地震預測為什么這么難？

地震學是研究地震震源性質，地震發生原因和機理，以及利用地震波來了解地下結構的一門科學。地球自誕生之日起，就有了內部運動。開始時（大約50億年前），地球在一團星云中逐漸聚集，收縮，變成了一個行星，此時的地球溫度很高，物質由于密度的不同，出現了分異，密度小的上升，大的下降，就和我們看到的水中的泥沙和懸浮物上下分異一樣。經過了漫長的分異和收縮，地球產生了不同的圈層構造。

最外表的是一層較為脆性的固體，叫地殼，厚度為10－70多公里。目前的研究發現，地殼不是一個完整的固體，而是有眾多的塊體拼合而成的。目前地球上主要有6大主要板塊組成，分別為歐亞板塊、印度洋板塊，北美板塊、南美板塊、太平洋板塊以及南極洲板塊，其中包含多個小的板塊。這些板塊之間存在著相對運動，板塊內部變形相對較少，板間則存在著較大的運動，因此在這些板塊的交界帶上，就成了構造性質復雜，地震活躍的區域。地震就是由板塊之間的相互運動產生的。 

地殼下面是地幔，厚度為2800km左右，直至2900km的深度，此層物質主要由橄欖巖、鈣鈦礦、后鈣鈦礦等礦物組成，密度從3.3g/cm3增加到地幔底部的5.8 g/cm3左右。科學家們通過地球動力學研究和地震學分析，發現地幔可以在結構上分成上地幔和下地幔，上地幔從地殼和地幔交界的Moho面開始，到660km深度的間斷面，該層地幔與地殼的關系相對密切，物質成分在水平方向的組成上有較大差異。下地幔從660km向下，直至地核和地幔的交界處，此處的地幔物質組成較為均勻，但是在核幔交界處出現相當復雜的結構，該區域被稱為D''層，由于該處為固體（地幔）和液體（外核）的交界帶，因此無論在水平方向上還是在垂直方向上都有很大的變化，是目前國際上地震學研究的熱點問題。 

地幔部分有一個非常有意義的自然現象，就是地幔對流。地幔的物質在漫長的地質年代中，會出現類似水加熱對流的流動現象，盡管這種現象非常緩慢，每年才運動幾個厘米，但是這幾個厘米卻是造成地表板塊運動的根本動力。由于地幔對流的拖曳作用，如果把歐亞板塊視為靜止的話，目前印度板塊以每年5厘米左右的速度向歐亞板塊擠壓，這種擠壓作用自從6500萬年前就開始了。在那時，青藏高原區域還是多個比海平面高不了多少的幾個獨立的構造塊體，這些塊體和印度板塊之間有特提斯海相隔。在印度板塊的持續擠壓下，特提斯海閉合，青藏高原內部的幾個獨立塊體相互拼合，并且被抬升，形成了雄偉的青藏高原。中國古代偉大的科學家沈括在《夢溪筆談》里談到的在山上發現的貝殼，很可能就是古特提斯海生物留下的化石。滄海桑田，就是由這些地質運動作用形成的。 

在青藏高原形成的過程中，印度板塊和歐亞板塊不斷的擠壓和縮短，至今，印度板塊和歐亞板塊之間已經縮短了2500km左右，這么巨大的縮短，必然帶來物質的變化。一部分物質被擠壓到了青藏高原的地殼下面，使得青藏高原的地殼非常厚，大部分地區在60km以上，有些區域（如羌塘塊體）高達70km以上，是目前地球上地殼最厚的區域。另一部分物質在沿著青藏高原的邊緣逃逸掉了。我們知道，青藏高原周邊分布著幾個堅硬的盆地構造，包括四川盆地、塔里木盆地和柴達木盆地。這些盆地地殼強度大，非常堅硬，物質向從這些區域朝外逃逸相當困難，因此就在青藏高原和這些盆地之間形成了走滑的斷層，物質就沿著這些斷層朝外逃逸了。 

不過，盡管大部分物質沿著斷層逃逸或者被擠壓到青藏高原下部，仍有一部分物質在青藏高原和盆地之間積累起來，這些物質的積累，就形成了一系列山脈，包括阿爾金山、昆侖山和龍門山。特別是在龍門山地區，青藏高原的物質主要沿龍門山兩端的幾個活斷層，如南部的咸水河－小江斷裂和北部的祁連山向外流出，在龍門山中間地區向外流動的可能性較小，就形成了青藏高原向四川盆地擠壓逆沖的構造形態。這正是汶川地震發生的根本原因。 

那么，既然我們了解了地震發生的基本構造機理，為什么預測地震還那么難？這主要由以下幾點構成：1.地質的構造機理涉及的時間尺度很大，通常幾萬年甚至幾十個百萬年，這對于目前的地震預報沒有太大的作用。2.盡管從長期上看地震的發生有規律，但是就某一個單一地震事件來說卻近乎是隨機的，因為我們很難判斷哪個時刻巖石無法承受應力積累發生破裂。3. 地震發生的位置常常在地下10幾公里甚至幾十公里，在這個深度上，目前人類還無法直接了解其構造狀況。目前世界上最深的鉆井也不過10km的樣子，何況只有一個孔。4. 地震的破裂過程是不確定的，有可能本來要發生一個大地震的，可由于某種未知的原因，突然終止，只產生一個很小的地震；也有可能本來沒有大地震的，結果在觸發作用下，產生了大地震。正是由于這么多不確定的因素，目前人類對于地震的短期和臨震預報還處于摸索階段，主要依靠統計學方法和監測前兆等手段來進行。然而統計學的本質就是不確定的，對于大量樣本可能有一個很好的規律，對于單一事件則是一個概率數字。前兆手段雖然有一定的意義，但是造成前兆異常的因素太多太多，主要還是地表活動造成的。更不靠譜的還有生物的異常活動，有人說此次地震之前有很多蛤蟆上街，這種現象可能和地震有關，但是沒有本質的聯系，不然，為什么隨后在深圳發生的蛤蟆過街怎么沒有地震的發生？如果光靠生物異常來預測地震，那天天都有地震了。 

總之，地震預測研究是一個非常困難的工作，它涉及到地球動力學、斷裂力學、構造學、孔隙介質、地球化學、流體力學、電磁場等多學科，是一個龐大的系統工程。目前全世界都處于起步階段，就這點而言，中國的水平還是比較高的，因為世界上公認的一次成功的預報，就是中國的海城地震。