秦四清和他的团队,为地震预测研究选定了一个方向:研究岩石破裂演化过程
汶川地震,曾让中科院地质与地球物理研究所研究员秦四清认为,地震预测不可能实现。
当时,这个研究所的研究员们在从北京去汶川的途中,一直在讨论“地震预测的可能性”---面对这场巨震,原有的地震预测方法难有作为,理论基础是否要调整?研究路径是否要转换?疑问重重。
5年后的今天,秦四清和他的团队,为地震预测研究选定了一个方向:研究岩石破裂演化过程。
“地震学起初就是从‘破裂’开始的,但没有结果,又转向电磁领域。现在我算是又回到了最初的原点。”他告诉《望东方周刊》。
汶川地震后,有舆论指责地震预测投入不足。在秦四清看来,这其实是因为国家地震部门对于地震预测的研究思路并不够集中、清晰。
国际地震预测预报领域的主流研究方向有三:经验预测、统计预测和物理预测。在中国,唐山大地震后对于地震预测还存有信心,国家也启动了很多相关的科技攻关计划,特别是“八五”攻关、“九五”攻关期间,地震研究方向偏重统计预测领域,包括条件概率法、强余震序列等。
在新疆,一度使用这些地震预测方法,有几次曾获成功。而汶川地震发生后,这些预测方法被证明失效,地震预测研究再度陷入迷茫。也有一些转向物理预测的努力,但还在探索中。
秦四清告诉本刊记者,地震预测需要的方法,不是仅仅针对某一次地震,而应是具有普适性的方法和理论,且可被重复检验。
“过去我们认为强震不能预测,不是手段不够---从现有技术的成熟度而言,包括跟踪监测手段等,已经可以进行地震预测;而是因为缺乏对地震发生机制本质规律的认识,导致难以实现。”他说。
秦四清的研究领域原本是崩塌、滑坡和泥石流,2009年7月,在研究滑坡问题,以锁固理论进行崩滑灾害预测验证时,他灵光乍现:解决滑坡预测问题的锁固理论方法,是否也适用于地震预测?
“地震像室内岩样加载破裂过程一样,在岩石变形到膨胀点时,微破裂会向未来的主破裂面丛集,出现震群。震群是唯一的大地震活动性前兆,建立了震群与未来大震的力学联系,大震预测也就可能迎刃而解了。”秦四清说。
他随即找来地震案例,验证这一思路。
秦四清解释说,地震源自于沿断层的滑动,断层的运动模式和相关的地震活动性,受断层中一个或多个锁固段控制---所谓“锁固段”,通俗地说就是一块又大又硬的石头,存在于两盘断层之中。随着断层的滑动,这个“大石头”会突然断裂,释放出能量,大地震随即发生。
“断裂”之前存在一个强度点,地震预测所追求的就是,找到这个强度点。
秦四清说,通过他的“孕震断层多锁固段脆性破裂”方法,能找到大震前发生的一个事件,即前兆,这是锁固体变形达到的膨胀点。通过建立膨胀点和强度点之间存在的力学关系,可预测地震。在多个锁固的情形下,建立的这种联系可以表达为指数律关系。
结果,通过相当数量的地震案例检验,秦四清发现这一指数律均能可靠地应用于中等强度预震和主震的预测。他说这意味着他的方法适用于地震预测。
到此阶段,只是验证了方法。要进行实测,还要解决很多问题。首要的是孕震时空区域的范围划定。摸索到2010年8月,孕震时空区域划定的方法逐渐清晰。
秦四清所说的“孕震时空区域”,是依据活动断裂和能量守恒定律划分的,与已知的地震带、断裂带有重合,但划分依据不同。
他发现:各个地震区是相互独立的,每个地震区各自孕育自己的地震。这个基础,对于地震预测至关重要。
“按照这一孕震断层多锁固段脆性破裂方法,以后在中国境内,包括中缅边境以及中国与吉尔吉斯斯坦等国家边境地区,6.5级以上的地震都有可能进行预测。”秦四清告诉本刊记者,这些区域的地震地质资料较详尽,历史上长期以来的地质目录记载都较完备。
不过他也强调,低于6.5级的地震还是不好预测,因为中小级地震难寻规律,但大震是有规律的。他的研究方法目前还无法实现短临预测,只能预知某个地区在一到两年间是否会发生地震。若想缩小时间范围,须与地震部门深度合作,地震部门掌握更多先兆信息。
业内对于秦四清的地震预测方法存在不少质疑,而他的研究基本没有单独申请过课题经费,以成本低廉的方式,依据现有的监测数据进行分析。他说,还需要经过一段过程,通过更多个案去验证。
秦四清的地震预测研究更像是单打独斗,尽管距离其办公室不足500米就是中国地震局地质研究所,彼此的交流却相当有限。
他认为,地震领域研究的新趋势是基础研究,但从国家重点投入的实际情况看,更偏向于通过技术手段的完善,获取浅表的或近地表的数据,支撑地震研究。
同一省份,同一条断裂带,甚至时间也相隔不远,在“5·12”地震发生5年后,四川再次遭受强震。以汶川大地震的惨痛记忆为背景,“4·20”芦山地震的救援成为一场新的考验。
就像北川在被摧毁后易地复建,5年前的那次大地震使一些相关研究推倒重来,使一些工作从零起步,也有一些事业由此受到了前所未有的关注---比如中国地学史上最大的科学项目、之前是空白的地震预警网络建设等;而从2009年起,非战争军事行动连续成为解放军年度军事训练的重要内容。
本组报道选取的若干断面,显示了5年来中国防震减灾事业的进展和挑战。面对芦山地震,它们已经或正在交出答卷,而获得的分数尚待评估。
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