地震可以预测吗?

想要问的是,国家有没有能力预测,国外在这方面的发展又如何?有多少成功预测的案例?
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1997年,有学者在Science杂志上就此问题进行过争论。一方认为地震不能预测,另一方对此文章进行评论,认为地震有可能预测。


关于地震预测,乐观派认为地震是一种自然现象,那么应该遵循最基本、简单与朴素的物理规律。因此,只要我们发现了这些规律,就可能预测地震。然而,该问题非线性太强且观测资料严重不足。目前,我们对于地震的震级与可能发生的位置能有较好的估计,但对发生时间,根本无法预测。


1 地震预测

地震预测是在地震发生之前,预测其在未来可能的发生时间、地点、大小与概率。

地震预测一定要指出未来地震发生的时间,大小,位置(与概率),缺一不可。如,若讲美国明天要发生地震,这句话没有错,但没有意义,更不是地震预测。(注:地球上每时每刻都在发生地震,不过绝大多数震级很小,人类无法感受到,只能通过精密仪器测量得知)

若说美国Parkfield地区东部在2020年9月1日-10日发生6-7级地震的概率约95%,这才算地震预测。根据防震减灾等的需求,地震预测可人为地划分为长期(数十年),中期(数年),短期(数月)与临震(数天)预测。应指出,这个划分没有物理基础,彼此界限也不明确。

地震目前可以预测吗?答案是不能。目前仅有一个公认的成功案例:1975年7.3级辽宁海城地震。海城地震能预测成功是因为:1)在海城地震发生前的2-3天内发生了500多次小地震,并且在海城地震发生之前两个多月出现了较多的宏观异常(根本原因);2)当时国家非常重视,发动群众监测地震异常。

地震预测在过去100多年间没有特别大进步的主要原因是:1)地震预测问题本身固有的复杂性,即断层活动(地震孕育)的高度非线性。2)缺少大量必要数据,如地壳应力(应变)等的实时监测。反观天气预报,我们看得见大气层,也能布设大量仪器来实时监测各种气象要素,如温度,大气压力,湿度,风力等。

怎样理解非线性,牛顿当年炒股破产后曾讲:“我能计算出天体运行的轨迹,但无法计算人性的疯狂(I could calculate the motions of the heavenly bodies, but not the madness of the people)”。线性非常容易处理,一旦涉及非线性,其处理的难度陡增。

在地震短期与临震预测上,常用的方法就是地震前的异常(或前兆)捕捉和识别(如小地震活动、地下水位异常、地下温度异常、地球固体潮异常、电磁异常、动物异常等)。但是,不是每个异常都会发生地震,并且有些大地震前也没有异常现象(或者说目前的科学手段还无法捕捉与识别这些异常),因此想从震前异常来预测地震是非常困难的。关于地震如何形成,可参考如下回答:

2 地震预警

地震预警是地震发生之后,由于电磁波速度(光速)远大于地震波速度(3-7km/s),因此我们可在地震波到达之前,提前通知并采取相应措施,达到预警目的。更准确地讲,是利用P波速度大于S波,即监测到大地震P波后,在S波即后续面波(破坏性更强)到达之前发布预警信息。

根据大地震P波振幅大,频率低(而小地震的振幅小,频率高),在S波到达之前发送预警信息。(据Allen, 2011, Scientific American)
根据多个台站确定震中位置,利用S波与P波速度差,赢得预警时间。(据Allen, 2011, Scientific American)

地震预警的发展重点是自动化!

地震预警过程示意图(Cremen and Galasso, 2020, ESR)

但是,地震预警有个bug,距震中太近(如50~60km以内)的人们可能在地震波到达之后才能收到预警信息 (这是因为台站接收、处理信号需要时间,等结果出来,地震波可能已经传播过去了),此时预警已没有任何没有作用了,这个区域在学界叫做预警盲区

难受的是,此区域往往遭受地震的破坏最强。对绝大多数地震,而距震中远到一定距离后(如大于100km),此时收到预警信息也没有太大作用(因为6.5级以下地震在100km外造成的破坏力非常有限);但对于大工程、精密仪器等行业是有意义的。

因此,对于6.5级以下地震,地震预警作用有限;但对于大地震,地震预警作用显著。如,汶川地震破裂过程持续近120秒,若能提前预警,就能大大降低绵阳、北川、青川等地的人员伤亡。

预警盲区示意图(Cochran and Husker, 2019, Science)

地震预警系统在全球的布置

全球目前有韩国,日本,我国台湾,墨西哥对公众发生预警信息,我国大陆在测试中(Richard M. Allen and Diego Melgar, 2019)

3 三个小故事

1)在20世纪70年代初期, 一些日本地震学家推断在日本南海海槽的东北部骏河(Suruga)海槽(现在称为“东海大地震空区”的地方)于1978年左右将有可能发生一次8级地震。这就是日本地震学家预报中的“东海大地震”。但是,自1978年到现在已过了40年多年, 迄今仍未发生。国际著名的地震学家、“判定委员会”主席、东京大学地震研究所原所长茂木清夫(Mogi K)教授于1997年在地震预测饱受垢病的批评声中辞去该委员会主席职务, 黯然下台。注:地震预测有风险。(cea.gov.cn/cea/xwzx/zyz

2) 美国Parkfield地区在1966年之前,平均每隔22年在同一断层就会发生一次6级地震。同时,由地震同震位移与滑动速率之比,算出的地震复发时间也是约22年。因此,美国地质调查局(United States Geological Survey)在1984 年发出正式的地震预报,明确指出在San Andreas断层靠近Parkfield的一段断层上, 在1988±4.3年将发生一次 6级左右的地震, 发震概率约为 95%。但打脸的事情发生了,这个地震直至2004年才发生。

图中序数 1~6 的圆圈表示历史上发生的 6 次Parkfield地震, 问号表示所预测的Parkfield地震, 灰色条带表示预报Parkfield发生的时间窗(1983~1993). Parkfield Mw6.0 地震(五角星)迟至 2004 年 9 月 28 日才发生, 比预报的时间晚了至少11 年(陈运泰, 2009, 中国科学)

3)在20世纪70年代,很多学者对地震预测非常乐观,甚至有学者在Science上发文称地震预测即将变成现实。如:

Alsop and Oliver (1969):


Pakiser et al. (1969):


Scholz, Sykes and Aggarwal(1973)Wrote in Science that:

参考文献

Geller, R. J., Jackson, D. D., Kagan, Y. Y., & Mulargia, F. (1997). Earthquakes cannot be predicted.Science,275(5306), 1616-1616.

Wyss, M. (1997). Cannot earthquakes be predicted?.Science,278(5337), 487-490.


关于地震科普书籍,我十分推荐陈运泰院士著作《地震浅说》。我看后的感觉是:专业性与科普性兼具,即无论你是专业人士,或是对地震好奇的非专业人员,应该都会有很大收获。

泻药。实名。。反对一下几个高票答案。

首先,地震预测是基于地球科学的重要地学应用,地震的预测必须首先按照地震预测的规范,分为:长期预测、中期预测和短期预测

目前技术条件下不能实现预测的,主要是短期预测,即不能确定地震发生的具体时间。(在特殊条件下也可以做到,比如海城地震,后面会讲

实现程度不够高的,是中期预测,但对重点地区的检测,已经可以在一定程度上实现中期预测。

长期预测,目前技术条件下,已经可以在较大程度上实现。

但是短期预测对生命财产最为重要,所以。。。大家会非常看重短期预测。


长期预测、中期预测就不重要了?

答案是非常重要。

长期预测、中期预测,将会指导一个地区的防震建设、救灾预案、抗灾场所建设,将会逼迫地区建设抗震级别更高的建筑、公用设施。这些,甚至比短期预测更加重要。

日本因为处于地震带上,长期受到地震的影响,建筑抗震能力非常强。经常传来地震的消息,包括着建筑物损坏的消息,而人员伤亡就相对较小,很多不是经常收到地震影响的区域,一旦地震往往死伤惨重,就是这个道理。


那么短期预测可以成功吗?目前世界上很少有,但是到底有吗?

有。。我海城地震,依靠的是不断的小规模前震,实现了准确的短期预测

海城地震是发生在中国辽宁省海城的7.3级大地震,震源深度16.21公里,震中烈度为9度强。时间是1975年2月4日19点36分,因为预报措施比较成功,这次地震共造成8.1亿元的经济损失。海城地震预报,被誉为人类首次对7级以上地震的成功预报。

由于中国科学家对该次地震进行了准确预测并及时发布了短临预报,全区人员伤亡共18308人,仅占总人口数的0.22%。其中,死亡1328人,占总人口数的0.02%,重伤4292人,轻伤12688人,轻重伤占总人口数的0.2%。部分人认为,这是人类历史上迄今为止,在正确预测地震的基础上,由官方组织撤离民众,明显降低损失的唯一成功案例。修改自:

https://zh.wikipedia.or


很多人会说,这个有前震,所以不算。但是地质工作者对海城地震有着着详细的长期、中期预报,这也是短期预报拍板下决定的重要原因,毕竟一次大规模撤出经济损失巨大,没几个人敢冒这个险


那么,海城地震是怎么预测的:

在我看来海城地震的长期、中期预测很给力,但是短期和临时预测其实是靠前震的迹象

海城地震的长期预报,至少可以追溯到1970年。该年,在周恩来的推动下,中国召开了首次全国地震预报工作会议,辽宁省革委会也成立了地震工作领导小组,该小组在一份秘密报告中说道:“渤海湾强震区的震中近期有北移的趋势。位于渤海湾之滨的金县和营口,可能受到这个强震区的影响而遭受破坏”。营口,正是海城地震所在的核心区域。但报告没有就地震发生时间做任何预测。

海城地震的中期预报,则可以追溯到1974年。该年6月,国家地震局在北京召开华北及渤海地区地震形势会商会,辽宁方面的地震工作人员也参与了此次会议。会后,国务院发布1974年69号文件,向相关各省转发了会议形成的中科院报告。报告中提到:“(会上)多数人认为:京津一带,渤海北部,晋、冀、豫交界的邯郸、安阳一带,山西临汾盆地、山东临沂一带和黄海中部地区,今明年内可能发生五至六级地震,内蒙的包头、五原一带可能发生五级左右地震。”所谓“渤海北部”,就包括辽宁海城在内。事实上,该报告预测的六个地区,只有“渤海北部”在之后的两年内发生了破坏性地震。做出该中期预报的同时,69号文件也承认:“由于目前地震预测预报的科学技术水平还不高,因此,在报告中提出的一些地方今明年内可能发生强震,只是一种估计,可能发生,也可能不发生,但要立足于有震,做到有备无患。”

1975年1月13日,全国地震趋势会商会在北京召开时,国家地震局沈阳大队的顾浩鼎在会上发言,认为“半年甚至一两个月内,会有6级地震”。

1974年12月到1975年1月,省革委会多次发布具备可操作性的短期预报,但都被证明是误报。

为响应国务院69号文件,辽宁省革委会于1974年7月召开会议专门讨论地震问题。会议主旨是大规模地开展地震教育工作和培训前兆异常检测群众队伍,不涉及对地震形势的预报。直到11月,国家地震局在辽宁开原召开会议对东北地震趋势做具体评估,才简单罗列了东北地区6个“近期”可能发生地震的地区,其中的两个——大连市和营口市,位于辽宁境内。对这6个地区的预报,后来只有营口应验。辽宁方面会后提供的报告,则列举了辽宁境内7处“地震危险性比较大的地区”,并认为金县和营口-熊岳地区以及大连西南200公里以内海域“近期发生破坏性地震的可能性更大一些”。

12月22日,ML5.2级的辽阳-本溪地震的发生,让辽宁省革委会的神经突然高度紧张起来。虽然国家地震局最终的考察结果认为该地震系当地水库注水所引发,但该结论直到1975年1月初才传达给辽宁省革委会。故而,在整个12月下旬,神经紧绷的辽宁省革委会一直在竭力催迫省地震办拿出具体的短期预报方案。23日,革委会发布了三个来自省地震办的短期预报:(1)丹东一带可能发生5级左右地震,但“日期尚难判定”;(2)、盘锦-营口-熊岳地区12月25日到1月10日期间可能发生4-5级地震;(3)、大连一带可能发生5级以上地震,但“日期尚难判定”。但事后证明,这三个短期预报,都是误报。

29日,省革委会又发布省地震办提供的短期预报,(1)认为辽阳-本溪地区仍可能发生5级左右地震;(2)重申了23日对盘锦-营口和大连地区的短期预报,但没有再给出时间范围;3、不再提及丹东地区。31日,省地震办将29日的短期预报进一步具体化,认为辽阳-本溪地区可能发生5级地震的大致时间范围是在1975年1月5日以前。事后证明,这次短期预报也是误报。

这些误报引发的混乱,直到1975年1月10日前后才结束。结束的原因有二,一是省革委会获悉了国家地震局对辽阳-本溪地震的考察结论;二是该区域的地震异常活动已经减弱。1月12日,省革委会再次发布预报,认为辽东半岛可能发生大于5级的地震,但“具体时间尚难判断”,该预报在时间和空间上都过于模糊,对避震减灾显然没有实际指导意义

准确“短期预报”,是辽宁省地震办的地震学者顾浩鼎1975年1月在北京召开的“全国地震趋势会商会”上提出来的。顾氏在会议上提出:“(1)较大地震可能发生的时间不会拖得很久,在今年上半年或一、二月份内;(2)、地震在辽东半岛发生的可能性较大,……也可能大一些,既包括整个辽东半岛及沿海海域;(3)预料的地震震级在6级左右。”

海城地震有大量具备破坏性的前震,所以省革委会才能及时发出预警信息


1975年2月3日傍晚,营口至海城一带小震活动骤然增多,至2月4日晨8时,当地已先后监测到200多次地震。其中最大的一次地震,是4日晨7时50分的4.7级地震。

2月4日零时30分,辽宁省地震办主任朱凤鸣向省政府提交的《地震情报》中,提出“震级尚在不断加大”,“很可能后面有较大地震”。这些被认为是海城地震的临震预报。但据说,朱凤鸣并未明言大地震将在24小时内发生,他的时间尺度或许是一两个星期之内。

但革委会副主任华文看到这份《地震情报》后,当即处于紧张状态,立即要求开会布置防震工作。当天11时,作为辽宁省革委会第一副主任的李伯秋将军,下令要求市、县、公社采取紧急措施,包括昼夜值班巡逻、不坚固的房子要借宿睡觉等。当晚19时36分,大地震到来了。

前震之外,海城地震爆发前的一些与当时的地震宣传材料相吻合的特殊表现,也强化了部分基层地震工作者对大地震一定会发生的判断。譬如在大地震爆发前的2月4日下午前震活动曾一度归于平静,但恰恰是这个平静,使许多基层地震工作者坚信大震将至,因为根据1966年邢台地震的前震情况,曾总结出一条“经验”——“小震活跃-短暂平静-大震”,该经验在当年的宣传材料中广为引用,营口县地震办的曹显清,就因此直观地将2月4日下午地震活动的减弱,解释为破裂前能量的最终积累。

这一部分引用自:海城地震世界首次成功预报真相_腾讯今日话题历史版


地震预报在当前仍是世界级的难题。之所以是难题,根本原因还在于对地球本身认识不足、监测手段不足,在机理上,人类有机会做到预测吗?有,只是比较遥远。

所以现在,就是要做好长期、中期预测,努力加强机理研究,尝试短期预测,不断进度降低地震的危害,加强减灾防灾的准备。毕竟,地震可不是闹着玩的。