地震波的波长、频率和能量会随传播介质的不同而发生变化,所以对震中周边小板块能量传递的影响也会有所不同,特别是浅源性地震,显得更为明显。地震发生时会产生以震中为中心的纵波和横波,纵波是直线传导,随距离增加而衰减,如果遇到断裂带,纵波会曲折转移传输方向;横波是环形传导,破坏力也最大,随传导距离的加大也会衰减。这两种波沿着地球地壳岩石层传导时,都是曲曲折折沿地表或地下岩石层游走,因为岩石层并不完整,一旦将地震能量(应力)传到某一地震带中断裂带上,会使该断裂带有向前运动的可能,由于岩石层的断裂和不规则性,该地震带或断裂带又会将所受地震应力转移给其他地震带或断裂带,这样一来,一次特大地震就会给地球表面地层板块和有关地震带带来额外的内在动力,使该地震带不断地积聚和消除形变应力,如果有外界因素的强力影响,常常能引发不同地点、不同级别的地震。

笔者自创了一套预测预报地震的方法,其中“米”字判定法是笔者常用判断地震应力转移方向的一种方法。本书中笔者所推断出的地震发展趋势、预测预报未来发震的地点、时间和震级,均是按8级左右特大地震震中的位置坐标来做分析判断的。具体方法非常简单:在地球仪和地图上以震中位置坐标为中心,将“米”字放在震中位置上,沿“米”字笔画所指的8个方向,即东、西、南、北、东南、西南、西北、东北的沿线一带寻找相邻的地震带(800千米以内的距离可用地图),身边如有地球仪更好,将“米”字8根直线沿地球仪画(最好用辅助材料或其他方法标示到球面上而不伤地球仪)一个圆周回到震中位置,看看这8条线上有没有地震带(包括断裂带),如果有地震带(包括断裂带),就把它圈出来并加上这次地震对它的发力方向,如果这个地震带分布的位置刚好在直穿地球另一面发生地震的震中位置,那么,绕地球画出的两根直线会相碰,这预示着会有两个方向相对的地震能量应力在此地震带中相撞和叠加,尽管绕地球地壳传过来的能量有限,但在地震带的断裂带上恰巧相遇,两股能量应力就有倍增效应,完全有可能改变此处地震断裂带上原有的应力积聚或消散,这也是地震能使地球另一面(也即半个地球之外)相对位置有反应或会发生地震的原因,而且这种几率非常高。

这可以用美国地质学家的发现来证明这种可能性。1990年以来,全球15次7级以上的大地震中,12个产生沿地表或地球内部层面迅速向远方传递的表面波,引发了其他大洲断层系统的小型地震。

第二个方法是用“三线相交寻找地震带上地震空区范围”,来判断8级左右大地震能量应力,会影响有关地震带孕育地震的未来发展趋势。

第三个方法是在地震带300千米以内用“二线相对近距离错位(拉伸或挤压)寻找断裂带错动、对撞、俯冲叠加”的发展趋势。“三线”和“二线”均是8级左右大地震震中位置上“米”字的8个方向延长线,如果将5年~10年中已发生8级左右大地震震中位置上的“米”字延长线统统标示在地球仪上,把发震时间、地震级别、能量传递方向也同时标示到延长线上(180°以内),你会发现这些延长线在全球地壳板块和有关地震带上会有“三线”和“二线”交叉通过的现象!由于每根线上都有大地震能量应力传递的方向标示,故在一个板块断裂带上可以看出不同延长线上能量方向对它的受力影响。找到这些地应力的汇集位置后,就可以重点对它进行监测研究,也许这种应力积聚会延续几十年,同时不要忘记在近30年~100年此地有无地震的历史资料来进行对比,实施全面有效的监控,防止遗漏或失察。

通过这三种方法初步得到测定结果后,应考虑太阳、月亮在特定位置的潮汐力(还有木星在接近地球轨道时的引力影响)、地球自转、公转的离心力、地震带位置所处板块的运动方向和速度、遍布各地地震台先进地震仪器的信息收集分析评价、其他有关地震前兆异常信息的报告来进一步综合分析判断,就能对地震的预测预报收到事半功倍的准确结果!达到能准确判断预报某一地震带的某一范围将会发生地震的中长期预报,而且有能力、有信心发布某一地应力集中范围内会发生地震的短临预报,彻底解决地震短临预报的世界性难题。

由于本人身处在一种特殊环境中,无法向有关地震专家请教学习和交流,更无相关设备和资料进一步深入探讨,这种局限性让笔者的地震预测预报研究方法难免有许多不足和错误之处,但笔者只能表示,上述的意见和观点仅是笔者的粗浅之见,请读者自行判断比对,如果有机会让有关科学家看中笔者的这种研究方法和思路并热心地给以帮助和批评指正,笔者将感激不尽。

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