地震預報有可能實現嗎？「地下雲圖」邁出重要一步
導讀：地震預測是一個相當困難的科學問題，很多科學家也對此保持悲觀態度，不過關於地震預測的研究和嘗試卻沒有間斷過。最近，四川省地震預警重點實驗室、成都高新減災研究所的研究人員在臨震預報方面邁出了第一步。他們在四川和雲南布置「地下雲圖網」，通過在地表安裝約2000個監測站，收集地下8千米至20千米的應力和能量動態演化信息。通過分析這些數據，也許能夠實現臨震預報。
十年前的5月12日，里氏8.0級的汶川大地震造成了巨大損失。從那時起，地震能否預測的問題，就成為人們關注的焦點。
對於地震能否預測這個問題，美國地質調查局（USGS）曾給出過一個簡短有力的答案：不能！在其官方網站上，美國地質調查局寫到，「我們從未預測過任何一次大地震，其他任何一個科學家也從未成功預測過。我們不知道如何預測，在可預見的未來我們也沒有期待能夠預測地震。」在美國地質調查局看來，一次地震的預測必須包含三個要素：時間、地點和震級，同時具備三要素的地震預測仍然是尚未解決的科學難題。
為什麼地震難以預測？
科學家們曾經針對地震能否預測的問題展開辯論，以美國地球物理學家Robert Geller為代表的學者認為，地震具有非線性、隨機性和混沌性等特徵。在一個非線性的系統中，一個微小的擾動可能導致整個系統產生各種不同的複雜結果，因此地震很難被精確預測。而利用經驗性的地震前兆預報地震，更是毫無準確性可言。
在很多科學家眼裡，地震難以預測的原因是多方面的。地震多發生在地殼內部10-20公里及以下，人類無法在地殼深部的震源附近布設儀器、直接觀測地震發生的過程，因而難以全面了解震源處的物理變化。根據目前的地震成因理論，地震是由於岩石中的應力積累達到了岩石強度而發生的，那麼理論上，只要能夠測量到震源處的岩石強度及應力即可預測地震，但目前仍無法實現直接測量震源處的岩石強度與應力。
一般情況下，地震的孕育是一個相當漫長而複雜的過程，特別是7級以上的大地震，在一個地區，常常是百年一遇甚至千年一遇，在同一地點重複發生大地震的概率較小。而在不同的地方，由於地質構造與岩石性質各異，地震前兆現象在不同的地方表現各異，有的地方在震前可以觀測到大地電場、磁場的地震前兆變化，而有的地方就不一定。
「地下雲圖網」能夠實現臨震預測嗎？
最近，四川省地震預警重點實驗室、成都高新減災研究所在臨震預報方面邁出了第一步。根據中國地震局的地震預報劃分標準，臨震預報是指，對10日內將要發生地震的「時間」、「地點」、「震級」的預報。該所在成都高新區宣布，將在四川和雲南兩省，建設面向地震預報的中國首個地下雲圖網，通過在地表安裝約2000個地下雲圖網監測站，收集地下8千米至20千米的應力和能量動態演化信息，通過對回傳檢測數據進行實時處理生成地下雲圖，解決深度小於20千米的破壞性地震的臨震預報難題。
據媒體報道，為了實現地下雲圖的建設，國家「千人計劃」入選者、成都高新減災研究所所長王暾開發了一種新型感測器，將其安裝在地表，就能夠監測到地下8千米至20千米的應力和能量。王暾認為，地震的發生只與應力、能量的積累程度以及斷層的斷裂程度相關，與應力的積累過程無關，因此臨震預報並不需要了解地震孕育的複雜過程，只需探測地震發生前應力，無需探測應力積累過程。
未來，地震預警四川省重點實驗室、成都高新減災研究所計劃用1至2年建成川滇地下雲圖網，再用3年時間，運用新建設的地下雲圖網採集10個左右破壞性地震的案例，進行地震預報的內部技術試驗，地震預報的逐步公開試驗，若成功，將通過政府進行基於地下雲圖的地震預報的公開服務。目前，首個地下雲圖網監測站和感測設備，已經在汶川縣映秀地震台部署完成。若「地下雲圖網」試驗成功，也許能實現臨震預報。而截至目前，還沒有國家實現準確的臨震預報。
汶川地震十年，地震預警漸成熟
儘管地震預測和預報能否實現尚無定論，但地震預警技術已經開始應用，並多次發揮了作用。在最近的新聞發布會上，王暾特意指出，地震預報只能給出一個時間區間，不可能精確到發震時刻；地震預報只能給出震中的區域，不可能精確到一個點。因此，地震預報與地震預警應該相輔相成。
在汶川地震之後，地震預警系統就在中國邁出了第一步，目前，成都高新減災研究所與各地相關部門聯合建設的大陸地震預警網，已經達到220萬平方公里，覆蓋了中國地震區域90%的人口，已經公開預警40多次破壞性地震，無一誤報。
去年，四川阿壩州九寨溝縣發生7.0級地震時，這一地震預警系統就發揮了作用，地震預警（ICL）app在不到20秒的時間內連續發布了5條推送，提前71秒為成都市的用戶提供預警信息。有理論研究顯示，如果預警時間為3秒，可使人員傷亡比例減少14%；如果為10秒，人員傷亡比例可減少39%。
地震預警示意圖（來源：成都高新減災研究所）
根據上面的地震預警示意圖，可以分析出，地震預警系統的主要針對用戶是公共設施。地震預警系統的實施需要公共設施的自動控制。在地震預警示意圖中，核電站、高鐵、化工廠等設施收到了地震預警，一旦預警等級達到設定級別，這些設施就會自動採取安全措施，減少地震造成的巨大損害。所以地震預警系統是一個廣泛覆蓋的網路，其防災減災效果主要通過對公共設施的自動控制達到的。
對於個人用戶而言，接受到地震預警能夠採取有效的避險措施，減少人員傷亡。地震的防災減災工作既需要政府層面的安全保障（如建築物的地震安全評估），也需要加強人們的地震逃生知識。
作者 | 李曉慧
審稿 | 陳正全 中國地震局地質研究所，活動構造與火山重點實驗室，助理研究員
沈萍 地球物理信息科學傳播專家
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