关于地震预测中若干问题的简要探讨　　

　　

荣大龙　　

（2009-05-09 首发于“国科社区网”）　　

　　

大地震，尤其是特大地震，是严重危害人类的事件。当今社会，科学技术日新月异，各种新发明新技术层出不穷。可是在地震预测领域内，由于各种各样的因素，包括人类自身的麻木不仁的落后因素，地震预测问题，这个同每个人息息相关的大问题，现在的景况是：要么继续陷入无限扯皮的漫长的死胡同，即使再过几百年，也仍然没有什么好结果；要么人类能够觉醒，能够跳出这个无限黑暗的陷阱，走上健康发展、科学发展的道路。　　

一、地震预测是世界难题吗？　　

地震预测大体上房屋跨塌、岩体滑坡、水库大坝跨塌等单纯自然性事件的预测属于同一个类别。对这些单纯自然性事件，要列出基于科学原理的精确的状态方程组，并进行精确求解，将此类系统作为确定性事件进行预测处理几乎是不可能的。在实际应用上，一般将它们作为单纯随机性自然性事件的预测，进行多因素科学决策预测，反而会得到比较满意的结果。　　

一般单纯随机性自然性事件的预测的难度，同提前预测的时间量成正比。当离事件发生的时间非常遥远时进行预测，那么预测的难度非常大；反之，一般就比较容易。当提前时间为0时，那么预测的准确性就是百分之百准确。例如，现在已经面世的基于地震纵波-横波速度不同而研制的地震报警器，就是预测提前时间为0的地震预警仪器。又例如，现在正在面世的基于地指南针原理而研制的地震报警器，就是预测提前时间为几分钟到几小时的真正的地震预测仪器。　　

一般单纯随机性自然性事件将要发生时，各种前兆现象必然非常明显，就比较容易检测和识别。这是基本的自然科学规律，不以人的意志转移而转移。　　

单从技术角度考虑，比单纯随机性自然性事件难的有：随机性生物性自然事件、随机性人为性自然事件及随机性社会性事件。例如，当一个小偷的手刚伸到一个人口袋的上部边缘上边部位时，仍然不能预测他偷东西，至于能提前3天预测某小偷偷东西，更加困难，所以无论提前预测时间多少，预测小偷的确是名副其实的世界难题。又例如，能够研制出可精确拦截敌方变轨导弹的反导弹系统的确是名副其实的世界难题，因为敌方变轨导弹看起来是一个自然性的物体，但是它具有人类人为性、智能性的属性，同一般单纯自然性的物体有着本质性的区别。　　

因此，单纯从一般科学技术的角度考虑，地震预测是属于单纯性自然性事件的预测，若是近临性临震预测（提前几分钟到几小时）根本算不上世界难题；但若是提前几天到几个月甚至几年的远临性临震预测的确是世界难题。　　

然而，当今世界和社会，地震预测并不是认为只是看作单纯自然性技术性的事件，而是同社会性、经济性紧密关联。　　

要对一个水库大坝跨塌的预测尚且需要在几十个甚至几百个测试点上安装数以百计的传感器，那么，仅仅依靠当今中国全国范围内只有一、二千地震个测试点，就能解决地震预测问题，那当然是名副其实的世界难题。这就是地震预测由于经济性原因，变成了一个世界难题。　　

又例如，由于地震预报难免会出现差错，就害怕会造成社会混乱、严重影响生产。这就是地震预测由于社会性原因，变成了一个世界难题。　　

因此，决定地震预测正确性的三大主要决策因素为：自然性、经济性和社会性。　　

所以，要群测群防。群测群防的现代含义是大规模布点、密集分布式检测和预测。建议国家尽快建立几十万到上百万个正规测试站点，并且家家户户安装地震预测报警器，让地震预测事业走上健康发展的道路。切实解决地震预测中的经济性问题。　　

另一方面，要大大提高全体人民的科学知识和地震防护知识，切实解决地震预测中社会性问题。　　

综上所述，笼统地说“地震预测是世界难题”的说法在科学上并不确切。　　

二、地震前各种前兆现象很多，如何评判呢？　　

地震前，尤其是临震前，各种前兆现象必定很多。所以地震预测实际上是多因素科学决策与预测问题。　　

迄今为止，人类对客观世界的认知能力还是比较肤浅的。一般对单因素、单变量问题的认识和处理比较熟悉一点，但是，就是此类问题中的非线性问题也往往力不从心。例如，数学中的一元多阶线性微分方程组可以得到精确解，而只能对极少数一元非线性系统作近似处理，以满足局部范围内的需要。人类在现实世界中所碰到的问题，绝大多数是多元的，并且绝大多数是非线性的，而且有许多是更加复杂的人为性问题。对单纯自然性事件而言，地震预测就是个非常复杂的多因素科学决策与预测问题。　　

面对地震预测中的几十个决策因素，人们往往觉得眼花缭乱，无所适从，千头万绪，哪个是头？人们应该根据基本科学原理，理顺各种关系，区分主要因素和次要因素。　　

我们可以证明：地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数。　　

这一结论或许是我们进行地震预测大规模布点和将地震报警器推广到亿万家庭的基本理论依据。　　

若将地震预测进行基于图论的描述，那么各种决策因素就形成了树形结构。地震预测决策树的层次为：树根与主杆=（地震预测）；树杆（自然性，经济性，社会性）；自然性=（地磁场，地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻，…），经济性=（国家、单位、家庭与个人的分担，…），社会性=（防护知识，秩序，相互帮助，…）。　　

可以说：在当代科学技术条件下，地震预测从单纯自然性角度考虑并不是非常困难的事情。但是，如果我们在地震预测的经济性和社会性方面处理不好，并且处于无休止的扯皮和糊涂迷雾中，那么或许，地震预测的真正的全面的有效的管理和实践再过几十年，甚至几百年也解决不好。　　

三、为什么说“地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数”？　　

（一）在地震发生之前，当地地壳内已经有各种异常的物理和化学状态变化。地震的孕育一般历经：慢速变化（可比喻为地块出现裂纹，历时几个月到几年）-快速变化（可比喻为地块裂纹快速撕裂，历时几天到几个月）-特快速变化（可比喻为地块裂纹大部分撕裂，历时几小时到几天）-超特快速变化（可比喻为地块已经彻底撕裂，正在加速下落，产生巨大摩擦，引起发声振动，如地声；因巨大摩擦，引起温度急剧升高，红外异常，地光，历时几分钟到几小时）-地震爆发 （可比喻为地块下落时同另一个坚硬的大地块产生激烈的机械碰撞）五个阶段。　　

（二）在前四个阶段，当地地壳内的状态变化可以归结为：当地地壳内物体的机械运动（非巨大振动形式的机械运动）、热运动、物理相变（固态、液态和气态等）、化学反应状态产生了异常。进一步不难归结为：当地地壳内任意一点物质的化学成分、密度、温度和速度的状态至少有一种产生了异常，前面3种都直接同该点处物质中多余的电子数有关（根据基本物理理论，地壳表面层的物质一般带负电），从而使得总的地电流的大小产生变化，间接地使得总的地电流的方向产生变化，总的使得地磁场产生变化；而速度的变化使得总的地电流的方向产生变化，总的使得地磁场产生变化。因此，这几种情况都使得地磁场产生变化。一般，在地震孕育的超特快速变化（历时几分钟到几小时）和正在发生时（一般为几秒到几分钟），地磁场（大小和方向）异常非常激烈。特大地震发生前夕，很容易分离出有用信号。所以，越是大地震，地震的近临性临震预报就越简单。这是基本的自然科学规律，不以一些人的主观意志而转移。　　

（三）绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数。不难理解：其它的一些预测监测地震的前兆参数，如地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻等的任何一个参数都可归结到当地地壳内任意一点物质的化学成分、密度、温度和速度的状态中某几个产生了变化，从而都可归结到地磁场参数的变化。但是，反推理是不行的，就是地磁场参数的变化必定有地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻中的每一个产生变化，例如太阳黑子所引起的地磁场参数的变化同地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻等毫无关联。还有预测监测地震的前兆参数，如地光、红外异常、地电流、地电场、地电压、电磁波等，根据基本电磁感应定律，它们都是同地磁场紧密相关的。至于作为预测监测地震前兆之一的动物异常，实际上是前面一些参数的异常引起的。　　

（四）地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数。为什么可以说“地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数”呢？　　

（1）绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数。　　

（2）地磁场参数的实际工业化测量不必进入地球内部进行，在技术上容易实现，适合大规模低成本布点。预测预报的准确性同布点密度成正比。若中国有100万个农村村的话，那么一个村用一个地震测试点是比较合适的。显然，测试仪器的低成本也是非常重要的。甚至，基于这种低成本地磁场参数测量可以做成10分钟临震报警器，推广到中国亿万家庭。　　

（3）其它容易测量并且可大规模低成本布点有：地振动测量（根据地震纵波横波传播速度不同可研制提前几秒的地震报警器）　　

（4）还要研究，一旦成功可以大规模低成本布点有：地声测量。在地震孕育的超特快速变化阶段，可比喻为地块已经彻底撕裂，正在加速下落，产生巨大摩擦，引起发声振动。这种特型机械振动是必定存在的。一旦研究成功可以大规模低成本布点。　　

（5）其它的一些前兆参数，有的很难实现，有的安装比较麻烦，有的成本太高而不适合大规模布点。　　

因此，地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数，地磁场状况真实地反映了地球（地球是地球上所有动植物包括人类的母亲）的身体状况。　　

四、为什么说：国家正规地震预测检测站点应该大规模布点到村一级？　　

一般破坏性大地震发生在离地面10公里左右的区域内。显然，测量点离震源中心越近，有用前兆信号的衰减就越小，有些信号的衰减率同离震源的距离成正比，有的同距离的平方成正比。我们从最坏处着想，设震源中心在地面5公里处，那么在地面方圆2公里（直径2公里）的土地上至少设立一个正规测试站，也就是在一个农村的村设置一个正规测试站，才能有效地不失真地可靠地在混杂的有用信号和干扰信号中捕捉到地震前兆信号。　　

对中国来说，就应该设置100万个左右的国家正规地震预测检测站点。现有中国只有2千个左右，这是地震预测不准的在技术与物质基础方面的根本原因之一。“巧妇难做无米之炊”。　　

五、利用科学卫星可以完全替代大规模布点到村一级的国家正规地震预测检测站吗？　　

利用科学卫星也可以测试地球电磁场。科学卫星一般位于几十公里到几百公里的高空，一般可同时覆盖相当于一个县的面积，但是由于飞得太高，所以要从各种混浊信号中分离出有用地震前兆信号更加困难。卫星要扫遍全国所有地区周期太长，不符合地震临震预测快速性实时性的要求；若一个县设置一个卫星花费太大。所以，一般只能用科学卫星进行地震的中长期预测预报。　　

六、为什么还要将地震预测报警器推广到亿万单位、家庭和个人？　　

对人命关天的涉及到亿万人民的事情，只有发动全体人民参加，才能真正的解决问题。地震预测系统应该采用开放式的科学的系统，而不能采用封闭式的“神乎其神”的系统。在国家正规地震预测检测系统的基础上，将地震预测报警器推广普及到亿万单位、家庭和个人是十分重要的事情，这是一种科学的、行之有效的“双保险”，也是一种开放式的科学的大系统。这样，地震妖魔根本不可能在如此设防的网络大系统中漏网。　　

七、地震预测只是一个专业面狭窄的学科吗？　　

从形式上来说：地震预测只是一个从属于地质学、地球物理、地球化学方面的分支学科。但是，由于地震会引起整个社会的巨大震动。所以，当今的地震预测实际上是一个涉及到社会、政治、经济、科学和技术各个领域的影响面极其广泛的内容非常丰富的边缘性学科，只要某一方面相关的工作没有做好，就会影响到地震预测事业的健康发展。　　

八、地震预测在科学与技术层面上存在的主要问题是什么？如何处理？　　

在科学与技术层面上存在的主要问题是片面强调地震机理的基础研究，而忽视实际地震预测技术的工程化工作。　　

基础研究与实际工程研究是相辅相成的两个方面。当今我国同国外在科学技术上的差距主要表现在实际工程应用研究与产业化上。我们应该看到这一点，才能正确处理好各种现实问题。　　

九、为什么说大力发展地震预测仪器产业是地震预测事业走上健康发展的根本道路之一？　　

由于地震预测的特殊性，地震预测测试布点须大规模布点，那么就需要成亿台测试仪器。所以，进行必要的产业化、商业化运作是十分重要的。估计，中国范围内的市场份额大约为数千亿元人民币，而世界范围内的市场份额大约为数万亿元人民币。　　

十、为什么说中国的地震预测预报事业可以比美国等国家解决得更好？　　

现在，中国每个县都有地震局，问题是正规测试站点太少，应该布点到村一级，粗略估计需要100万个正规测试站点，计算机连网。设备投入经费对中国这样一个大国来说，可以采取国家和单位两结合的办法来解决。而100万个正规测试站点的房屋和管理人员只能由下面的单位和村庄来承担，例如正规测试站点的管理人员就由这些单位的门房人员来兼任。　　

这种解决办法在中国的社会主义制度下是并不难解决的，而放到美国是根本行不通的，从某一个角度考虑和从某些事情的角度考虑，美国是一个“扯皮社会”。至今，在地震预测领域，美国没有做出什么大的贡献，这是由他的国情所决定的。　　

现在，随着广大人民文化素质和科学素质正在不断地提高，可以说在普及到亿万家庭和个人的个人型地震预测报警器的应用方面，估计中国老百姓和美国老百姓都会接受和欢迎这些新东西，将这些新东西看作是自互防护的生活必需品，而不是看作可有可无的生活奢侈品。　　

　　

　　

　　

参考文献　　

1．[苏]菲赫金哥尔著：数学分析原理，人民教育出版社，1960　　

2．[苏]郎道著：连续介质力学，人民教育出版社，1958　　

3．宏油兵、舒立华：独立自主发展地震数字处理，数学学报，1976（1）　　

4．荣大龙等编制：工控机IPC-PLC-电器控制技术，东南大学出版社，2003　　

5．林敏等编制：自动化系统工程设计与实施，电子工业出版社，2008