作者：馬瑾（中國(guó)科學(xué)院院士）

時(shí)至今日，地震預(yù)測(cè)依然是一個(gè)久攻難克的課題。地震預(yù)測(cè)難的原因之一是沒能找到與地震發(fā)生有唯一性關(guān)系的先兆。中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室亞失穩(wěn)研究團(tuán)隊(duì)取得的關(guān)于亞失穩(wěn)應(yīng)力狀態(tài)的研究成果，為地震預(yù)報(bào)研究開啟了一個(gè)新方向。

地震是以突發(fā)形式表現(xiàn)的構(gòu)造變形，它發(fā)生前有一個(gè)由慢變快的物理過(guò)程，應(yīng)該是有先兆的。究竟什么樣的先兆與地震發(fā)生有唯一性關(guān)系？事實(shí)上，之前的科學(xué)家研究了許多地震案例，發(fā)現(xiàn)地震前在物理、化學(xué)或生物等方面會(huì)出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象，諸如應(yīng)變率、地下水、溫度、土壤和空氣中氡濃度、近地表及其上方的電磁、動(dòng)物行為、地震活動(dòng)性圖像等的變化。然而，由于對(duì)這些現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理研究不夠，它們與地震之間是否有確鑿關(guān)系缺乏說(shuō)服力。

我們認(rèn)為，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震關(guān)鍵在于抓住地震前亞失穩(wěn)階段應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn)。地震是一個(gè)累積應(yīng)力快速釋放的力學(xué)過(guò)程，斷層上越來(lái)越多部位的應(yīng)力相繼釋放，應(yīng)力逐步轉(zhuǎn)移到局部的高應(yīng)力閉鎖部位，進(jìn)而達(dá)到斷層動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的條件。亞失穩(wěn)階段處于應(yīng)力峰值到失穩(wěn)時(shí)刻之間，是應(yīng)力由積累為主，轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫艦橹鞯年P(guān)鍵階段，也是由穩(wěn)態(tài)變形向失穩(wěn)變形的轉(zhuǎn)變階段。在此階段，斷層已進(jìn)入不可逆變形，標(biāo)志著地震發(fā)生已不可避免，因此它與地震發(fā)生有更密切的關(guān)系。我們實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把研究重點(diǎn)由峰值強(qiáng)度前的應(yīng)力積累階段轉(zhuǎn)向峰值后的應(yīng)力釋放階段，把握應(yīng)力釋放的關(guān)鍵時(shí)刻，就可以在實(shí)驗(yàn)室成功預(yù)測(cè)斷層失穩(wěn)的發(fā)生。

問(wèn)題在于，在野外很難確定斷層所處應(yīng)力狀態(tài)，也無(wú)法識(shí)別亞失穩(wěn)階段。為了尋找亞失穩(wěn)階段的特征，亞失穩(wěn)研究團(tuán)隊(duì)借助實(shí)驗(yàn)室既能觀測(cè)應(yīng)力狀態(tài)的演化，又能同步觀測(cè)多種物理場(chǎng)時(shí)空演化的有利條件，針對(duì)亞失穩(wěn)階段，從位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、聲發(fā)射、熱場(chǎng)等方面開展研究。他們用協(xié)同化來(lái)描述斷層失穩(wěn)過(guò)程，而不同物理量以不同的形式表達(dá)出斷層加速協(xié)同化是亞失穩(wěn)階段的標(biāo)志。

例如，應(yīng)變釋放過(guò)程包括三個(gè)階段：釋放點(diǎn)產(chǎn)生和擴(kuò)展、新的釋放點(diǎn)的增加以及釋放段的加速聯(lián)結(jié)。前兩個(gè)階段的速度變化只是平穩(wěn)增加，而第三階段擴(kuò)展速度是按數(shù)量級(jí)增加的。應(yīng)變加速擴(kuò)展和連接階段就是由準(zhǔn)靜態(tài)向準(zhǔn)動(dòng)態(tài)釋放轉(zhuǎn)變的時(shí)刻開始。假如能夠找到這個(gè)時(shí)刻，就知道失穩(wěn)非發(fā)生不可了。

又如，從斷層帶升溫過(guò)程中也可以看到斷層加速協(xié)同化過(guò)程。有兩種引起溫度變化的機(jī)制：其一是眾所周知的摩擦升溫，其二是體積應(yīng)變引起的溫度變化，即"擠壓升溫，拉張降溫"規(guī)律。亞失穩(wěn)階段恰巧是兩種溫度變化并存和轉(zhuǎn)化的階段。在此階段，斷層預(yù)滑逐步增大，斷層兩側(cè)塊體的應(yīng)力開始松弛。因此，斷層由于摩擦引起升溫，而斷層兩側(cè)塊體由于應(yīng)變釋放引起降溫。亞失穩(wěn)后期二者溫差加大，清晰可見。

實(shí)驗(yàn)研究為野外識(shí)別亞失穩(wěn)階段打下基礎(chǔ)，初步研究結(jié)果顯示斷層上的地震活動(dòng)也存在加速協(xié)同化現(xiàn)象。

地震先兆是有的，問(wèn)題在于能否被觀測(cè)、記錄到？即使觀測(cè)到了，又是否能被準(zhǔn)確識(shí)別？已有的研究是在實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)化條件下進(jìn)行的，很多因素尚未充分研究；而野外地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、加載條件多樣、臺(tái)站稀少，要達(dá)到實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)水平尚需時(shí)日，亞失穩(wěn)研究從實(shí)驗(yàn)室走向野外尚需經(jīng)過(guò)持續(xù)的努力。

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2016年10月21日 13版）