主题：【原创】纪念唐山地震三十周年（0）－－引子 -- 奔波儿
家园 【原创】纪念唐山地震三十周年（3）－－地震是可以预测的吗？ 记得进P大读研的时候，头一年是基础课，整天都忙着在若干教学楼和食堂、图书馆以及46楼（某人笔下著名的47楼之隔壁）之间窜来窜去。那时候，海龟们还没有上岸，而俺们又正好碰上了文革贻害造成的断层，也就是老的退休了，年轻的还没有上来。头一年，大家都没有确定论文方向，平常功课之外，就是狂读中外文献和论文，每过上两、三周，开个小型学术会议，探讨一下自己的读书心得。
俺本科做毕业论文的时候，偷懒，攻的是最简单的重力学方向，所以对地震学不是很上心。来P大读书，胡乱翻书，走的也是简单路线，读的大都是绕开波动方程的所谓“地震预测”方面的文章。导师见状，提醒我说“那就是玩数字游戏，万不可耗费太多时间”，俺当时年轻，听之大不以为然，毕竟这么多国内期刊发表的论文都是相关文章，更何况“地震是可以预测的”是俺们敬爱的周总理说的。
这一读，就是差不多一年，记录了若干读书卡片，忽然有一种大彻大悟的感觉。地震的物理机制至今尚无定论，虽然有一个矩张量模型可以模拟地震发生时那一刻的过程，并得到相应的理论地震波形。可地震的孕育过程，至今为止还是一个迷，因为这涉及的过程实在是太复杂了，而这一过程正是地震预测的症结所在。
天上的云的运动，大家肉眼就能观测到，一片乌云漂过来，大家都敢预测一把说“一会儿就得下雨”；再加上满天的气象卫星，把什么温度、气压、湿度等资料不断实时传来，再根据很多基于流体力学等现成公式，就能准确地测算出天气的变化。可地底下到底是什么样子的？咱们总不可能把大地都给刨开吧？就算您能刨？这地壳下面可就是岩浆，您就不怕烧着您？
相对于头顶的天空，我们对自己脚下的大地是无法直接观测的，绝大部分知识都是间接来源于地震波，少部分直接观测是钻探结果，但相对于地壳34公里的平均深度来说，决大多数钻井（主要是石油钻井）顶多也就三、四公里，最深的钻井是前苏联在贝加尔湖的科拉半岛打的，也只12262米（中国也在江苏东海打了一口5158米的探井）。仅仅凭这点有限的资料，要想了解地球特别是地壳的结构，那是根本不可能的。
既然不能从物理机制上对地震进行模拟和预测，那就把地震的发生当作一个时间序列来处理吧。这是另外一个思路，著名地震学家Beno Gutenberg和Charles Francis Richter提出了Gutenberg－Richter公式，即地震发生的频率（N)与震级（M）的关系为N=log(a-b×M)，其中，a和b均为大于0的常数。这一公式说明，震级越大，地震发生的频率就越小。
玩过数字的都明白，总是能找到各种各样的统计公式的，但这样的统计结果的指导意义往往有限。记得当年上统计课，开篇那数学老师就讲“There are three kinds of lies: lie, damn lie, and statistics.”。
当然，有人会说“时间序列总能找到个周期什么的吧？”。但地震孕育过程是一个强烈的非线性过程，根本没有固定的周期，更何况大的地震的所谓周期都是几百上千年的，而人类真正科学观测地震的历史不过一百余年。要想对一个时间序列信号进行周期预测，至少要观测两个周期以上，才能做出判断。
另外，如果要想预测地震，有三个要素必须明确，即：地点，时间和震级。如果你不知道地点，光说“明天要发生地震”，可到底是哪儿呢？是北京市还是爪哇岛？没有意义；同样，你光说“北京要发生地震”，可是什么时间呢？你说“明年”，可总不能让老百姓一年时间都提心吊胆过日子吧？还有震级，一般小地震（比如说矿山或者采石场爆破）震级非常小，对人们生活根本没什么影响，你总不能一天到晚发布这些所谓的地震信息吧？
有人会说“那海城地震怎么预测出了？”。是啊，这好比打靶，再臭的枪手，超着靶子打它100枪，也能蒙上1枪，可不能每次他一开枪，俺们就说“打中了，打中了”吧？那还让人活不活了？
“九一一”发生以后，曾有不少参议院抱怨说中情局早就有人报料可能会有恐怖袭击，可是什么“时间”，什么“地点”，什么“程度”，不清楚，而且这样的报料天天有，日日有，作为政府，它不可能也不能够天天发布恐怖袭击警报，估计那样美国经济早就崩溃了。
地震发生前是否会有前兆呢？比如说半夜鸡飞狗跳？地下水位上升？
在地震孕育的物理机制没有弄清之前，说什么“前兆”是非常不科学的。比如说你家隔壁老王家半夜鸡飞狗跳，那搞不好就是来了偷鸡贼。地下水位的变化，更是没谱，下上几天雨，水位自然上升，大旱数日，水位也会下降。至今为止，尚没有一种所谓的“地震前兆”是准确或10%以上对应出每一次地震的。从信号分析的角度说，就是背景噪声实在太大，远远强过信号本身，而这信号本身的规律又没有摸清，因此根本无法预测信号。
“地震预测”至少在目前来说，是根本不可能的。但随着人类观测手段的进步和地震资料的丰富和积累，也许将来能在一定程度上做出预测。
插个题外话，俺说“某某地明天不会发生地震”，呵呵，这也算是“地震预测”吗？有句话说“世上所有的争论都来自于定义的差别”。
家园 请教一下 地震发生前是否会有前兆呢？比如说半夜鸡飞狗跳？地下水位上升？的确每一种情况可能都不是地震引起的。但如果同时，大范围的发生是否能说明是地震的前兆呢？
据说唐山地震时，中国有超过1000个地震观测点，主要就是观测这类异常现象，海城的预报也参考了这些点的资料。现在中国还有多少这样的观测点？
另，检查地下水的氡气含量应该比鸡飞狗跳之类的更科学更可靠吧。如果有比较大的地下水采集点，进行短期的大地震预报应该还是可能的吧？
家园 请教一个问题 既然最深的井只有12262米，地壳平均34公里的深度，这个结论是怎么得出的？
- 复 请教一个问题
家园 地震波测出来的吧？ 我记得是说地震波（横/纵）传播在“莫霍面”发生变化，所以这样得出的地壳厚度。
家园 那就应该是推测的 因为没有地震波在34公里深的地层里传播的实测数据，只能假设均匀性质什么的，根据几公里深的数据外推。
- 复 那就应该是推测的
家园 这个......详细说一下我记得的东西 俺不是搞地球物理的，只能就自己以前看过的书回忆一下，对不对的，还要请楼主指正。
科学家莫霍洛维奇（应该是这个名字，莫霍面的由来）在研究的时候发现大约在地下34公里处地震波明显提速，说明组成物质明显不同。后来证明这一界面具有普适性，全球都有这么个“面”。因此，该“波速不连续面”称为莫霍面。当然，莫霍面在大陆深一些，海洋浅一些。
科学家古登堡发现地下2900公里处存在地震波速的间断面，首先是发现距震中11500～16000公里的范围内存在地震波的阴影区，解释为存在地核，其次是传播速度发生了明显的变化，纵波存在一次由13.6公里/秒突然降低的截面，而横波则突然消失了。后证实这是地核与地幔的分界层。该不连续面称为古登堡面。地幔中有个“软流层”，可以认为各个板块在上面“漂移”。
家园 阪神大地震以后，东大一个牛人在电视上断言，“地震是不可预报的”。 家园 日本出版了各地断层分布图和未来发生地震的可能性 预报地震太难，但是日本在实验利用两种地震波的速度差和全国的观察通信网络，在收到P波（纵波，破坏性小，5-7km/s）后很快算出各地即将到达的S波（横波，横是指传播方向，并非只有横向震动，破坏性大，3-4km/s）的到达时刻(还有几秒)，通知所有学校立刻做好准备（把防灾座椅靠背软垫套在头上疏散到操场或躲到课桌下），同时所有电视台，广播电台发布紧急消息告诉你还有几秒钟地震波就到了，地方政府的防灾喇叭也会大叫。
例如：震中为地下30km，P波6km/s,S波3km/s,震中附近观察点得到P波后5秒收到S波，计算和通信速度很快，P波到达后1秒内所有地方都收到地震警报了，离震中40km的地方，有10秒左右的防范时间。
但是深夜的地震就没用了，虽然警报器会响但大多数人听不见，全靠房子的强度了。
对于深层的地震效果比较好，像95年日本兵库南部地震，震中在地下16km，又是在凌晨5:46发生的地震几乎无效。