地震到底能不能預(yù)測，為什么地震預(yù)測這么難？

1 兩個小故事

(1)在20世紀70年代初期, 某些日本地震學(xué)家推斷在日本南海海槽東北部駿河(Suruga)海槽（現(xiàn)稱為“東海大地震空區(qū)”的地方）于1978年左右將有可能發(fā)生一次8級大地震，這就是日本地震學(xué)家預(yù)報中的“東海大地震”（見下圖）。

但是，自1978年到現(xiàn)在已過了40多年, 迄今仍未發(fā)生。國際著名的地震學(xué)家、“判定委員會”主席、東京大學(xué)地震研究所所長茂木清夫(Mogi K)教授于1997年在地震預(yù)測飽受垢病的批評聲中辭去該委員會主席職務(wù), 黯然下臺。

(2)美國帕克菲爾德(Parkfield)地區(qū)在1966年之前，平均每隔22年在同一斷層就會發(fā)生一次6級地震（見下圖）。同時，由地震位錯與滑動速率之比，算出該地區(qū)地震的復(fù)發(fā)時間也是約22年。

因此，美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)在1984 年發(fā)出正的地震預(yù)報，明確指出帕克菲爾德在1988±4.3年將發(fā)生一次6級左右的地震, 發(fā)震概率約為 95%。

但打臉的事情發(fā)生了，這個地震直至2004年才發(fā)生。

美國和日本，可以說是目前全世界地震研究最好的兩個國家，但對于地震預(yù)測，仍然啪啪打臉，這足以說明地震預(yù)測之難。

2 成功例子

那么，地震預(yù)測是不是就不可能了呢？世界上有沒有成功的范例呢？

還真有，而且在我國：世界上唯一公認的地震預(yù)測成功范例為1975年7.3級遼寧海城地震(見下圖)。

改自（Wang et al., 2006）

該地震能成功預(yù)測，可能有以下原因：

(1)在海城地震發(fā)生前的2-3天內(nèi)發(fā)生了500多次小地震(見下圖)，并且在海城地震發(fā)生之前兩個多月出現(xiàn)了較多的宏觀異常（根本原因）；

改自（Wang et al., 2006）

(2）華北地區(qū)在海城地震發(fā)生前，先后發(fā)生了1966年邢臺Ms7.2級，1969年渤海Ms7.4級，當時國家非常重視華北地區(qū)地震情況，發(fā)動群眾監(jiān)測地震異常。

下圖為海城地震前，監(jiān)測到的各種宏觀異常，包括地下水，蛇，青蛙，和其他動物的異常。

海城地震前宏觀異常報道(Wang et al., 2006)

但是，自此以后，地震預(yù)測就再也沒有成功例子了。

3地震能否預(yù)測
那么，地震到底能否預(yù)測呢？實話說來，地震研究學(xué)界對此有較大爭議。

有意思的，在1997年，兩派學(xué)者在著名期刊Science上發(fā)表針鋒相對的論文進行爭論，一方標題：地震不能預(yù)測，另一方標題：地震難道不能預(yù)測嗎？(見下圖)

那么，地震到底能否預(yù)測呢？

筆者認為：地震是一種自然現(xiàn)象，那么應(yīng)該遵循最基本、簡單與樸素的物理規(guī)律。因此，只要我們發(fā)現(xiàn)了這些規(guī)律，就可能預(yù)測地震。然而，該問題非線性太強且觀測資料嚴重不足。目前，我們對于地震的震級與可能發(fā)生的位置能有較好的估計，但對發(fā)生時間，根本無法預(yù)測。

怎樣理解非線性，牛頓晚年炒股破產(chǎn)后曾講：“我能計算出天體運行的軌跡，但無法計算人性的瘋狂”。線性非常容易處理，一旦涉及非線性，其處理的難度陡增。

4 地震預(yù)測是什么？
回到最基本的問題，到底什么是地震預(yù)測？

地震預(yù)測一定要指出未來地震發(fā)生的時間，大小，位置（與概率），缺一不可。如，若講美國明天要發(fā)生地震，這句話沒有錯，但沒有意義，更不是地震預(yù)測。(注：地球上每時每刻都在發(fā)生地震，不過絕大多數(shù)震級很小，人類無法感受到，只能通過精密儀器測量得知)。

目前網(wǎng)上很多地震預(yù)測的說法，只要用以上定義來檢驗，就會發(fā)現(xiàn)大多在耍流氓，玩文字游戲。

進一步地，根據(jù)防震減災(zāi)等的需求，地震預(yù)測可人為地劃分為長期（數(shù)十年），中期（數(shù)年），短期（數(shù)月）與臨震（數(shù)天）預(yù)測。應(yīng)指出，這個劃分沒有物理基礎(chǔ)，彼此界限也不明確。

5 地震預(yù)測為什么這么難？

地震本身非常復(fù)雜，目前認識仍非常膚淺：地震到底如何孕育，在此過程中造成了怎樣的物理場、化學(xué)場變化，這些問題目前仍不清楚。

(2）缺少大量必要觀測數(shù)據(jù)，如地殼應(yīng)力(應(yīng)變)等的實時監(jiān)測。

反觀天氣預(yù)報，我們看得見大氣層，也能布設(shè)大量儀器來實時監(jiān)測各種氣象要素，如溫度，大氣壓力，濕度，風(fēng)力等。

作為對比，地震發(fā)生往往在地下10公里及以下，但我們目前的觀測基本都在地表。這說明我們的觀測是非常片面的，相當于盲人摸象，只摸到了頭。

(3)大地震的發(fā)生是極小概率事件，且其復(fù)發(fā)周期在數(shù)百年到數(shù)千年尺度。

這會導(dǎo)致預(yù)測難度非常大，比如：就算地震預(yù)測的不確定是復(fù)發(fā)周期的百分之一，那也是數(shù)年到數(shù)十年。

6地震前兆

最后，談一談地震前兆：

在地震短期與臨震預(yù)測上，常用方法就是地震前兆的捕捉和識別：如小地震活動、地下水位異常、地下溫度異常、地球固體潮異常、電磁異常、動物異常等。

但是，不是每個異常都會發(fā)生地震，并且有些大地震前也沒有異?，F(xiàn)象（或者說目前的科學(xué)手段還無法捕捉與識別這些異常），因此想從震前異常來預(yù)測地震是非常困難的。

參考資料

https://www.cea.gov.cn/cea/xwzx/zyzt/370553/370554/1249110/index.html

[1] Wang, K. ,Chen, Q. F. ,Sun, S. , & Wang, A. . (2006). Predicting the 1975 Haicheng earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, 96(3), 757-795.