編者按 中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)會(huì)刊《科技導(dǎo)報(bào)》2008年第10期推出“汶川地震特刊”。在特刊中，中國(guó)地震局地球物理研究所名譽(yù)所長(zhǎng)陳運(yùn)泰院士、中國(guó)地震局科學(xué)技術(shù)委員會(huì)主任陳顒院士、中國(guó)科學(xué)院研究生院地球科學(xué)教授史保平等分別以論文、評(píng)論和訪談的形式，對(duì)汶川大地震發(fā)生
后公眾非常關(guān)心的一系列問(wèn)題，如汶川大地震震級(jí)為什么調(diào)整、汶川及附近地區(qū)是否進(jìn)入了地震活躍期、地震是否可以預(yù)報(bào)等，做了說(shuō)明與解釋。征得《科技導(dǎo)報(bào)》的同意，我們濃縮、整理出如下13個(gè)問(wèn)題，以使讀者能夠?qū)︺氪ù蟮卣鹩懈鼮榭茖W(xué)的了解。
陳 顒 陳運(yùn)泰 史保平
1、汶川大地震釋放的能量有多大？
陳顒：中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和日本氣象廳測(cè)定的這次汶川地震震級(jí)分別為：8.0,7.8,7.9。按我國(guó)確定的震級(jí)8.0計(jì)，汶川地震釋放的地震波能量約為1023.7爾格，相當(dāng)于上千顆二戰(zhàn)時(shí)美國(guó)在廣島扔的原子彈的能量。
2、汶川大地震的物理過(guò)程如何？
陳顒：這次地震破裂從汶川附近開始，破裂帶沿北東方向延伸。地震滑動(dòng)從西南向東北傳播，第100s時(shí)破裂的位置在北川附近，整個(gè)破裂持續(xù)時(shí)間為120s，地震造成的地下破裂長(zhǎng)度約300~400km。震源破裂滑動(dòng)量較大的區(qū)域有兩處，分別分布在（40~80km）和（100~140km）附近；大的滑動(dòng)一般對(duì)應(yīng)大的地震災(zāi)害，這兩處正是目前得知的地震破壞最為嚴(yán)重的汶川和北川附近的地區(qū)。這次地震的震源深度在8~12km附近，地下震源處的最大滑動(dòng)約小于9m。
汶川距北京1530km，地震面波傳播所需時(shí)間約500s。北京地震臺(tái)在地震發(fā)生約8min記錄到了汶川地震產(chǎn)生地震面波的到達(dá)。汶川地震發(fā)生在14時(shí)28分，而北京高層建筑居民感受到的震動(dòng)的時(shí)間則是14時(shí)36分。
3、汶川大地震的發(fā)生是否表明這一區(qū)域進(jìn)入了一個(gè)地震活躍期？
陳顒：在地震學(xué)史上，一次如此巨大地震原地重復(fù)的例子極為罕見。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)地方發(fā)生一次超大地震之后，將有一段百年以上的地震平靜時(shí)段。
4、汶川大地震為什么從7.8級(jí)修訂為8.0級(jí)？
陳運(yùn)泰：汶川地震發(fā)生后，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地震中心給出的結(jié)果是“矩震級(jí)”7.8級(jí)。不久，將其修訂為“矩震級(jí)”7.9級(jí)。我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)用的是“面波震級(jí)”，速報(bào)結(jié)果為“面波震級(jí)”7.8級(jí)。地震后翌日，我們所做的“地震矩張量反演”得出的測(cè)定結(jié)果是，汶川地震的“矩震級(jí)”至少為7.9級(jí)，有可能高達(dá)8.3級(jí)。5天后修訂為“面波震級(jí)”8.0級(jí)。
5、汶川大地震與唐山大地震相比哪一個(gè)更大？
陳運(yùn)泰：與1976年7月28日唐山地震相比，汶川地震大得多。許多人都熟悉唐山地震最后確定的震級(jí)是7.8級(jí)，但那是“面波震級(jí)”。那么，唐山地震的“矩震級(jí)”是多少呢？唐山地震的“矩震級(jí)”是7.6級(jí)。所以，無(wú)論是“面波震級(jí)”，還是“矩震級(jí)”，汶川地震都要比唐山地震大得多。汶川地震的“矩震級(jí)”（7.9級(jí)）要比唐山地震的“矩震級(jí)”（7.6級(jí)）大0.3級(jí)，這表明汶川地震釋放的能量比唐山地震釋放的能量大約3倍！事實(shí)上，汶川地震的斷層長(zhǎng)度大約為300km，也是唐山地震斷層長(zhǎng)度（不足100km）的3倍多。汶川地震的震級(jí)大、斷層長(zhǎng)，從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了為什么這次地震造成了如此巨大的破壞。
6、地震震級(jí)如何測(cè)定？
陳運(yùn)泰：地震的震級(jí)是根據(jù)在地面上測(cè)到的地面振動(dòng)的強(qiáng)烈程度來(lái)測(cè)量。測(cè)定震級(jí)有幾個(gè)難點(diǎn)：第一，在地面上測(cè)到的地震引起的地面振動(dòng)，不僅僅是由地震的大小決定的，它還與地震波傳播時(shí)所經(jīng)過(guò)地方的性質(zhì)大有關(guān)系。在不同的地層、沿不同的方位，地震波的速度都不一樣，介質(zhì)對(duì)地震波吸收的程度也不一樣。所以，即使距離相同，在不同方位的地震儀記到的地震波動(dòng)幅度，也會(huì)因傳播地震波的介質(zhì)的不同而不同。確定震級(jí)的時(shí)候，要考慮到地震波“沿途”衰減的情況，將傳播路徑的影響扣除掉。
第二，地震波傳到了地震臺(tái)上，有些地震臺(tái)建立在很堅(jiān)硬的基巖上，而有些地震臺(tái)別無(wú)選擇，只好建立在松軟的沉積層上。松軟的沉積層對(duì)地震波有放大的作用。同樣的地震波，傳到地震臺(tái)站下方的時(shí)候，到了松軟的地方就放大，到了堅(jiān)硬的地方不放大，所以地震儀記錄下來(lái)的地面振動(dòng)的幅度也不一樣。因此，確定震級(jí)的時(shí)候，還要考慮到臺(tái)站所處位置的土層和巖石條件。
第三，地震是地底下巖石突然的錯(cuò)動(dòng)，這個(gè)錯(cuò)動(dòng)是有方向性的。地震發(fā)生的時(shí)候，向東發(fā)出的地震波和向北發(fā)出的地震波，在幅度上本來(lái)就可能不一樣，即輻射有所謂的“方向性”。在進(jìn)行震級(jí)測(cè)量的時(shí)候，理應(yīng)事先考慮到這些因素。
第四，地震學(xué)家在測(cè)量地震震級(jí)的時(shí)候，常不得不用不同的標(biāo)度或尺度測(cè)量，因?yàn)椴⒉皇撬械卣鸲伎梢杂猛话选俺咦印眮?lái)量的，在某個(gè)震中距范圍的地震，只能用某個(gè)震級(jí)標(biāo)度來(lái)量，而在另一個(gè)震中距范圍的地震，則只能用另一個(gè)震級(jí)標(biāo)度來(lái)量。當(dāng)然，用不同的“尺子”量同一個(gè)地震，結(jié)果理當(dāng)相同。但由于存在所謂的“震級(jí)飽和”問(wèn)題，也就是說(shuō)即使地震再大，測(cè)出的震級(jí)到了最大時(shí)，并不會(huì)因地震大而增大，因此測(cè)出的結(jié)果常常也是不相同的。1999年9月21日我國(guó)臺(tái)灣集集大地震也有類似的問(wèn)題。地震剛發(fā)生的時(shí)候，臺(tái)灣當(dāng)?shù)氐牡卣鹋_(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)才7.3級(jí)，但是這個(gè)地震最后確認(rèn)的是“矩震級(jí)”7.6級(jí)。即使是同一個(gè)臺(tái)網(wǎng)，若采用不同的尺度，得出來(lái)的結(jié)果也不盡相同。
7、地震為什么難以預(yù)報(bào)？
陳運(yùn)泰：地震預(yù)測(cè)的困難主要有如下3點(diǎn)：地球內(nèi)部的“不可入性”；大地震的“非頻發(fā)性”；地震物理過(guò)程的復(fù)雜性。地球內(nèi)部的“不可入性”是古希臘人的一種說(shuō)法。我們?cè)谶@里指的是人類目前還不能深入到處在高溫高壓狀態(tài)的地球內(nèi)部設(shè)置臺(tái)站、安裝觀測(cè)儀器對(duì)震源直接進(jìn)行觀測(cè)。大地震是一種稀少的“非頻發(fā)”事件，大地震的復(fù)發(fā)時(shí)間比人的壽命、比有現(xiàn)代儀器觀測(cè)以來(lái)的時(shí)間長(zhǎng)得多，限制了作為一門觀測(cè)科學(xué)的地震學(xué)在對(duì)現(xiàn)象的觀測(cè)和對(duì)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的認(rèn)知上的進(jìn)展。地震是發(fā)生于極為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中的一種自然現(xiàn)象,地震過(guò)程是高度非線性的、極為復(fù)雜的物理過(guò)程。應(yīng)該讓大家知道，科學(xué)家在研討地震能不能預(yù)測(cè)問(wèn)題，有深刻的科學(xué)的內(nèi)涵，不是簡(jiǎn)單地歸之為“說(shuō)地震不能預(yù)測(cè)，就是在宣傳不可知論”等等就完事了。
8、國(guó)內(nèi)外有的科學(xué)家認(rèn)為地震不可預(yù)測(cè)，這種看法是否正確？
陳運(yùn)泰：他們說(shuō)的是地震短臨預(yù)測(cè)這個(gè)難題從科學(xué)上來(lái)說(shuō)現(xiàn)在還沒(méi)解決，這一點(diǎn)大體符合實(shí)情，但太絕對(duì)化了。許多專家都認(rèn)為，地震是一種“自組織臨界現(xiàn)象”；因?yàn)樵谖锢韺W(xué)中自組織臨界現(xiàn)象具有內(nèi)稟的不可預(yù)測(cè)性，所以他們便認(rèn)為地震是不可預(yù)測(cè)的；進(jìn)一步，他們認(rèn)為，既然地震預(yù)測(cè)很困難，甚至是不可預(yù)測(cè)的，那么就應(yīng)當(dāng)放棄它，不再去研究它，就應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)而只研究一些基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題、工程抗震問(wèn)題?？墒牵卣鹗遣皇且环N自組織臨界現(xiàn)象，這不是一個(gè)靠“民主表決”、“少數(shù)服從多數(shù)”可以解決的問(wèn)題！多數(shù)人認(rèn)為地震是一種自組織臨界現(xiàn)象，并不能說(shuō)明地震就是一種自組織臨界現(xiàn)象！此外，他們從地震是一種“自組織臨界現(xiàn)象”的這一在科學(xué)上并未確立的觀點(diǎn)出發(fā)，主張放棄它，不再去研究它，主張轉(zhuǎn)向只研究一些基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題、工程抗震問(wèn)題的看法也是欠妥的，嚴(yán)重脫離了社會(huì)的需求，我很難茍同。
地震預(yù)測(cè)的確是很困難的，正是因?yàn)槔щy，才需要有地震學(xué)家去攻堅(jiān)。如果很容易，還用得著養(yǎng)著這些人嗎？因此，地震工作者要迎接挑戰(zhàn)，知難而進(jìn)。
9、西方對(duì)中國(guó)海城地震的預(yù)報(bào)成功有什么看法？
史保平：西方的地震教科書都提到了這次地震預(yù)報(bào)，但僅僅把它看做是一次經(jīng)驗(yàn)，而不是一個(gè)理論。因?yàn)楹髞?lái)的渤海地震、唐山地震，還是沒(méi)有預(yù)測(cè)到。之后也沒(méi)有臨震預(yù)報(bào)的成功記錄了。所以說(shuō)，海城地震的預(yù)報(bào)成功只是概率很小的一次偶然事件，臨震預(yù)報(bào)還是很難的。
10、動(dòng)物異?，F(xiàn)象可用于預(yù)測(cè)地震嗎？
史保平：地質(zhì)現(xiàn)象非常復(fù)雜，各種地質(zhì)現(xiàn)象都可能造成動(dòng)物的異常或者其他異?，F(xiàn)象的發(fā)生，所以動(dòng)物異常不能被簡(jiǎn)單地當(dāng)做地震的前兆，而且也不是每次地震都有明顯的前兆現(xiàn)象。可以肯定地說(shuō)，還沒(méi)有科學(xué)證據(jù)支持動(dòng)物可預(yù)測(cè)地震。
11、中國(guó)的地震臺(tái)網(wǎng)目前站點(diǎn)的密度如何？
史保平：還不夠。美國(guó)GPS臺(tái)站、地震臺(tái)站密度非常大，特別是對(duì)幾個(gè)主要地震活動(dòng)區(qū)所設(shè)立的臺(tái)站就更多了。EARTHSCOPE計(jì)劃預(yù)計(jì)在全美增加的地震臺(tái)站達(dá)8000個(gè)左右。美國(guó)國(guó)家基金會(huì)及美國(guó)內(nèi)政部下屬的美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）都在抓緊新的臺(tái)站建設(shè)。美國(guó)中部和東部許多著名大學(xué)與美國(guó)宇航局（NASA）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）合作實(shí)施一項(xiàng)新的地空觀測(cè)計(jì)劃，預(yù)計(jì)對(duì)未來(lái)20~50年之內(nèi)的地震做出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。這也是一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃。從以前的模擬技術(shù)到現(xiàn)代的數(shù)字技術(shù)，從沒(méi)有強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)到密集的強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)，融合創(chuàng)新技術(shù)的各種監(jiān)測(cè)儀器，加上先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊，使得他們的監(jiān)測(cè)力量很強(qiáng)。
這次第一個(gè)報(bào)出四川汶川地震的震級(jí)和震中的國(guó)家是美國(guó)，比我們大概早了十幾二十分鐘。而且當(dāng)時(shí)他們是在深夜的凌晨，而我們是在白天。虛心學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的科學(xué)和技術(shù)，引入科學(xué)的管理體系，是我們邁向強(qiáng)國(guó)的第一步。
12、美國(guó)應(yīng)對(duì)地震的策略是什么？
史保平：美國(guó)應(yīng)對(duì)地震的基本思路是“防”。比如，已經(jīng)知道某個(gè)區(qū)域是一個(gè)地震活動(dòng)區(qū)或者地震帶，那么，通過(guò)我們對(duì)幾千年里地震情況的研究和積累的知識(shí)可以知道，這里未來(lái)肯定會(huì)有地震發(fā)生。那么，美國(guó)就會(huì)投入很大的力量來(lái)對(duì)這個(gè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，美國(guó)人還在研究一種預(yù)警系統(tǒng)，它能在地震發(fā)生的幾十秒鐘之內(nèi)把重大的設(shè)施和設(shè)備關(guān)閉。
13、如何預(yù)防地震引起的災(zāi)害？
史保平：在地震帶上，所有建筑物應(yīng)該嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、施工。在一些大的斷裂帶，不適合人居住的話就不要居住了。不適合蓋水電站、核電廠等各種重大設(shè)施的地方，也一定要避開這方面的建設(shè)。
美國(guó)有這方面的例子。20世紀(jì)70年代，美國(guó)北加州要建核電廠，地質(zhì)學(xué)家突然發(fā)現(xiàn)那個(gè)地方有條活動(dòng)斷層，歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)地震，不過(guò)發(fā)現(xiàn)的時(shí)候已經(jīng)投了幾億美金進(jìn)去，但是當(dāng)時(shí)還是立即叫停了這個(gè)工程。這是必須停的，因?yàn)槿绻卣鸢l(fā)生，核電廠一旦發(fā)生核泄漏，整個(gè)生態(tài)環(huán)境將不堪設(shè)想。其他的核設(shè)施、大型的水壩、橋梁都是如此。
2002年，美國(guó)阿拉斯加發(fā)生了規(guī)模相當(dāng)?shù)拇蟮卣?。?dāng)時(shí)，英國(guó)石油公司從阿拉斯加北面修建的一條輸油管道，卻沒(méi)有受到任何影響。因?yàn)楣艿辣仨毚┻^(guò)斷層，當(dāng)時(shí)修建時(shí)就知道這條斷層今后會(huì)發(fā)生地震，于是設(shè)計(jì)的時(shí)候就把管道設(shè)計(jì)成了S型，避開了斷層。地震發(fā)生之后，管道安然無(wú)恙，輸油管沒(méi)有受到任何破壞。
另外一個(gè)例子是地震預(yù)警系統(tǒng)。1983年，美國(guó)Idaho州發(fā)生7.3級(jí)地震。早期地質(zhì)地球物理的研究表明，該地區(qū)的斷層是活動(dòng)的，未來(lái)有地震的潛在危險(xiǎn)。因此，建立在該州的原子能實(shí)驗(yàn)室安裝了地震預(yù)警系統(tǒng)，地震來(lái)臨時(shí)實(shí)驗(yàn)室的所有設(shè)備得以及時(shí)關(guān)閉，避免了災(zāi)難的發(fā)生。在測(cè)震學(xué)中，地震波由體波和面波組成；體波包括了P波和S波，對(duì)建筑物造成破壞的是S波，而P波的傳播速度比S波快。因此，當(dāng)測(cè)震儀器接收到P波時(shí)，通過(guò)觸發(fā)有關(guān)的控制系統(tǒng)，就關(guān)閉了所有的實(shí)驗(yàn)裝置。這是比較成功的例子。
印度有過(guò)失敗的例子。印度某個(gè)地方有斷層，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)地震，但當(dāng)?shù)卣谀抢锝ㄋ畨巍?0世紀(jì)90年代的時(shí)候，Brune博士知道這件事后，立即就給當(dāng)?shù)卣岢鰪?qiáng)烈的反對(duì)意見，認(rèn)為這個(gè)地方肯定會(huì)有地震發(fā)生，不能建水壩。結(jié)果當(dāng)?shù)卣疀](méi)有采納他的意見，上世紀(jì)末的時(shí)候，那里果然發(fā)生了大地震，水壩受到了嚴(yán)重的損壞。
發(fā)達(dá)國(guó)家在防止地震災(zāi)害時(shí)，體現(xiàn)的是以人為本，房屋建筑一定要按照標(biāo)準(zhǔn)施工。我國(guó)也有地震危險(xiǎn)性區(qū)劃圖，哪個(gè)地方地表運(yùn)動(dòng)量大也都標(biāo)示出來(lái)了。這些地方的建筑和工程應(yīng)該特別注意，必須嚴(yán)格按照規(guī)范施工。在地震高危地區(qū)，未來(lái)的建筑設(shè)計(jì)和施工都應(yīng)按照抗震規(guī)范來(lái)做。
