我們對地球深處了解太少不應放棄地震預測研究

　　地震是人類的災難。但同時，地震又是一盞明燈，照亮了地球內部，為我們了解地球，提供了迄今最為重要的一條途徑———

　　汶川大地震的發生讓我們思考很多問題：為什么地震預報這么難？對于人類自身居住的這個星球，我們究竟了解了多少？現有的知識和科技手段，能在哪些方面指導我們的生產和生活？帶著問題，記者分別采訪了中科院地質與地球物理研究所的滕吉文院士和中科院研究生院地球科學學院的魏東平教授。

　　滕吉文說，隨著當代社會需求和科學技術的迅猛發展，地球物理學已處在一個新的起點上，面臨著比以往任何時候都更富于挑戰性的局面，同時也展現出前所未有的發現和突破的機會。早在遠古時期，人類就試圖探索地球形成和內部結構的奧秘。如今，更有必要去探索地球內部物質與能量交換和其深層物理—力學過程和動力學響應，用來為人類服務。

　　上天不易入地更難，難在方法和手段

　　地震預測是一個全球性的科學難題。其難有三，地殼深部的不可入性是三難之一。

　　“上天不易入地更難”，人類已經觀測到萬億光年遠的宇宙深處，在航空航天研究方面也取得顯著成就，但與之對應的“入地”卻相對滯后。“入地”研究難就難在方法和手段。

　　滕吉文介紹說，深井鉆探是直接檢取深部介質結構和災害背景的唯一手段，但在開鉆前又必須進行詳細的深部地球物理探測。自20世紀70年代以來，世界上約有14個國家提出了大陸科學鉆探計劃。由于堅硬的地殼巖石阻隔，目前世界上最深的鉆井位于北極附近的科拉半島，已鉆到12.26公里。我國在東海地區打過一個5公里左右的井，在塔里木盆地為了鉆探石油打過一個8.04公里的井。而一般情況下的淺源地震，震源深度基本都大于10公里。

　　地震的孕育、發生和發展是由于震源深處介質受力作用下的破裂反應，一開始是很小的破裂，叫做“微破裂”，待應力不斷積累，破裂不斷發展，在深部形成一條“破裂鏈”時，能量就會向周邊輻射，沖擊地表形成地震。

　　由于人類無法預先知道震源的準確位置，即使使用目前已經掌握的鉆孔技術，在那些事先判斷最有可能發生地震的地區，或者地震活動帶上，鉆一口10公里左右深度的鉆井，在井中放上高靈敏度、抗干擾的儀器探頭來進行觀察，如果這個井不在震源附近，震源處發生的“微破裂”跡象，也很難被直接捕捉到。

　　滕吉文說，目前，我們了解地球深部主要借助地震波、電磁波場、重力場和地磁場，但各種觀測都是間接的。迄今為止，人類對地球內部有較精確認識的，僅限于地面以下30—40公里處的地表，而地球半徑達6370公里。所以為了深化認識地球本體及其深部動力過程，我們還有很長的路要走。

　　以地震研究為例，包括人工源地震和天然源地震，主要是幫助我們了解地球內部的速度結構性質。人工源地震一般不深，在100公里之內，但精度較高，天然地震可以到達地核的深度，但精度不高。利用地面相對重力值，通過模型反演，就可以求得地球內部的密度結構、構造運動等。現在國際上利用重力梯度儀，可以在空中進行觀測，我國當前還沒有這樣的儀器，但已在研究。

　　觀測臺網的數量、記錄的技術水平以及動態范圍，標志著一個國家地球物理學發展水平。目前，全球數字地震臺網布局已初步完善與實施。定位系統（GPS）、人衛激光測量（SLR）、甚長基線干涉儀測量（VLBI）、精密重力測量和干涉合成孔徑雷達（INSAR）觀測網已初見成效。近20年來，宇航觀測、大氣層中的航空測量、地表觀測以及深入地下數十公里的觀測系統，采集了大量的高精度信息。

　　地球物理學是認識地球的重要途徑

　　地震，特別是巨大地震，對人類是一場災難，會使無數家庭家破人亡。但同時，“地震又是一盞明燈，照亮了地球內部，為我們了解地球，提供了迄今最為重要的一條途徑。”魏東平引用了俄羅斯已故地震學家伽里金關于地震的一段說法。

　　據魏東平介紹，地球物理學是地球科學研究領域的一個分支，主要包括空間物理學與固體地球物理學兩方面內容。其中固體地球物理學的研究包括地震學、地磁學、地電學、地熱學等多個分支。從寬泛意義上講，地震學、地磁學和重力學就像是支撐固體地球物理學的三腳架，是我們認識地球本體、地球內部結構及其動力過程等極為重要的途徑。

　　地震學主要研究震源機理和地球內部介質的分布與運動規律。自1906年舊金山大地震之后，地震學家關于地震震源的認識一直在不斷深化，從最初的“彈性回跳學說”，發展到現在的二維及三維斷層模式等；而關于地球內部介質及其動力過程，包括地球內部介質的分層、衰減、不均勻性、各向異性等方面的研究，通過對于地震波相關震相的研究，科學家們的認識也同步深化。同時，利用地震學的方法，科學家們可以尋找埋藏于地球淺層的資源與礦藏，在城市尋找地下管線，對重要建筑工程等進行安全評估等。此外，地震學還是各國進行核爆監測的最重要手段。

　　地磁學主要研究地磁場的時空分布及變化規律、地磁場起源等。地磁場的主要部分來自于地球內部，構成了地球磁場的基本部分。地球表面的某些區域存在比較對稱的地磁條帶現象，是海底擴張與板塊構造學說的重要依據。地球磁場的起源問題需要科學家們在整個21世紀予以特別關注。

　　重力學在基礎研究領域和軍事研究方面都非常重要。地球內部不同深度的結構分布，會在重力波長上反應出來，金屬礦藏、地下水、石油等物質分布會造成地表淺層的重力異常。因此，重力勘探也是我們尋找各種資源與礦藏的重要手段。在軍事方面，例如巡航導彈制導中的高精定位技術，必須利用到地球表面重力場的精細空間分布信息等等。

　　“我現在所在的學院叫做地球科學學院，涉及的相關一級學科，除了地球物理，還有地質學、大氣科學、海洋科學、地質資源與地質工程、測繪科學與技術及土木工程六個方面，而我們學校的資源與環境學院，涉及的一級學科包括地理學、環境科學與工程等等。所有這些不同的學科組合，構成了我們一般意義上所稱的地球科學。”魏東平說。

　　認識取決于目的

　　人們對地球的探索與認識地球的目的密切相關。滕吉文介紹，在20世紀的百年里，地球科學研究的最主要目的是向地球索取各種自然資源。20世紀中葉前后，一系列地球物理勘探方法相繼問世，特別是電法勘探、地震勘探、重力勘探、磁法勘探、地熱勘探和放射性勘探等，為人類找到了大量的金屬、非金屬礦產和石油、天然氣、煤、煤成氣及地熱等能源。資源與能源的勘查、開采與利用，對全球各國的科學進步、社會與經濟的發展均做出了重要貢獻。

　　如在重大工程建設方面，長江三峽水庫及黃河小浪底電站的壩址選擇、基巖體評價、堤壩隱患的勘察、治理等，地球物理研究發揮著基礎性作用。此外還為陸地和水下隧道的開挖，地下國防工程建設提供技術保障。在核爆炸與核污染監測，文物、古墓的勘查等方面，地球物理學均提供了必要的理論方法和技術手段。

　　21世紀以來，由于資源的過度開發和自然環境的嚴重破壞，各種人為的自然災害也變得頻繁。地球科學研究的目的轉向合理開發和利用自然資源、環境監測、災害防御等方面。在環境污染的監測方面，地震預測同樣是現代科學中最困難而又最為迫切需要解決的問題之一。

　　滕吉文在他的《巖石圈物理學》中指出，地球科學的最終目標，是了解地球本體和其他行星從太陽系中誕生到它目前狀態的演化，以便能了解地球的物理、化學、地質和生物學作用，并能對未來發展進行預測，指導我們的生產生活。

　　不應放棄地震預測研究

　　滕吉文認為，我國位于世界兩大地震帶之間，是一個地震災害嚴重的國家。不同地區對建筑的抗震要求是不同的，放棄對地震預測的研究，而轉向加強建筑抗震能力、加固道路橋梁既不符合國情，也缺乏可操作性。我們要找出難點所在，不斷深化認識，最終攻克這個“堡壘”。

　　魏東平也認為，我們要在不放棄地震預測這一基本問題的同時，在全國范圍內，特別是在經濟發達地區，更全面、更細化地進行地震烈度區劃，依據給定的地震烈度區劃，對于不同地區，按照相應的抗震要求進行建筑設計，以加強建筑的抗震能力，同時對現有的道路橋梁及重要工程，依照輕重緩急，進行抗震加固，在我們目前的國力條件下，具有一定的可操作性。

　　“如果不能透過地球表面，觸摸到地球內部的‘脈搏’，那我們在地震研究方面始終是缺乏根基的。”滕吉文說，解決地震預測的難題，必須進一步了解我們的星球。我們的方向是在地球內部，深化對地球本體的認識。研究地球內部圈層精細結構，物質一能量的交換、耦合、響應及其深層動力過程。我們的目標是要建立起深部物質運移、板塊運動和力源機制及新的地球動力學模型，為資源、災害、環境和全球變化提供地球深層物質運動的要素，實現對其潛在前景進行預測，造福全人類。

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