地震预报――最难是临震（二）

唐山地震临震失报

1976年1月上旬全国地震趋势会商会确定了1976年四个重点危险区，京津唐为四个重点危险区之一。为应对可能到来的强震，京津唐地区加强了地震监测台站建设，成立地方地震机构，开展群测群防。许多中学由数学、物理老师牵头组建了地震测报组，观测项目有井水位、地电、地应力、地倾斜、水化、动物异常等。

尽管作了这些准备，但国家地震局仍未能对1976年7月28日发生的唐山7.8级地震作出成功的短临预报。

对地震活动空间分布格局变化的分析是当时预报人员认识地震活动趋势的主要方法。（在中国地震科学家的《中国地震预报概论》、《地震预报引论》等著作中，“地震预报的地震学方法”都是主要章节）

1973-1975年华北地区4级以上地震高度集中于唐山周围地区。这正是1976年会商会将京津唐列为重点危险区的重要依据。唐山地震前几个月，华北地震活动的格局发生了明显变化，小震活动由集中在唐山变为分散到渤海、山西太原、河北大城等地。分析预报人员的视线从唐山移开了。

海城、松潘地震丰富的动物及地下水等宏观异常现象在临震预报决策中起了关键作用。唐山强震不仅没有前震活动，而且动物及地下水等宏观异常的数量也比海城、松潘地震少得多。这些异常出现的时间也晚得多，少数异常在唐山震前几天出现，大量宏观异常是在震前半天出现的。在当时的通讯条件下，这些异常来不及传递到预报决策人员那里。

松潘地震预报对社会生活造成的冲击，也使预报人员有更多的犹豫。

临门一脚的失误，使唐山和天津地区人民蒙受巨大的灾难。也使广大地震工作者留下终身的遗憾和悲痛。

汶川地震临震失报

2008年5月2日汶川发生8.0级强震，这是新中国成立以来受灾面积最大，损失最重的一次地震。

通过对我国大陆地震地质、大地形变、地震活动性、地震综合预测、地震烈度表征的危险水平以及我国地震灾害损失资料的综合分析与研究，结合我国现阶段经济水平和人口分布情况，中国地震局编制了2006～2020年中国大陆强震危险区预测图。其中，龙门山中南段地区是重点防御区之一。

   震后，“经全面、系统的查询，2008年2月至5月12日汶川8.0级大震期间中国地震台网中心、四川、甘肃、陕西、云南、重庆、宁夏、青海、西藏地震局的有关周、月、临时会商意见及有关部门发布、报送的文件资料，没有发现任何单位和政府部门明确提出龙门山构造带存在发生6级以上地震的短临预报意见。”（摘自“2008年汶川8.0级地震科学总结与反思报告”）

同唐山地震一样，汶川地震在没有临震预报情况下发生。

前文谈了唐山地震临震失报的一些认识方面的影响因素：小震活动由集中在唐山变为分散到渤海、山西太原、河北大城等地，将分析预报人员的视线从唐山移开；宏观异常数量少、出现得很晚等等。

汶川震后，中国地震局总结未能做出预报的教训，以振奋精神、知难而进把地震预报水平提高到一个新高度。总结指出：对大形势判断的失误；对强烈地震的复杂性估计不足；对四川地区强烈地震的紧迫性、特别对龙门山断裂的地震危险性认识不足；宏观观测资料严重不足；对经验性地震预报的局限性和不确定性估计不足。‘一个失误四个不足’是汶川8.0级地震未能做出预报最主要的直接教训。（摘自“2008年汶川8.0级地震科学总结与反思报告”）

在这里我们从观测技术方面来看影响汶川8.0级地震未能做出预报的一些技术方面的因素。

大地形变是判断和圈定地震危险区的重要手段。但在基于大地形变的2006－2020年中国大陆重点地震危险区预测图中，龙门山断裂区域并不在其中。 

大地形变是重要的中长期预测依据，形变方法没有正确地将汶川放入重点地震危险区中，表明大地形变预测方法存在严重的缺陷。

上世纪八、九十年代引入并逐渐建成观测网络的GPS测量是大地形变观测中最重要的方法。这种方法具有很多优点，可以在统一坐标下提供不同时空尺度的整个中国大陆地壳水平运动和水平形变的图像，因而成为制定中长期地震预报的重要依据。但这个方法存在的缺陷则往往被忽视。

由GPS测量直接得到的是全国各测站的位移。但位移这个观测量并非坐标变换下的不变量，选择不同的“不动点”，位移场的图像就随之变化。由位移通过计算获得的应变才是坐标变换下的不变量。应变是具有确定物理意义的物理量，而位移则不是。

以前我们已经讨论过，中国大陆强震活动主要发生在活动地块边界带上。各活动地块相接触的边界断裂带是应变活动最激烈的地区。边界带的宽度相对较窄，较短的基线长度使GPS测量的精度大幅度下降。或者说，GPS测量方法得到的往往是各活动地块内部的平均应变变化，对发生在边界断裂带中的即使是很激烈的应变活动，GPS测量也会“视而不见”。我们曾经听到，GPS测量方法对龙门山活动地带所以忽视是因为发现该地区的GPS测量位移值很小，因而认为该地区没有强震危险性。――位移小并不等同于应变也小！一个地段受到锁固体阻挡，其位移可以接近于零，但其应变则可以随着活动块体间相互作用的增强不断地累积，直至应变破裂极限强震发生。在此过程中，边界带的位移量仍会很小，难以被GPS测量所发现！

从汶川地震的漏报中，从观测技术方面我们能接受什么教训呢？

地震预测不仅需要GPS测量这样能够在统一坐标下提供整个中国大陆地壳水平运动和水平形变大尺度平均变化图像的观测手段，也需要能直接测量地层应变的高精度观测方法。钻孔应变测量就是能够高精度、实时、连续、直接测量地层应变的方法。

如果在龙门山断裂带布设了若干台分量钻孔应变仪，这种能直接、连续而灵敏地记录地层应变变化的仪器必定能发现大幅度的应变异常变化而引起各方面的高度重视。

在汶川8.0级地震发生前的5月6日，地壳应力研究所郭启良团队在位于龙门山地震带青川一带作工程项目。在多个420m深的钻孔中开展水压致裂原地应力测量。在300～400m深度上测得最大水平主应力值高达21～22MPa，最小水平主应力值为13～14MPa，均大于垂直主应力。主应力方向NW至NWW向，与构造作用力方向符合。表明龙门山断裂带此时水平构造应力强烈。下图是龙门山断裂带上原地应力测孔位置。

一个星期后汶川大地震发生。大震发生后的7月初，郭启良团队又到青川测孔的各相同测段复测，发现大震前后的应力变化显著，大震后主应力值降低约30％。（郭启良、王成虎、张彦山、丁立丰， 汶川大震发震断裂带临震前的地壳深部绝对应力异常分析[J ]，国际地震动态，2009年第4期，27～29.）

地震是由积累、贮藏在地壳硬岩层中的弹性应变能释放所致。汶川地震临震前，郭启良在发震断裂带上观测到的地应力高值异常是强震孕育和发生的警示标志，是汶川大地震的前兆。

强震孕育中，如此大幅度的应变积累，是逃不过高精度、连续记录的钻孔应变仪的监视的。问题是仪器必须布设到震源区附近和周围。

唯一一台接近汶川震源的是布设在汶川西南约150千米的姑咱台分量钻孔应变仪。该仪器虽离震源区还有相当距离，但在震前13个月开始，记录到了大量压性脉冲和潮汐畸变且随临近发震时刻，脉冲和潮汐畸变的幅度和次数越来越多。（邱泽华、张宝红、池顺良、唐磊、宋茉，汶川地震前姑咱台观测的异常应变变化[J ]，中国科学：地球科学，2010年8月，第40卷第8期，1031～1039.）

在活动地块边界断裂带附近布设钻孔应变观测网络，并同GPS测量等方法结合，大地形变观测方法在地震预测中的作用将得到进一步增强，不应该发生的失误也会减少。