专刊 | 我国地震预测回顾与展望

本文刊登于《城市与减灾》2020年第6期：海原大地震100周年专刊。

作者简介

刘桂萍，博士，研究员，北京市地震局副局长，历任中国地震局预报处处长、中国地震台网中心副主任等职，兼任中国地震局地震预报技术协调组组长、全国强震强化监视跟踪组专家组组长等。长期从事中国大陆、首都圈地区地震活动性及其机理研究、地震综合预测和管理工作，先后主持一系列全国地震重点监视防御区确定、中国大陆强震中长期预测等重大项目，发表论文20 余篇，出版《2017年九寨沟7.0 级地震总结》等著作。

1920年12月16日我国宁夏海原发生8.5级特大地震，给震区人民带来了空前的灾难。此后一百年间，我国地震科学已经取得长足进展，地震预测研究经过半个多世纪的探索也取得大量成果。本文回顾了我国地震预测发展初始阶段的历程，对最近10年的进展进行了总结，讨论了地震预测的难点和疑问，对未来的发展进行了探讨。

我国地震预测预报回顾

21世纪前20年，连续发生的印尼9.0级地震、日本以东海域9.0级地震、海地7.1级地震、我国汶川8.0级地震等毁灭性巨大地震灾害，表明科学技术的高速发展并没有显著地提高人类抵御地震灾害的能力，地震预测也仍在不断增长的期盼和质疑中继续推进。

由于强烈地震会对人类社会造成破坏和影响，地震预测预报具有明显的双重属性，即科学性和社会性。我国地震预测预报的起始也是受科学和社会两方面因素影响，是在一定科技基础条件下、受特殊的突发事件触发、由国家政府推动而发展起来的。

20世纪60年代中期，我国的地震科技水平与中华人民共和国成立之初相比已经取得长足进展。

1954—1956年，在中国科学院地震工作委员会组织下，多所院校和文教单位科研人员通过翻阅8000余种文献，整理出数以万计的地震记录，编制了中国地震资料年表和中国历史地震烈度分布图，制定了200余个厂矿地址的地震烈度， 并结合当时地质学上的新构造理论认识和观测数据，编制了中国地震区域划分图。

在地震观测方面，中华人民共和国成立时仅有南京北极阁、上海徐家汇和佘山地震观测台，之后逐步建成由20余个测站组成的我国第一个中强地震观测台网、12个台组成的基本台网，以及多个区域和专项地震观测台网，并初步具备仿制、制造地震观测仪器的能力。

1956年，国家重大科学发展计划将地震预报作为科学目标列入规划项目，1958年北京大学创建全国第一个地球物理学系。

1966年初，中科院地球物理研究所召开了地震预报讨论和规划会议，经过论证，认为已经基本具备开展研究的条件，拟出了详细具体的研究规划。规划刚脱稿即发生了促成我国地震预测肇始的邢台地震。

1966—1976年期间，我国西南和华北地区的7级地震活跃，造成了严重灾难，促成了我国地震预测开始，影响了其发展历程。

邢台地震是罕见的强震群，在1966年3月6日 — 29日，共发生了 5 级以上地震 25 次。其间，在3月8日隆尧 6.8 级地震发生之后、3月22日宁晋 7.2 地震之前，大批科技人员陆续到达现场， 携带了众多相关领域的仪器，开展地震前兆观测和强余震预报。

由于邢台震群具有前震多、衰减慢、强余震起伏活动次数多、持续时间长等特点， 成为地震预测初始阶段非常难得且影响深远的第一个野外实验场地。

邢台地震现场建成了首个地震前兆观测台站，成长了最早一批地震预测科技队伍，积累了最初的预测技术方法和经验（图 1）。

图1 科技人员在邢台地震后开展持续的流动监测工作

之后发生的 1970 年云南通海 7.8 级地震、1973 年四川炉霍 7.6 级地震、1974 年云南大关 7.1 级地震，造成了几千甚至上万的人员伤亡，又进一步推动地震预测预报继续快速发展，成立了专门管理地震事务的政府部门，组成了国家级、省级专业队伍（图 2），形成了长中短临地震预测预报的思路和工作机制，开展了地质探测和地壳形变等基础观测，建成了极为密集的群测群防地震前兆宏微观测网。

图2 科技人员在海城地震现场开展地震监视和宏观调查工作

在此活跃期的最高潮阶段，取得了 1975 年辽宁海城、1976 年云南龙陵和四川松潘等多次 7 级地震的成功短临预测，但唐山 7.8 级地震没能预测，说明短临预测的艰难与困境，其意义更为深刻且影响久远。

地震预测兼具社会属性，其体制和模式必然与所在国家的国情社情紧密相关。一个多地震国家是否及怎样进行地震预测，既与其经济科技水平有关，更是由其政府对本国人民生命受地震灾害威胁的重视程度、愿意承担多大风险、付出多少努力所决定。

邢台地震发生之后，周恩来总理三次到现场视察，多次与李四光等科学家讨论座谈，确定我国要开展 地震预测预报研究与探索，制定了方针政策，使我国在科技水平相对落后的条件下，仍然能够与苏、美、日等国几乎同时开始地震预测研究探索。

这一正确决策是我国地震预测能够在之后10年得到蓬勃发展的最关键原因，在此期间7级地震活跃，地震预测工作取得显著成效。我国地震预测是在科学技术积累非常有限的情况下开始的，经过半个多世纪的实践和探索，形成了我国特色的科学思路和工作体制，尽管与其他国家和地区的技术路线不同，却是与我国基本国情相适应、符合人民利益的。

近10年地震预测技术进展

回顾历史，地震预测发展是科学和社会因素共同作用的结果，一些大地震在造成惨重灾难、严重影响社会经济的同时，也对地震科学的发展、尤其是地震预测，产生重要的影响， 很多地震灾害事件成为地震预测发展的重要里程碑。

1976 年唐山地震之后的 30 年中，除 1999 年台湾集集地震之外未再发生造成千人以上死亡的地震灾害，地震预测沿着初期阶段形成的思路和模式继续发展，边探索、边实践和边积累， 在 1999 年海城岫岩 5.6 级地震、1995 年云南孟连 7.3 级地震等之前做出基本准确的短临预测。

然而，2008 年汶川 8.0 级地震在没有短临预报的情况下造成巨大人员伤亡和破坏， 促使我们对地震预测的思路和方法进行了深刻持久的反思， 对最近 10 年地震预测预报的进展产生了重要影响。

1.继续坚持长中短临预报思路，完善各种预测的工作体制

在中长期预测方面，完善了 10 年尺度地震危险预测的常态工作机制。在总结中国大陆 1996—2005 年、2006— 2020 年重点监视防御区预测效果的基础上，充分应用最新的地震地质、大地形变、重力地磁、数字地震学等预测方法， 持续开展以地震动力学理论为基础的中国大陆 7 级、8 级地震中长期危险性预测研究，并建立了五年滚动、年度跟踪的常态工作机制。

在中短期震情跟踪方面，极大地加强了震情分析和综合预测的技术规范性。在充分调研总结的基础上，制定了异常核实、预测效果评价等技术规范，使得预测经验的积累和应用更加客观，预测意见的资料基础更加扎实。

2.加强了地球物理场变化观测，开展了新观测技术实验

逐步建成了地磁、重力、地壳形变场的定期观测工作机制。从 2009 年组织实施的华北强震强化监视跟踪专项开始， 逐步整合了之前零星分散、以断裂构造为重点的地磁、重力流动测网，形成了新一代区域性、网格化、高精度的地磁和重力测网，持续每年 1～2 期观测。

之后，扩展到南北地震带、 新疆等强震活跃地区，并在 2017 年最终形成覆盖全国、包括局部境外邻近地区的地磁、重力定期复测网络（图 3）。

图3 高海拔地区架设地震观测仪器

为捕捉地震前兆信息开展了多种地球物理新技术新方法野外实验。在华北晋冀蒙交界和京津冀附近、西南地区的菱形块体等区域，开展了多期的地球化学定期流动观测。

在甘肃、陕西等省开展了深埋电极的井下地电阻率观测实验，并将实验成果用于华北地区 8 个地电阻率测点的技术升级与改造。对较低频段电磁波观测在地震前兆观测中的应用进行了调研和总结，在西南地区开展了电磁波（亦称电磁扰动）的对比观测实验。

探索了地震密集台阵技术在地震预测中的应用。在四川西昌、云南巧家布设了密集台阵，并将观测数据用于强震危险监视。在山东乳山发生震群事件后，在地震集中区附近布设了密集台阵，获得了构造微震活动变化信息。

3.实行了前兆异常规范性评价，创新改进了预测技术和方法

对地震预测结论依据异常的可信度，统一采用 R 值评分方法评价其对预测未来地震事件时间、地点、强度三要素或其中某两个要素的可信程度，力求排除经验性预报方法中的主观错觉。

对近 10 年年度、周月会商报告的分析表明，地震预测应用技术既有继承，也有优化和创新。对积累震例较多、实用时间较长，并且经过评估表明具有一定预报效能的方法， 例如地震震中条带分布的图像异常、特殊构造部位地震活动起伏对周边区域较强地震的前兆指示等，都予以继承，按照规范要求持续应用于震情预测，成为构成当前经验性地震预测业务基础的基本方法。

对于 20 世纪 90 年代应用数学计算方法、通过回溯性检验提出的较多种类预测技术，因为缺少震例经验的积累，已不再在会商中使用。

研发新方法的途径有三种，一是在地球物理场观测数据应用过程中研发的技术，二是数字地震学处理分析技术的应用，三是应用信息处理技术研制新的前兆异常提取方法。

从数量上看，测震、电磁、形变、流体学科的分析预测技术都有明显增多，但综合预测技术减少；年度危险区预测技术和周月会商实用技术的数量显著增多，但地震趋势预测技术经过优化有所减少。

总体上，我国的经验性预测已经形成了一定的业务基础， 具有一定数量、相对规范的分析技术及其预测实例，但仍处于探索阶段，有效且效果持续稳定的技术方法较少，大多数的方法仍处于试验中，其预测效果有待更长时间更多震例的检验。

4.中长期强震预测效果有改进，短临预测尚无进展

以最近发生的 2017 年九寨沟 7.0 级地震检验多种 10 年尺度强震危险预测结果表明，强震危险地点预测准确性不断改进，预测水平基本稳定、预测能力逐渐提高。

年度危险区预测效果总体有所提高，表现在两个方面：第一，2010—2018 年的预报效能评分平均值高于之前 20 年的计算结果；第二，预报效果的稳定性有所提高，之前的年度危险区预测效果受年度地震活动高低影响的现象有所改进。

短临预报方面进展不明显。据初步统计，1975—2018 年，共对约 40 次 5 级以上地震做出过较准确的短期或临震预测预报，其中 7 级以上地震 4 次、6 级地震 22 次、5 级地震 14 次。

7 级地震的预报实例包括 1975 年海城 7.3 级地震， 1976 年云南龙陵 7.3、7.4 级双震（本文双震按一次震例统计， 下同），1976 年四川潘 7.2、7.2 级双震，1995 年云南孟连境外 7.2 级地震，1996 之后的 7 级地震之前未做出短临预测。

6 级地震预测实例平均 2 年 1 次，2010—2018 年期间有 6 次较准确短期预测，平均略高于长期平均水平。

5 级地震实例集中在 1994—2000 年期间。我国地震短临预测预报有两个高峰期，第一个高峰期是 1975— 1976 年，对多次 6、7 级地震做出短期、临震预报，第二个高峰期是 1994—2000 年，5 级、 6 级、7 级都有预报实例，且数量最多。2010—2018 年短临预测的实践效果没有明显进展。

地震预测展望

（一）地震预测难点和疑问讨论

1. 地震预测难在哪里一般认为地震预测仍然是现今的世界难题之一，关于地震预测难在哪里有很多种看法，主要有以下三种 ：

第一，是地球的不可入性。我国大多数破坏性强震震源位于地表以下 10～20 千米或更深，而现今地震观测仪器布设深度绝大多数在地表以下 1000 米之内，国际上最深的科学深钻达到 10 千米左右。这种观点认为地震预测的困难在于观测的传感器不能达到震源处。

第二，是地震为小概率事件。主要是指一次大地震发生之后距下一次同一构造部位再次发生大地震的时间间隔（即复发周期）较长，板块边缘强震周期为几十至几百年，我国东部 8 级地震复发周期为数千年至一万年，而地震事件仪器记录最长积累时间仅有 100 余年，很多地球物理观测仅有几十年，地震前兆异常样本太少难以归纳出可信的规律认识。

第三，是地震预测实验困难。困难在于室内实验样本太过简化，实验结论的实际可参考性低 ；野外实验区面积大，7 级以上地震震源体达到几十至几百千米，实验场区应为震源体尺度的几倍，要在未来地震危险不确定的地区大范围、 长时间地持续投入大量人力、财力是非常困难的。

纵观科学发展历史，与地震预测类似的困难在地质学和其他以宇宙星体为研究对象的学科中也存在，而近代以来科学技术的伟大成就之一，就是能够克服感官经验和时间空间的局限，从而获得远远超越人类自身生存时空尺度的自然规律的认识。

例如，对于距离地球遥远、演化周期达百亿年的太阳，已经获得了准确的认识，包括她的化学组成、物理特性和未来的进化趋势。

科学的魅力在于其所揭示问题的答案出乎所有早先的猜测和设想。地震预测的困难是由于科学技术现阶段水平能力所限，相信随着未来科技的继续高速发展， 地震预测的困难是能够克服的，地震预报水平是会有进步和发展的。

2. 地震预测进程及前景疑问分析

对地震预测进程的疑问，是过去几十年没有取得预想进步，而且比预想的缓慢得多。具体表现在地震预测发展的速度显著低于航天、信息等科技领域，并且与对其不断上升的期盼之间存在的差距没有明显缩小，甚至不断增大。

当初设想经过一代或稍长时间能够取得成功，然而经过几代人的努力，地震预测尤其是短临预测至今尚未取得实质性的显著进展。

对地震预测前景的疑问，是地震究竟能否被准确预测。有观点认为地震具有自组织临界系统的特点，是随机发生的， 不具备可预测性，为此国际上进行了广泛的研讨和争论。

科学技术有自身的发展规律，不同学科发展的基础、方式和速度会有差别。地震预测与气象预报有很多相似之处， 其发展是间断性的、不均衡的，有时快，有时慢，并且不同时空尺度的预测水平也不相同，在新理论模型和观测技术创新应用之后，会进入相对快速发展阶段，其他时期进展相对缓慢，甚至停滞。

气象预报同样存在可预测性问题，即使已经过 100 多年的发展，已经具备地表到空间的立体观测网络， 但对短时强对流天气的预测准确性仍然处于低水平。

几十年来，地震预测是有进展的，板块构造理论已经能够解释全球大多数的强震活动孕育机理，中国大陆活动地块理论指导下的中长期地震危险地点预测准确性有了显著提升，但临近地震发生的短临预测的进展却相对缓慢得多。

（二）地震预测未来发展途径探讨

首先，需要集成创新理论。

地震预测是多学科交叉的边缘学科，必须要及时、广泛地汲取其他学科领域的成果，以推进自身的进步。

全球地震观测资料为 70 年代兴起的板块构造理论提供了依据，板块构造理论也为全球 85% 的发生于板块边界及其附近的 7 级以上浅源地震和所有的中、深源地震的孕育提供了重要理论框架。

但由于我国大陆地区大部分区域发生的地震均属板内地震活动，尤其是华北地区，需要创新出能够指导我国地震预测的新理论模型。

我国地震科学家在 20 世纪末提出的中国大陆活动地块理论，所有 8 级地震、86% 的 7 级地震发生在活动地块边界，显著增强了中长期预测的理论基础。

但该理论没有关注我国东部、西部大地构造环境的差异，这样的差异可能造成强震孕育发生机理的不同，活动地块理论对西部强震机理的解释要好于东部， 特别是华北地区。华北板块山西断裂带和张家口渤海断裂带的 8 级地震与断陷盆地密切相关的特点是该理论难以解释的。

因此，需要及时了解我国地球科学领域的最新进展，用于改进和完善地震孕育发生理论模型，能够为地震预测提供好的理论指导。

其次，积累总结认识，持续稳定推进。

数据经验积累是发展的基础，不断总结提高是发展的关键。地震是地壳构造运动伴生现象之一，与构造演化过程密切相关，可以认为在某一相对短暂的地质时期的地震活动，具有相同的格局和重复发生的特性。

在地震孕育发生机理尚未获得可信认识的情况下，预测的准确程度取决于经验性前兆异常的积累和可信程度。

因此要尽力积累时间尽可能长、质量尽可能稳定的观测数据和对每次地震前后变化的分析认识，获得地震之前一定程度上重复出现的前兆异常现象，才能对临近发生的地震做出预测。

但是要在经验的基础上提高地震预测水平，就需要不断深入地进行总结，既要从成功的事例中总结可信的认识，更要从失败的事例中找寻认识和理论模型的错误和缺陷， 并不断加以改进，后者对于地震预测进步更为重要和关键。

以地震前兆观测为例，我国以地震预测为目标已经开展了几十年、多学科、几十种测项的地球物理和地球化学观测，其中大多数在地震之前没有出现异常变化，但也有少部分测点数据能够反复多次在地震之前出现具有一定相似性的前兆异常，20 世纪 90 年代曾对华北北部出现地震前兆异常的各种测项进行了系统总结，并获得了一定的认识，这样的总结应当长期持久地坚持下去，并用于指导今后的前兆观测的规划设计和建设，再积累、再总结，地震前兆观测才能够不断地向前发展。