昨天在香港聆听了两位地震院士的讲座

岳中琦

昨天下午，我参加了香港中文大学举办的第九届中国科学院院士讲座系列，聆听了两位地震院士的学术报告。他们是中国地震局地质所张培震院士和中国科学院大学石耀霖院士。张院士的报告题目是“龙门山的深部地壳变形：来自2008年汶川地震破裂的制约”（图1）。石院士的报告题目是“漫谈数值地震预报”。他们都是用普通话演讲，聆听起来特别亲切、清楚和易懂。

张院士报告内容集中、精悍。它有四个部分，分别为汶川地震同震位移的最基本特征、2008年汶川地震的发震构造、龙门山断裂的深部结构、和高角度铲型逆冲断裂在构造变形中的作用。2008年5月12日汶川地震前，因为，横跨龙门山断裂的晚第四纪滑动速率小于每年2毫米，和有历史记载以来的2700年里没有发生过一次7级以上地震，因此，龙门山断裂被认为只有中等程度的地震危险紧迫性。

2008年汶川地震同震变形最基本的特征为，同震变形主要分布在狭窄的龙门山断裂带内，长宽比10:1，向两侧衰减十分迅速，同时，垂直位移比水平位移大得多，几乎是2倍。因此，张院士提出和解答了以下关键问题：什么样的发震构造从深部控制着这种类型的同震变形？

他研究和分析了1）地震震源机制解出的初始破裂处的断裂30度倾角；2）石油地震勘探揭示10-12km深度以上的断裂均为低倾角；3）前陆盆地褶皱逆冲推覆带理论推测其为低角度；4）汶川地震深钻揭示，发震断裂在地表之下1360m的深处倾角为62°；5）汶川地震在地表形成的近垂直的同震断层陡坎；6）观测到的断裂围陷波要求发震断裂在10km以上深度的倾角70o左右；7）精确地震定位结果：主震距发震断裂最近距离8km、震源深度18km，和余震主要分布在龙门山断裂带内部、没有低角度逆冲断裂的迹象。之后，他论证出了，2008年汶川地震的发震构造模式为，余震分布和主震震源机制揭示汶川地震的断层可能在15km以下缓倾，倾角30-40o，向上变陡，倾角60-70o，是一种上陡下缓的铲式结构；20km以下，断层穿过脆韧转换带，汇入塑性流动层（图2）。认为，发震断裂的高角度铲型逆冲结构导致了汶川地震狭长的、垂直抬升为主的同震变形。

张院士，再进一步地用地球物理探测，揭示了这种高角度铲型逆冲发震断裂。在龙门山地质调查基础上，用深地震反射剖面揭示了四川盆地和龙门山的深部结构为，龙门山断裂带上地壳内的几何结构是脆性断裂带，下地壳内的几何结构是韧性剪切带。最后，张院士认为，青藏高原向东扩展和龙门山的隆升，却没有对相邻的四川盆地构成强烈挤压，没有形成前陆盆地。他再用粘弹性有限单元模型反演计算和分析了，一个重要的猜想：高角度铲型逆冲断裂的最重要作用，就是将水平挤压缩短转换为龙门山的垂直隆升。

石院士报告内容极其丰富、大跨度。报告部分内容可参见他2013年题目为“地震数值预报”科学网博文http://blog.sciencenet.cn/blog-1249-682749.html。他首先回顾、探讨和分析了世界地震预测预报的百年历史和中国的50年经验和成败。极其痛心1976年唐山和2008年汶川大地震没有能够实现临震预报。他再深入的阐述和分析了他和他的团队数十年地震数值预报的思考和实践。数值预报存在包括，物理机制的数理方程描述，解方程的计算能力，结构状态物性建立模型，随时间变化的边界条件，和初始条件的五个关键方面。他通过他们团队的计算事例来分析论证了这五个方面的现状，分别给出了它们的良、良、中、差和极差的评分。

石院士在进一步介绍了他和团队在地震动力学方面进行的研究和建立取得的能力。它们包括了地壳应力场演变和地震孕育、地震前兆的物理机理、地震破裂运动学和动力学、地震同震和震后形变及应力场。这方面研究可用于地震减灾。他们地震动力学计算能力和实列包括，粘弹塑性（孔隙）岩石应力积累模拟计算，断层破裂传播过程计算，特大地震引起的（考虑曲率、横向不均匀性）同震变形和应力变化计算，和大震后变形和粘弹性松弛计算。例如，他们建立了全球300万网格，进行并行力学计算，可自适应网格加密。华北网格密度达50公里，发震断层网格密度达到0.2公里。定量地计算了日本2011年Mw大地震后华北应力变化和对地震活动性的影响。

石院士认为，预测是人类永恒的追求。在报告中，石院士介绍了，一个感人的故事。在1966年邢台地震（图3）后，他和同事们（都是20来岁大学毕业生）在邢台地震现场进行抗震救灾和地震预报工作。一位同事讲，如果不解决地震预测预报世界难题，将会死不瞑目。50年不懈奋斗年华已经过去了，地震预测预报世界难题还是没有任何实质性进展。他笑言，“看来，这一生是难以解决地震预测难题了，将真要死不瞑目了”。

从两位地震院士的各有特色、内容丰富、资料详实的地震科学报告中可以认识到，从事地震科学与技术研究的科学家，真是精心尽力、勤勤恳恳、坚持不懈。他们已经做出了大量优秀的成果，建立和掌握了最先进的地质与固体力学理论、定量计算方法、和力学分析预测能力，认识和揭示了不少地震现象、异常和规律。那么，百年来，全世界成千上万地震科学家们，为什么，还是没有能像提天气预测预报那样，实现较为精确的地震预测预报呢？！

我认为，根本原因还是在于，所有的地震预测预报理论和方法都是建立于固体地球物理和岩石力学理论与框架的。特别地，自1906年旧金山大地震以来，地震成因、机理和前兆观测、研究与预测，一直都是立基于、专注于、局限于三个方面：地震波、同震断裂和大地形变。这个世界地震研究的三板斧建立了地震断层岩石弹性回跳假说（图4）。理论思想指导人们的实践与行为，不完全正确或部分正确的科学理论，一定不能推导、演绎、分析出，完全正确的预测结果。特别地，在两位世界地震大师两个多小时的地震报告中，我没有见到、听到任何地下天然气体的存在与作用。这可能就当今世界地震研究和预测预报困境的根本原因。

当今数值地震预测预报的现状可谓是，万事具备，只欠地风！我敢肯定，如果主流地震科学家们能认识、考虑、利用到地下深部极高压气体的存在与作用，在他们极其先进的地震物理模型、理论与计算中加上地下深部极高压气体的物理与力学作用，那么，地震理论与数值预测预报一定能够很快成功。到那时，我们都可以含笑九泉了！

2016年2月25日21:40写成于香港大学黄克競楼办公室