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最近围绕芦山地震机制学术圈内外人士讨论非常热烈,在这些讨论中尽管专业同行做了许多解释,但是热心的社会公众依然一头雾水,难解谜团。我曾在博文:“我们究竟该如何面对天然地震?”中提及地球科学本身的学科特点。我认为,社会公众首先需要了解一点地球科学的“开放性”学科特点,才会对专家们的一些观点给予一定程度的理解。否则就会容易提出一些不太符合地球科学原理和常识问题,例如,地震学家们为什么不能预报地震(你们是吃什么的)?你们这些“砖家”有的说芦山地震是汶川地震的余震,有的说不是,有的说“两者皆可”,有的说多少年还有大地震,有的又说没有,究竟怎么回事?这是什么意思?你们提出的证据可靠吗?真有点“外行看热闹,内行看门道”。当然我对一些圈内专家喜欢向社会公众发布一些超出学科本身能力的“可靠”结果不以为然。据我所知固体地球学科中两大主干学科地质(主要涉及地层古生物、岩石矿物、地球化学和构造)和地球物理学在研究方法上除了与数理化差别外,两者之间也存在大的差别。简单说来,地质学科的基本特点是依据地表出露地质现象(主要是岩层)分析研究推测地下结构、物质组成及活动(还有地应力和热流测量等手段)特征,而地球物理学科是基于对地球物理“场”测量(场源又有主动和被动源之分,天然地震就是产生地震波场的被动源),应用数学计算机技术及综合地表地质分析研究地球内部结构与组成。所以,前者属于直接手段,后者属于间接手段。
地球物理学方法技术从学科原理上基于物理学科。世界上早期(我国主要始于上世纪五十年代初)的地球物理学家主要来自物理学科(我国主要学者毕业于北京大学和清华大学物理专业)。地球物理学科是依据地球内部物质分布的不均一性(由各种结构造成,例如地震断裂活动)导致组成物质的物理性质变化,从而在地球内部和外部空间产生物理场变化,进而分析研究固体地球内部结构与物质组成,因此,它是一种间接研究方法。翻开固体地球科学史,有多少曾经认为“可靠结果”被后来新的研究结果推翻。大陆板块构造模式虽然已经得到科学界的肯定,但是其运动学与动力学机制依然处于探索阶段。地球表面运动(包括形变)现在可以利用高精度观测技术实现,但是地球内部的运动学与动力学特征依然主要靠分析推测。尽管地震波传播具有高分辨率,但是对于地下复杂结构(尤其是非层状结构)其解释结果可靠性也受到很大影响。况且地球物理结果反映的是当今地下静态岩石层的结构状态,要分析它的运动过程必须结合其它学科知识,实行综合研究。一个真正做具体研究的科研人员,由于精力所限,只能局限在某一个小(或窄)方向,不管他有多NB,讨论其它方向就只能凭知识面了。
世界上真正对深部地质地球物理研究成果进行钻探验证的钻孔只有聊聊几个。当然一个大陆科学深钻实施目的很多,验证地面地质地球物理测量与研究结果只是其中之一。先说前苏联的科拉超深钻,为了获得地球地壳内部更多信息,深钻选择在地壳相对较薄的“科拉半岛”地区,原来设计钻孔深度15公里,研究剖面岩芯深达11600米。这个钻孔系统成果分别用用英文和俄文出版,中文版为原长春地质学院张秋生教授依据俄文版翻译。钻孔于1970年5月开始,到1984年完成历时15年。这个钻探成果对地球物理解释结果提出了严峻挑战。总结成果中说:“这些资料与钻进前根据地球物理资料建立的剖面模型的资料有着明显区别”。“根据钻探结果建立的地质地球物理属性,这些属性资料并未证实贝辰加地区深部结构的地球物理模型。钻井在7000-7500米深处并未遇到根据地球物理资料划分出的玄武岩层,而却揭露了致密的太古代片麻岩,这促使我们要用新的观点来解释地面区域性地球物理研究资料,不仅在波罗的地盾,而且在其它古老结晶岩分布地区都应该这样做”。
第二口超深钻是德国KTB,其成果1997年在美国地球物理研究杂志(Journal of
Geophysical Research-Solid Earth)以专辑形式出版。原设计钻孔深度为12公里,但当钻孔到达9101米时,由于原先依据地质地球物理测量资料推断温度偏低,导致与实际出入大,钻头合金不能适应实际高温而不得不终止。此外,实际地层岩性及产状与地球物理解释结果出入也很大。我们国家实施的唯一的中国大陆科学钻探(CCSD)结果也有类似情况。当然,我们不能因为这些差异而否定地球物理研究成果。可以想象,如果没有地震科学技术,埋藏地下的石油是不可能被我们开发出来,为人类提供优质生活。目前,地球物理方法技术渗透到国民经济很多领域,例如城市大规模地下工程建设就必须要“浅层地震和地质雷达”等地球物理技术事前进行周密调查。况且目前还只有地球物理手段探测地球深部结构,因为,只有地震波能穿透整个地球,科学界形容“地震波是照亮地球内部结构和物质组成的明灯”。随着科学技术发展,地球物理解释结果的非唯一性将会大大减少(但是从理论上不可能达到唯一解)。我曾经说过:“让地质地球物理研究结果与实际情况接近是地质地球物理学家的终极目标”。前苏联地质学家莫伊谢延科在他的著作“深部地质学原理”最后一章“地壳和上地幔在结构和发展上的某些共同问题”提出的第一个问题是:“提高不同深度的地壳及地幔结构和状态资料的可靠性并取得单解结果,这是深部地质学的最重要的问题”。日本地球科学家上田成也在1967著的“新地球观”一书的前言中说,1945年在美国地球物理联合会(AGU)年会上,当时的会长亚当斯提出固体地球科学中的“十大问题”,至今20多年过去了,十大问题没有一个得到解决。我要说,至今近70年了,这十大问题依然如故,例如其中的“地球磁场的成因”,“山脉成因”,“地槽成因”,“岩浆岩成因”和“地球内部温度成因”等。
所以,我认为社会公众既要尊重地质地球物理研究成果,也要以科学理性态度对待,用一句俗语:“不可不信,不可全信”。当然,有的专家将自己科学研究成果过度包装,吹嘘和宣传,那是专家个体的事,别把他太当回事就是。
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