汶川15年：地震究竟能否预测？

本文来自微信公众号：星球研究所（ID：xingqiuyanjiusuo），撰文：李楚阳，图片：张钊海，设计：汉青，地图：吴昕恬&松楠，审核专家：刘桂萍（北京市地震局研究员、副局长），邢成起（北京市地震局二级研究员），特别鸣谢：北京市地震局：云南省地震局

15年前的今天，汶川地震爆发，数万平方公里的大地，在几分钟的震动过后山河变色、满目疮痍。

（北川老县城曲山镇，汶川地震的重灾区之一，摄影师@朱建国）

此后的15年中，中国大地依然震颤不止：2010年玉树地震2698人遇难；2013年芦山地震196人遇难；2014年鲁甸地震617人遇难；2022年泸定地震93人遇难。

在全球范围内，地震也无情地展示着巨大的破坏力：2010年海地地震16万人遇难；2011年日本地震近2万人遇难；2023年土耳其地震5万余人遇难。

回首人类的历史，地震称得上是“群灾之首”。

在20世纪以来的所有自然灾害中，地震夺走的生命占到一半以上。而中国，更是世界上大陆地震最多的国家，也是因地震死亡人数最多的国家。对地震的恐惧，就像悬在头顶的、不知何时落下的达摩克利斯之剑一样，贯穿了人类的历史。

（请横屏观看，全球20世纪以来主要地震灾害和遇难人数，制图@吴昕恬/星球研究所）

然而遗憾的是，我们至今无法像预测天气一样准确预测地震的到来，它仍是所有灾难中最扑朔迷离的一个。

预测一场地震，怎么这么难？未来的我们究竟如何应对地震带来的巨大灾难？

（2011年3月11日，日本东北部海岸附近发生了里氏9.0级强烈地震，气仙沼市被地震引发的海啸淹没，图片来源@视觉中国）

要回答这些问题，我们需要回到1960年代。那时的中国正迎来，长达10年的地震活跃期，连续不断的大地震，接连重创这片土地。而中国的地震预测研究也正是在那时艰难起步。

半壁江山皆震颤

首先，我们需要了解地震发生的基本机制。

我们生活的地球表面由大大小小的板块组成，不止不休的板块运动，造成地下岩石变形，当变形积累的力量超过岩石的弹性极限，岩石骤然破裂，并释放出巨大的能量，地震便产生了。

（地震原理示意，注：实际地震中断裂两侧的块体既有垂直错动，又有水平错动，本图仅示意水平错动，制图@汉青/星球研究所）

而中国位于几大板块的挤压之下，世界最重要的两大地震带——环太平洋地震带、阿尔卑斯-喜马拉雅地震带，分别从中国东西两侧经过，中国由此成为少数同时受到两大地震带影响的国家。

雪上加霜的是，中国所在的欧亚板块内部地质结构复杂而破碎，造成内陆同样地震频发，这些发生于板块内部的地震被称为板内地震。伤亡最惨重的唐山、汶川地震便位列其中。

（中国地震带分布示意，注：图中用颜色深浅表示地震动峰值加速度，单位为重力加速度g，颜色越深，可能遭遇的地震就越强烈，制图@吴昕恬/星球研究所）

于是，中国的陆地面积占全球的1/14，板内地震数量却占到全球陆地的1/3（不含港澳台地震数据）。

全国一半以上的省区，皆位于大大小小的地震带上，皆有发生7、8级地震的危险，正可谓“半壁江山皆震颤”。

正因为如此，中国一直是受地震伤害最重的国家，甚至超过以多震闻名的日本、智利。

也正因为如此，在这样震颤不止的大地上，人们对地震预测有着极为迫切的需求。

（汶川地震后，通向震中映秀镇的公路被地震摧毁，摄影师@朱建国）

现在，让我们把时针拨回到1966年3月。

当时，多次强震接连袭击河北邢台，导致八千余人死亡，这是建国后第一场发生在人口稠密地区的大震，损失惨重，举国震惊。当时周恩来总理第二天便赶赴灾区，100多个研究机构和大学的数千名科技人员也陆续到达，开展地震预测大会战。

调查中人们发现，地震前会有一些异常情况出现，这便是地震前兆。

正如冰冻三尺非一日之寒，地震的能量也经历了漫长的积累，临近大地震发生时，随着地下岩石弯曲、破裂，各种地球物理、地球化学指标均可能发生相应的变化，并可能间接引起地下水、动植物等人类易于感知的异常。

（部分地震前兆示意，制图@汉青/星球研究所）

例如，当时震中附近的一口水井，在震前一周左右翻花冒泡，而最明显的地震前兆，则是震前数日发生的一连串较小的地震，最高震级为5.2级，仅对建筑造成了轻微的破坏。事后人们把这种大震前的小震称为“前震”。

于是，人们很快总结出了邢台地震的规律，即先小震密集，然后转入平静，最后发生大震，这便是著名的三段式：前震密集－转入平静－主震到来。

（前震-平静-主震序列，制图@汉青/星球研究所）

这就像一根木头在彻底掰断之前，会先开始弯曲，然后裂开一个个小的裂口，直到无法承受，才突然整体崩断。

大地深处的岩石断裂也往往先是一系列小破裂，最终积累成更大的破裂，利用这样简明清晰的规律，邢台地震现场的科学家们很快成功预测了一次6.2级的强烈余震。中国的地震预测出现了一丝曙光。

但邢台地震之后，更多未能预测的地震依然接二连三地发生，包括：1969年7.4级的渤海地震；1970年7.8级的云南通海地震；1973年7.6级的四川炉霍地震；1974年7.1级的云南永善地震。中国的华北与西南同时动荡不休。

（云南通海地震之后，灾民们在废墟前召开动员会，图片来源@云南省地震局）

即便有了三段式的地震规律总结，但要在大震发生之前准确分辨前震和其他的孤立小震，要在浩如烟海的前兆信息中筛选出需要重点关注的时间和地点，都绝非易事，人们只能期待着第一场真正成功的大震预测尽快到来。

难以复制的奇迹

1974年6月，针对严峻的形势，国家地震局召开会议，试图判断下一场地震将会发生在何方。

相比8年前的邢台地震，此时的中国有了更加完善的前兆观测网络，一座座地震台、监测点在全国各地建设起来，密切关注着大地发出的重要信号。

（辽宁大连地震台，始建于1970年代初的地震台之一，摄影师@马天旭）

在此前后，辽宁的地震工作者们发现，辽东半岛的金县断裂，两侧地面的高差发生突变，这被专业人员称为“水准异常”。

还有大连的地磁出现异常，渤海的水位突然上升以及辽宁南部小震增加等线索，让人们开始将目光聚焦到辽宁。

（海城地震前兆分布示意，制图@吴昕恬&松楠/星球研究所）

但辽宁的范围如此之大，如果发生地震，震中究竟会在哪里？又会在什么时间发生？

在时间和空间上，人们都需要缩小包围圈。

1974年年底，辽宁东南部许多地方发现了地下水变浑、冬眠动物出洞等异常，这很可能预示着地下深处的能量积累已经接近极限。

12月22日，辽阳、本溪一带发生4.8级地震，难道靴子这么快就落地了？

似乎不是，因为各种前兆仍在继续，人人都绷紧了神经。

（这场4.8级地震被认为可能由水库蓄水引发，下图为辽宁抚顺大伙房水库，距离发生地震的葠[shēn]窝水库约90公里，此处仅作示意，摄影师@王宇）

1975年2月1日，海城、营口之间密集发生小震，并且愈演愈烈，2月3日达到高潮，缩小包围圈的信号出现了。

2月4日，小震逐渐转为平静，地震工作者立刻判断这正是“三段式”中大震到来之前最后的平静。

2月4日上午起，辽宁省和地方相关部门陆续发布临震通报，得到消息的民众穿好冬装、打开房门，随时准备着逃生。

当天19:36分，7.3级的海城地震爆发。

（辽宁营口市百货公司仓库在海城地震中倒塌，图片来源@北京市地震局）

这场地震摧毁了海城、营口两地9成以上的房屋，并造成千余人遇难。如果没有准确的地震预测和果断的疏散命令，将很可能有数万人死于非命。科学家在此后的研究中写道：迄今为止，海城地震仍是“世界上首次且唯一一次、有文档记载的，在大震前几小时的正确时刻，对正确地点发布了疏散令的事例”。

由此，人们对地震预测的信心前所未有地高涨起来，但这样的成功，真的可以复制吗？

在真正全面了解地震背后的机制之前，等待人们的将是更大的失败。

1976年上半年，海城地震已经过去一年，人们迫切地想要知道华北的大震频发期是否已经结束？

地震工作者依然继续着繁忙的工作，不断监测着各地发现的前兆，包括河北、天津等地，地下水氡含量、土地电、地磁等大量异常。

然而，4月6日内蒙古和林格尔发生6.2级地震，4月22日河北大城发生4.4级地震，这两场不大不小的地震，就像大地扔出的烟雾弹，再次干扰了人们对前兆的解读。有人认为上述地震完全可以对应之前发现的异常。

（请横屏观看，唐山地震前兆和相关小震活动分布示意，制图@吴昕恬&松楠/星球研究所）

与此同时，人们基于此前的“三段式”经验，认为大震之前会有前震给出明确的信号。然而此次前震并未出现。7月28日凌晨3点人们熟睡之时，灾难突至。

7.8级的唐山大地震，将这座百万人口的工业重镇夷为平地，并夺走了24万人的生命。

人们对地震预测的乐观情绪瞬间跌入谷底，血泪的教训让人们意识到“前震-平静-强震”的三段式并不适用于每一次地震，对前兆的准确解读远比人们想象的更加困难。

在对地震的原理进一步了解之前，成熟可靠的地震预测，仍然只是奢望。

地震居然声东击西

华北遭受重创的同时，西南也并不平静。

1976年春季，四川龙门山断裂带沿线，井水变色、空中升起火球或是天然气从地下涌出，各种异常现象一度此起彼伏。

然而，在人们紧张追踪了两个月后，遥远的云南龙陵紧接着发生了较强地震，四川龙门山附近却毫无波澜。

难道地震也会声东击西？

（龙陵、松潘地震和龙门山断裂带位置示意，制图@吴昕恬&松楠/星球研究所）

到了6月，龙门山一带再次密集出现前兆，种种迹象表明大震将至。

人心的动荡迅速蔓延，有人在成都的街头搭起地震棚，有人从传闻要发生大震的县城集体出逃，有人询问水库是否放空、工厂是否停工。而当唐山大地震消息传来，更是让谣言四起。

后来的研究者推算，在1976年那一年，9.3亿中国人中有4亿人，曾在临时防震棚或空地上过夜。

（为了预防地震破坏房屋造成伤亡，在有地震风险的区域，一度流行用轻质材料建造防震棚，临时居住，地震之后由于房屋不再坚固，人们担心余震，也常常居住于防震棚中，下图为云南鲁甸地震后的救灾帐蓬，作用类似防震棚，仅作示意，摄影师@车应华）

直到8月初‍‍，地下水异常、烦躁不安的动物等，依然在龙门山南北数百公里的范围内持续不断地不断出现，这个范围实在太大，人们对地震具体时间、具体地点的判断仍是一团迷雾。

但唐山地震的教训，让四川省防震抗震指挥部没有再苦等更加确切的前震信号，而是于8月12日果断发布了临震预报，龙门山断裂沿线方圆上百公里的地区全部进入警戒。

4天后，7.2级的强震袭来，造成41人遇难，但震中却位于此前少有前兆报告，并非重点区域的川西北松潘一带。地震再次声东击西，幸运的是，松潘地区此前也做了一定准备，救援力量第一时间进入灾区，有效减少了伤亡。

（如今的四川松潘，是美丽山谷中的一座繁荣的县城，图片来源@视觉中国）

松潘地震之后，第一个地震活跃期终于逐渐淡去，随着改革开放的到来，全国人民的关注重点也转移到了民生、经济领域。

时间到了1995年，再次密集出现的众多前兆表明，云南西部可能有强震的风险。

7月12日，云南孟连发生7.3地震，造成11人遇难。

由于之前发生过5.5级的明确前震，此次强震得到了比较准确的预测。

（请横屏观看，如今的云南孟连，摄影师@应浩飞）

而1996年2月的云南丽江7.0级地震就没有那么幸运了，因为缺乏前震和明确的前兆，导致没有做出成功的预测，地震重创了美丽的丽江古城，造成三百余人遇难。

（如今的云南丽江古城，已经发展成为旅游胜地，摄影师@刘珠明）

自1966年邢台地震以来，数十场大小地震的预测终究胜少负多。对人类而言，大地之下是如此混沌、如此难以捉摸。

混沌的大地

除了中国，全球的地震学家也在努力探索地震预测的方案，尤其是尝试从某一地区的历史地震中寻找规律。但这些努力同样遭遇了滑铁卢，在美国加州的帕克菲尔德，科学家发现这里的地震规律性极强，每隔22年左右的间隔就发生一次6级左右地震。

人们曾通过这一规律预测，下一场地震将在1993年之前发生，但实际上却迟到了足足11年之久。

（引发帕克菲尔德地震的美国加州圣安第列斯断层，是美国最著名的活动断层之一，图片来源@视觉中国）

在日本，一条地震频发的海沟中，有一片很少发生地震的“空白地带”，即日本所称的东海地区。

有科学家曾提出“地震空区”的理论，认为这样的空白地带有着更大地震的可能，于是人们一直对只存在于预测中的“东海大地震”设防森严，但这场地震至今仍未到来。

1997年，知名地震学家罗伯特·盖勒在《科学》杂志发表文章，宣称“地震无法预测”，标志着国际科学界对地震预测的信心降到谷底。

这其中的核心困难包括震源深度可达数十千米，远远超过人类的探测极限，还包括地震前兆对人类观测者而言，几乎是随机出现、难以捉摸，在浩如烟海的异常中找到准确信号更是难上加难。

很多的前兆都难以被有效利用，前兆或是过于分散、持续时间过长，或是可以由其他原因解释，难以判断预示着何时何地的地震。

如果仅凭一些异常就发布预警，将给社会运行带来巨大的成本。全球的地震学界就在这样低迷的信心中进入了21世纪。

2001年，人迹罕至的昆仑山发生了8.1级地震，但除此之外世纪之交的中国大地还算平静。然而，大地的能量已经在更多地方悄然积累。

（青海昆仑山口，这里曾发生过一场鲜为人知的8.1级地震，但因人烟稀少，损失轻微，摄影师@聂移同）

从2006年开始，四川郫县的地电阻率出现异常下降，走势与唐山震前的前兆有类似之处，但在2008年初就又恢复了正常。

与此类似，四川、甘肃还有一些地区出现过地下水位、水温等零散异常，但都过于分散，难以引起注意。

没有人知道，此时的龙门山断裂带已经悄然积蓄了巨大的能量，走进破裂的倒计时，一场巨大的灾难即将降临。

（请横屏观看，岷江流经龙门山断裂带，峡谷两侧山势陡峭、滑坡密集，是剧烈地质运动留下的痕迹，摄影师@刘少宇）

历史上这条断裂上的强震都发生在北段西侧，松潘地震便是如此。相比之下，中段的汶川一带缺少超过7级的强震记录。在这里，断裂的水平运动速度不足每年1毫米，垂直运动速度也仅有每年2毫米左右，低于大部分引起地震的活动断裂，是一段极为“平静”的断裂。

（四川彭州，雪后的龙门山，摄影师@墨山）

其发生强震的间隔可达千年以上，超出人类地震观测的历史，因此，在中长期的预测中，人们并未做出汶川附近可能发生强震的判断。就在这样的迷雾之中，我们至今难以忘却、每每想起都心有余悸的汶川地震猝然降临。

（北川老县城地震遗址，这座城市定格在了2008年5月12日，摄影师@苏凌汉）

震后人们意识到，孕育汶川地震的龙门山断裂中段，在震前进入了“闭锁”阶段，这意味着表面的平静之下，巨大的能量在不断累积，如一段压缩到接近极限的弹簧。

在回顾研究中，人们猜测此前提到的地电阻率、地下水等异常现象或许正是汶川地震的前兆，地震前的动物异常活动以及电磁场异常变化，也被认为可能与汶川地震相关。

（汶川映秀镇的漩口中学，在地震中倒塌，摄影师@李贞泰）

遗憾的是，由于对龙门山断裂带长期地震趋势的致命误判，我们并未读懂这些大地发出的警告。

在事后的分析中，人们也困惑于前兆的复杂、纷乱，即使提前捕捉到前兆，也几乎无法得出可靠的结论。

人类面对地震，真的无策可施了吗？

防震的曙光

从1960年代至今，地震预测走过了半个世纪，中国和世界各国的科学家有过短暂的成功，但更多的是失败。

人类对地震预测的信心也经历了从高峰到低谷的巨大起伏，从邢台地震起步的地震预测工作，在海城地震的成功之后迅速又遭到唐山地震失败的打击，并在汶川地震后陷入低谷。对地下世界一片未知，但在地上的世界，我们还有许多可以努力的方向。

（地震预测信心与抗震设防标准变化示意，本图主要展示中国的情况，世界主要国家半世纪以来走过的历程类似，但关键时间节点不同，制图@汉青/星球研究所）

随着社会经济的发展，和一次次大震经验的积累，我国对建筑抗震设防的标准不断提高，各种抗灾技术手段也蓬勃发展。而所有这些进步，都在给生命带来更多希望。

从历次地震的经验来看，绝大多数的伤亡都来自倒塌的建筑，我们需要合理设计框架结构，采用高标准的材料和施工方式，让建筑面对地震时更加坚固。

（汶川地震后的映秀中心小学，建筑的绝大部分被夷为平地，造成大量伤亡，摄影师@朱建国）

以彭州的白鹿中学为代表的一批严格保证了工程质量的建筑，在一众废墟中屹立不倒，拯救了成百上千师生的生命。

汶川地震以来，我国不断提高建筑的抗震标准，也将抗震建筑的覆盖范围扩展到越来越多的地区。

从大城市推广到乡村，尤其是对学校、医院等建筑，提出最高的防震要求。

在未来，面对地震，我们将有更大的安全空间。

（四川彭州白鹿中学，教学楼前的大地被汶川地震错断，形成3米左右的高差，两侧建筑却屹立不倒，师生无一伤亡，图片来源@北京市地震局，制图@汉青/星球研究所）

除了倒塌的建筑之外，地震中的伤亡还有相当一部分来自地震引起的次生灾害，尤以滑坡、泥石流等为重，汶川地震中，单点死亡人数最多的北川县城，几乎三分之一的城区被两侧山脉的滑坡掩埋。震后的北川县城整体搬迁到了龙门山外的平原，主动避开了地质脆弱、灾害易发的地区。

同样位于地震带上的宁夏银川则未雨绸缪，提前确定活动断裂走向，将活动断裂两侧100米的范围划为绿地。由于地震造成的地表破裂，往往沿活动断裂延伸，而只要离开断裂很小的距离，就可以避免最严重的损失。

这样的城市规划，可以尽可能减小地震对道路、房屋的破坏。

（宁夏银川地震公园，位于城区内的一条活动断裂上方，摄影师@刘思尧）

我们还建成了覆盖数个省份的地震预警系统。

近几年，它在四川的地震新闻中频繁刷屏，与地震预测不同，地震预警的目的并非提前预知地震的到来，而是在地震发生后挽救更多的生命。

电子信号以光速传播，比地震波快十万倍以上，依靠密集的地震台网和灵敏的算法，我们在地震发生十秒之内就可以向波及地区发布预警，抢出数秒至数十秒的宝贵时间，供人们紧急逃生避险，或应急处置核电站、高铁等高危设施。

（地震预警原理示意，制图@汉青/星球研究所）

另外，虽然无法做出准确的短期预测，但通过研究断层活动的规律，我们可以做出长期趋势的预测，指导大型工程的规划和建设。

（新修建的高速公路穿过地震多发的四川西部山区，摄影师@姜曦）

攀登科学高峰的道路总是痛苦并漫长，而通向地震预测科学高峰的道路，也注定会铺满血泪。

人类的强大，正是在于面对磨难拥有永不放弃的顽强，正是无数前仆后继的人们，推动着地震科学和防灾技术不断前进，终有一日，地震的阴霾将散去，不再带来血泪与恐惧。

（2008年5月13日， 都江堰聚源中学，一位父亲紧紧握住儿子沾满泥沙的嫩手，仿佛要从死神手中拽回儿子宝贵的生命，摄影师@朱建国）

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