侯振宇先生：

我已经多年不搞地质学了。只能就我作科学模拟的知识回答一些原理性问题。

岩石圈模拟器的建立，碰到的第一个困难是建模问题，岩石圈力学性质复杂，岩石圈力学过程，我们粗略地可以用连续介质力学方程描述，同时考虑不同地方不同深度岩石的力学性质和物理化学性质不同，这首先要建立全球三维GIS，先不说数据量极大，更主要的是人们对岩石圈内部各处的岩石组成还不清楚，因为钻探深度不够，而且密度也不大。对于地下状况的推断主要依靠地震波反映出来的力学性质，这种力学性质，基本上是一个弹性体的反应，密度应该没有问题，其他性质基本上是实验室推测的，实验室环境是否真实表达地下环境有一定问题。即使岩石的组成和性质都清楚了，也还需要认识高温高压下这些岩石的本构关系、物理化学的相变关系。忽视这些，把全球岩石圈力学-流变学性质简化，结果就如那个“逃逸”的物理试验，只有神似，在10万年以上的地质学尺度有意义，对月或者日时间尺度的地震学毫无意义。再说，神似也可能是虚假的，因为如何处理大洋中脊、大洋中隆、海沟、缝合线等都是个不确定的问题，而且所谓折沉作用模拟面临的不确性困难大。特别是对流地幔如何作用与岩石圈，现在实际上还是猜测。边界条件不准确，方程正确也得不到正确结果。

图1 岩石圈及其下边界，这个模拟的边界条件现在还很不清楚

岩石圈模拟器的建立碰到的第二个困难是岩石圈断裂的存在，这方面的理论不充分。岩石圈断裂，如果按断裂力学模式那样引入模拟器，出现大量经验公式，而这些经验公式未必适合高温高压下的环境。当然也可以仍然采用“连续介质力学方程”，在断裂带，把介质的连续性破坏了，结果介质参数变化太快，一般计算方法求解在这些断裂作用的局域时可能变得不适定或者不相容。而且对断裂的位置、连续性和现代活动性布局得不一样，完全会得到不同结果。例如用钢活塞挤压塑胶的试验，塑胶怎么断裂，与塑胶形成过程的微裂隙有关。1979年那个的实验真正意义在于发现挤压会让东亚大陆破裂，出现左旋和所谓逃逸，但是位置是不能套过来的。因为套连郯庐断裂也没有了。实际上，一个小的材料干扰会影响试验后果，是否像混沌，我还是太清楚。钢活塞挤压塑胶的试验如何考虑另外的断裂会有不同结果的。我常常告诉学生，对地学、经济学，数学模拟只能定量结论定性用。对于物理模拟，什么都可以按比例缩小，可是分子不能缩小，矿物结构不能缩小，微裂隙不能缩小，这里有复杂性的尺度分析把着关着。地球的东西，时间长、尺度大，不能把模拟的结果与实际东西一一对应。

图 2 地球的板块结构

图3 中国的主体地块图（与某人的不一样），它什么说明模拟对象的复杂性

岩石圈模拟器的建立碰到的第三个困难是计算机能力的限制，地震主要发生在断层上一般断层宽度不大，就说公里级别的宽吧，这地球周长约40000km，这样我们需要计算160000000个节点，考虑到岩石圈是三维的，厚400km，向下每200m取个节点，约2000，这样计算网格的节点数达到320000000000。在这些点上的计算是非线性的，进一步考虑这个过程是动态的，如果报准每一场地震，就要加大时间密度，计算不可行。因此计算量太大。如果我把分辨率降低，这样表达不了断裂，不能分析它们，就谈不上预测地震。

   模拟全球地震，比模拟石油盆地发育史复杂多了。我做过盆地模拟，东海天外天没有油也有天然气就是我模拟的，当时的工作是秘密级，不允许发表，为什么吃得不是太准，因为模拟石油形成的盆地，是地质尺度的，时间以万年十万年计。地震尺度至少是年尺度的，用地质学水平的认识去预报是不够的。我在美国孟菲斯大学地球科学中心（就是那个在《构造》对北川预警的单位）访问时，他们有个笑话说：“灾害预报很容易，每天都报地震，结果所有地震都预报到了，漏报率为0。”可见要预报地震是很难的，还有点“赌”（我不是学霍金与杨学祥先生赌过吗？），当然赌不是下赌，有一定理论根据赌。模拟，无论是数值模拟还是物理模拟，只能分析个很粗的格局，要预报出来，还需要观察，而观察有需要理论给出地震前的信号特征，这个问题有没有解决，你可以请教那些“世界一流专家”，我认为没有解决。其次表象分析很主要，例如为什么1966-1976胡焕庸线以东的地震会出现震中排行胡焕庸线的规律。这种东西也许是可以用力学模拟的，模拟为了说明现象，提示，仅仅是提示将来。

图4 1966-1976 胡焕庸线（红线）以东六级以上地震震中位置平均走向（蓝线）。胡焕庸线肯定是条人口分布界线，它体现的新现象是教科书上查不到的了。(图中的中国地图是局部的）（王铮，顾高翔，姚梓璇，2008）

    不过，有一点肯定：1997年SCIENCE上那篇从复杂性原理推断地震不可预报的论文理论上不能成立。

关于地球的模拟，日本建立了个模拟天气系统的地球模拟器，是现在世界上最大的计算机机群，用到了复杂的计算结构，现在还不能很好解决天气预报问题。关于它的结构，给出在下面的图5，图6中，侯先生可以参考。地球模拟器，我就不多说了。大和民族模仿力是很强的。

图5 日本的地球模拟器的两种并行计算模式

图6 日本地球模拟器的计算机组织

除注明外，所有图件来自网络。原作者不详。

   

     特别声明：我不反对开展地质模拟。地质模拟，第一、可以解决大地构造和地史演化的某些关键性问题；第二、可以认识地震的某些信号规律。用地质模拟去直接预报地震，急功近利，无论是物理试验还是数学试验，都是不成熟的。反对别人从现象学、信息论开展地震预报研究，只能理解为具有保护自己既得利益的作为。

敬礼！

                                                                                       王铮

                                                                                  2008年11月2日

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