地震到底能不能预测？

汶川地震12周年地震科普专辑（五）

“地震到底能不能预测？”这是公众反复问的问题。目前的回答是：当前的科技水平尚无法准确预测地震的到来，也就是说地震预测在科学上尚未突破。人类需要发展地球科学和地震学，不断探索地球的奥秘，了解和研究地球内部的变化。地球科学家和地震科学家一直都在采用各种方法研究地震，争取在地震预测和地震预报上有所推进、有所突破。为减轻地震灾害、为人类生存做贡献。

地震的长期预报是指对某地几年至几十年内、甚至上百年内可能发生的地震做出预报，叫做地震长期预报。地震中期预报是指对某地几个月至几年内可能发生的地震做出预报。地震短期预报是指对某地几天至几十天、甚至几个月内可能发生的地震做出预报。临震预报是指对某地几小时至几天内可能发生的地震做出预报。

地震中长期预报，特别是地震长期预报，主要目的是预测可能发生的地震的地区、时间范围和可能发生的最大地震烈度，并做出某一地区的地震趋势分析。第五代地震动区划图实际上是一种长期地震预报。

地震短期和临震预报，特别是临震预报，是目前科学上的难题，主要是由于地下不可入性，目前无法像台风一样可以动态跟踪地下结构和物质变化。随着科学技术的进步，地球科学家正在利用各种方法例如用地球的脉动来动态监视地下变化，做出类似气象中云图的“地下云图”。利用人工震源采用类似医学中的CT和B超的方法来探测地下的变化，不断深入探索地震前兆机理，争取在可操作的地震预报上有所突破。

近年来，地震层析成像技术广泛应用于地球内部结构的研究，取得了丰硕的研究成果。它是通过对观测到的地震波各种震相的运动学（如走时、射线路径）和动力学（如波形、振幅）特性的资料进行分析，用反演方法来反推地下介质的速度结构及其它物性参数等重要信息的一种地球物理方法。我们在前面已经讲了，地震是点亮地球内部的明灯，但是地震只能点亮一瞬间。科学家试图利用人工震源产生的振动波探测地球内部结构和物性变化。

利用人工地震探测石油

研究结果表明，地球本身就有很多振动称为地脉动噪声，利用这些噪声作为振动源可以进行地球内部成像，地脉动噪声中的瑞利波为4s左右的群速度图像主要反映了地壳浅部约2~5 km的速度结构特征。在10-15s时的群速度分布图像主要反映了上地壳约6~20km的结构特征。大多数破坏性地震都发生在这一深度。研究成果认为，利用地脉动噪声可以动态监视地球内部这一圈层的变化。噪声成像如同“地下云图”一样可以反映所研究那个时刻的地下情况，从而探索地下变化和地震发生的关系。金星研究团队将这一高技术研究成果进行了工程化的转化，利用福建、江西、广东和浙江68个实时传输地震台的地脉动噪声数据，建设了区域噪声成像动态监测系统和超级计算机处理实验室，解决了海量地脉动数据的处理难题，实现了地脉动噪声面波速度层析成像的实时动态探测。他们可以做出每天一张区域面波群速度相对变化图，获得了地震发生前后的相应地球内部的变化图像。

福建省的动态地下噪声成像（地下云图）

探测地下构造和介质状况的另一个引人注目的进展是主动震源探测。最常用的有精密控制震源、水中气枪、人工爆破等技术。这些技术以人工震源产生探测所需要的振动信号，通过地下介质传播到地震台站，再通过台站接收到的振动信号进行反演计算，实现地下介质四维精确探测和成像。其中精密可控震源是最容易实现在一个区域进行重复探测，做到实时动态主动探测。如果将地脉动噪声成像比喻为“地下云图”，那么主动震源探测像天气探测“雷达”，可称为“地球深部探测雷达”。这项技术不仅可以实现实时动态探测，同时还可以在噪声成像的基础上实施及时的主动探测。

主动震源探测原理

我国自主研发的可控震源

陈颙院士和王宝善研究员团队实施的“地下明灯计划”，经过多年努力发现在水中激发的气枪震源具有信号重复性高、绿色环保、低成本、安全高效等优点，将气枪震源应用于地球内部的探测。我国自主研发的气枪震源激发信号的探测距离已经可以达到1300千米，可探测发射点附近面积达400万平方公里、深达60千米的地下结构。

云南大理宾川气枪主动源发射台

上图为宾川地震信号发射台的实验。在发射台周围的密集地震观测网获得了地震发生前地球内部的速度变化。目前，中国地震局准备在全国建立10个同样的固定地震发射台，以推进“地下明灯计划”，从而深入研究地球深部变化和进行地震预测的探索。

宾川气枪主动源发射台和密集地震观测网

人工极低频电磁波技术（CSELF）观测为探测地球内部变化，探索地震预测提供了新的技术。极低频电磁场信号，覆盖范围大，可以在数千千米距离范围的台网同时观测同一个发射源的电磁场信号。这些信号包括来自大气层、电离层以及地下的丰富信息。因此利用CSELF观测，既可研究在很大范围例如包括多个潜在强震区的电磁场分布及其动态变化，也可研究台网区域的地壳及深部介质电性分布及其动态变化。还可以提供多种实时跟踪地下介质和相关电离层的变化的综合技术手段，有利于开展地下和空间电磁异常的立体监测和动态监测，深入进行电磁波地震预测研究，为探索地震预测提供了实时动态观测的电磁波手段和方法及工程实用化应用。

极低频探测原理

极低频电磁波探深

陆建勋院士极低频技术研究团队实施和完成了“十一五”国家重大科学技术项目《极低频探地工程》建设。在我国建设极低频电磁波观测台网和发射装置，发展和建设覆盖更大区域的观测台网和分布合理的极低频电磁发射台。在我国华北、南北地震带、西北地区、东南沿海地震区和东北深地震区等强震、火山灾害危险概率大的地区布设密集极低频电磁波接收器，在我国中部建设新的发射台，不仅为地震预测服务，也为地下资源探测、空间研究和通信研究服务。

科学家们一直在努力探测地球内部，跟踪地球内部变化，探索地震预报科学和技术，相信总有一天地震预测这个科学难题一定会被突破。

CGI-KP2020033