◇◇新语丝(www.xys.org)(xys3.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇ 　　地震科学预报的瓶颈在于地球深部结构探测 　　作者：Wolfgang 　　适逢汶川地震周年，看到新语丝上5月12日的一些关于地震预报的文章，想 结合自己的专业谈一下对地震预报研究的看法。由于地震学并非本人专攻方向， 如有不当之处，欢迎讨论。 　　目前对很多自然现象的研究其基本思路都是首先进行科学观测，然后基于观 测数据提出模型或假说，再用理论模型预测新的或未来的观测数据，研究理论预 测和实际观测的差异，再升级改造已有模型。这一流程反复循环，人类对自然的 认识则逐渐深入。任何脱离观测实践而产生的理论，任何无法对新数据进行有效 预测（至少要比随机预测命中率高）的理论都是不科学的，或者说不能纳入科学 讨论的范畴。 　　在上述科学研究的步骤中，首当其冲的就是精确的科学观测。没有可靠的和 能反映物质能量运动真相的数据，就谈不上科学的理论。我个人认为地震预报之 所以成为一个难题，目前最大的困难就在于无法获得精确的、有效的关于地下物 质运动的信息；因此就谈不上建立什么可以用数学语言（如偏微分方程）描述的 理论；而有减灾意义的地震预报（临震预报）必须依赖精确的数学模型，仅仅靠 定性地指出地震带是远远不够的。这个观点可以借鉴气象卫星之于天气预报、射 电望远镜之于天体物理、扫描隧道显微镜之于材料学研究来理解。所谓“工欲善 其事，必先利其器”，在观测水平低下的条件下研究只可能催生一些牵强附会、 胡思乱想的理论，或者徘徊在经验的总结上，而非机制的分析。 　　经验的总结并非总是错误的，因为总有一些目前尚无法用科学解释的现象， 但通过总结经验（比如所谓的可公度法、旱震关系法）来研究地球系统（尤其是 研究地壳运动）却并不可靠。首先这类理论是绝对无法实质性地推动机制研究的； 其次在地震预报实用性的角度来看，“经验总结”所归纳的数据仅仅是人类在地 表观测到的、远离地质事件发生现场的有限的观测资料或者现象。如果将地球考 虑成一个复杂的巨大系统，人类目前所看到的很可能只是大尺度事件的局部起伏 或者是真实效应模糊化的体现。即使假设地球系统的运动是可以被定量描述的 （即地震在理论上可以被预报），人类目前的观测水平还远不足以发展相应的理 论。即使我们今天有先进的数字化地震台网、有超强感知能力的虎皮鹦鹉，即使 真的能跟地壳运动发生联系，它们所侦测到的已经是被歪曲和模糊的信息，有时 甚至完全是噪声。这一点跟中医望闻问切看病的方法很像，没有CT、X-Ray、MRI、 超声波，没有实验室血样尿样化验，没有开颅开胸，永远不可能知道病人体内到 底发生了什么。需要说明的一点是，地震局所布设的观测仪器站点的确是定量的 科学测量，比动物监测靠谱得多，但是其监测对象只是地表有限的几个物理量， 用这些数据研究地球的物质运动存在固有的“欠定”的问题，见后续段落的评论。 　　应该承认，地球科学相比生命科学、材料科学等发展还很落后，人们对很多 地球现象还处于猜测阶段，有时近乎于天马行空的想象。其研究的困难主要来自 于地球这个研究对象的特殊性，即具有特别巨大的时间和空间尺度，远远超出了 人类所控制和理解的范畴。比如生物学研究，人类可以解剖，可以在实验室控制 温度浓度，可以在几个月内繁殖好几代观察遗传性状。然而这些对于地球科学而 言往往是很难的，地球科学家不像天文学家，用望远镜可以看到几亿光年以外的 东西，目前对地球直接观测最深的仅仅是科拉半岛12千米的超深钻，再深就只能 靠物理探测；地球科学家也不可能将地震、飓风等现象控制在实验室里研究，谁 也不知道影响地震的因素到底有哪些；地球演化的时间尺度也大得惊人，某些地 质现象的周期远远大于人类文明的长度。所以要想像生命科学等其他学科一样走 “观测-理论-再观测-理论升级”的路子发展科学的地震预报方法，基本上是非 常非常困难的。如果非要迎难而上，则首先非要解决观测问题不可。 　　地震是地球物质运动的一种表现，所以要想从根本上理解地震、科学地预报 地震，需要彻底了解地球内部物质运动或能量传递的方式。在这方面，目前的科 技水平还很欠缺。上天容易，入地难。人类唯一的直接对地观测手段就是钻井， 正如前面所说，世界上最深的科学钻井仅仅12千米深，所能观察到的范围相对于 整个地球来说基本上是沧海一粟（地壳平均厚度就有30-40千米），而且钻井的 成本相当昂贵。除此之外就是用所谓的地球物理方法进行“遥测”，即通过地球 表面的物理场观测来推测地下物质的存在状态，虽然不如开刀（钻井）来得直接， 但是可以“看”得更深更广，而且费用要便宜得多。人类现在已知的物理场，包 括磁场、引力场、电场、机械波场、温度场等都已被开发用作探测地下空间的手 段。其中最成功的要数地震层析成像法，该方法利用天然地震产生的振动作为观 测数据，建立弹性波传播模型，通过计算得到地球内部不同位置的波速差异（通 常与密度等参数联系起来）。由于弹性波在固体内传播衰减很慢，地震层析方法 可以给出几百、上千千米深的速度图像。然而地球物理方法固有的问题是，随着 探测深度的增加，分辨率急剧下降。在物理上，机械能或电磁能在地球介质中传 播会衰减，因此深部信息到达地面以后很可能已经小于观测的环境噪声。在数学 上，由于地面观测数据有限而地下需要确定的属性很多，导致欠定问题的出现， 仅从地表观测信息进行推断的话，解会出现不稳定、不唯一的病态现象。此外， 地球物理方法仅仅能针对某一个物理属性进行描述，要想彻底理解地球的运动规 律还远得很（又涉及到地球动力学、岩石学的研究，比如多场耦合的数值模拟、 模拟地球深部环境的高温高压实验）。从这几点上来看，走科学预报地震的路， 实际上是非常艰难的，虽不至于毫无可能，但在近几十年估计难有实质性进展。 如果一定要研究，我想第一阶段需要集中精力在地球结构精确探测的技术上。地 球的物质结构都弄不清楚，只能是瞎猜。 　　实际上，我个人认为政府或科研机构在现阶段（地球探测取得进展前）应该 收缩地震预报的科研投入，转而进行建筑防震、灾害预警与营救等方面的研究。 这些研究比直接搞地震预报现实得多，也容易得多。建筑科技的发展可以降低地 震的破坏力。如果有一天房屋、桥梁、铁路都坚固到面临8级地震如同清风拂面， 地震能否预报又有什么关系呢？ (XYS20090516) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys3.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇