从地震预测整体观看中国四川汶川特大地震

第２７卷第６期地质通报

Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．６Ｊｕｎ．，２００８

２００８年６月ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ

・综述与进展・

从地震预测整体观看中国四川汶川特大地震

高庆华

原科技部、国家计委和国家经贸委自然灾害综合研究组，北京１０００２９

中图分类号：Ｐ３１５．２；Ｐ３１５．７

文献标志码：Ａ

文章编号：１６７１－２５５２（２００８）０６－０７１９－０７

地震预测是世界性的难题，为此需要广泛的探索。笔者认为，李四光开创的地震科学研究思路是值得继承和发展的。

第一，地震是一种特殊的地质现象。他认为地震“是地壳运动的一种表现，也就是现代构造变动急剧地带所发生的破坏活动”。

第二，地震是可以预报的。他认为：“地震与任何事物一样，它的发生不是偶然的，而是有一个过程。”“地震的发生是有前兆的”，“研究地震活动规律”，采用多种方法“观测地壳的变化，认识现在还在活动的构造带”，“观测地应力的变化”，“仔细研，“寻找地震前兆”，就可以进行地震究构造应力场”

预报，并提出要预报时间、地点、震级。

第三，地震地质是地震工作的基础。他认为：“地震沿现今还在活动的断裂带发生。因此调查和鉴定现今还在活动的构造地带和构造体系，观测、检验、鉴定它们的活动程度和频度，在关键性的地，是地震预报工作区或地点建立地震预测试验站”

的基础。李四光认为“我们的地震工作还没有达到准确预报……只有预防，尽量减少灾害损失”，“以预防为主，重要的是确定危险区”。“搞地震地质就是确定地震危险区”。

第四，划分地震危险区与“安全岛”。李四光认为“为了力求避免或减少地震的破坏作用，选定最有利的或者遭到这种自然灾害可能性最少的地区进行建设，就必须大力加强地震地质工作”，“划分地震危险区”。“确定危险区的原则：①历史记录；②地下构造活动情况”。编制地震地质图，“……在强震区，找到比较稳定的地带或‘安全岛’，为基建设计提供资料”。

第五，建设地震预测试验站。李四光认为“我们

１９６２年广东新丰江地震以后，李四光十分重视

地震工作，同年即在广东建立了第一支专业的地震研究队伍。１９６５年组建了西南地震地质大队，发表了《关于地震地质工作问题》一文。１９６６年发生邢台地震，李四光独排众议，提出了地震可以预报的观点。１９６９年成立了中央地震工作领导小组，由李四光任组长。在李四光的亲自领导下，全国普遍开展了地震地质调查研究。李四光８０岁高龄时，仍多次跋山涉水进行地震地质考察。在他的指导下，编制了《中国主要构造带与强震震中分布图》、《中国地震烈度区划图》，开展了地应力及多种地震前兆的东北、西南、西北等地区的地震发观测，并对华北、

展趋势与地震预测工作进行了具体的分析与部署，对河间、唐山、渤海、海城、通海、松潘等地区强震发生的可能性进行了战略性的预测。李四光开创的包括地震地质调查、活动性构造体系研究、地应力观测、多种手段的地震前兆观测、地震预报、地震危险区划分、寻找“安全岛”、防震减灾等一套地震工作的新途径，为中国防震减灾事业的开展作出了卓越的贡献。

１李四光防震减灾的主要指导思想［１－２］

李四光指导地震工作的学术思想基于他的地壳运动观与国家经济建设需求相结合，他的基本观点概括起来有５点。

收稿日期：２００８－０５－２３；修订日期：２００８－０６－０４

科技项目：中国地质科学院地质力学研究所基本科研项目（编号：ＤＺＬＸＪＫ２００８０７）资助。

作者简介：高庆华（１９３８－），男，研究员，从事地质力学和自然灾害综合研究工作。曾任三部委自然灾害综合研究组办公室主任。

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不要跟在地震屁股后面跑，而要争取走在地震前面”，“要在某些关键性的地区或地点建立地震预测试验站”。提出了对天文、地震、形变电阻率、地磁地电、超声波、重力、地下水、生物物理、地形变、断层微量位移、海平面的观测和仪器研制的方法，尤其强调对地应力的观测。

李四光是新中国防震减灾事业的开拓者，他的理论与预言已得到检验或证实，他的学术思想应在中国的防震减灾事业中发扬光大。

小，以致使推论其动力作用所勾画的对流系统紊乱、随意到令人难以相信的程度。对于更为深远的问题没有进行深入研究，诸如全球板块的运动协调问题，主动型和被动型大陆边缘的起因问题，板块、板条、断块等大大小小的岩石圈块体在几何学、运动学、动力学和球坐标系的统一关系问题，岩石圈块体稳定与非稳定性运动的动力机制问题，岩石圈、地幔、地核等分层非均一运动的耦合关系问题，地球整体的对称与反对称的对立统一问题，地球的行星性行为的检出与行星比较问题等，这些理论性的思维尽管部分地超前于资料的现实，但这的确是地球整体观的理论体系所必须探索与追求的。

大量工作成果表明，全球板块构造的形象是相当有规律的。板块构造的奠基人海兹勒、拉皮向等已经注意到板块的旋转扩张现象。地球上绝大多数海岭、海沟、裂谷为近南北向，其次为近东西向；绝大多数转换断层为近东西向，其次为近南北向，再次是它们的过渡。这些全球级的几何特征，反映出与地球坐标系的直接联系，而与板块的运动方向又接近一致，意味着地球自转运动和球体的整体变形存在某种关系。其实大陆漂移说的创始人魏格纳，在分析大陆漂移的动力来源时，已经注意到地球自转所产生的极移和潮汐力的作用。假如在大陆漂移说的基础上发展起来的板块学说充分注意这一论点，在壳内对流与地球自转之间找到一个桥梁，这种结合可能对地球动力学的发展是一个重大的促进。

将区域构造与全球构造、全球构造与全球运动第一个有机地结合在一起的是中国卓越的科学家李四光。他在大量野外观测和实验工作之后认为，地壳上层构造形迹都不是孤立存在的，他将一场一定方式的地壳运动所产生的一切成生联系的构造形迹看作一个整体，称为构造体系。构造体系的提出，标志着在构造地质学和大地构造学领域中，从单纯的现象描述跨入用系统科学方法研究构造问题的新阶段。一个构造体系就是一幅应变图像，反映出了动力作用的方式和方向。它们尺度的大小是受全球统一应力场及其不同级别、不同层次的半球级、区域级、局地级地应力场所控制的，它们属于全球构造系统的不同层次和级别的子系统。

已经查明，世界上规模最大的构造体系有纬向构造体系（反映经向水平力的作用）、经向构造体系

２地震科学整体观

李四光逝世以后，笔者等追索李四光的学术思想［３］，对地震及其他各种自然灾害进行了综合研

［４］究，１９９３年提出“地震科学整体观”。

１９８９年召开的第２８届世界地质大会上一个总

的动向就是地学的全球化。以研究地球变化为主要目标的“国际地圈—生物圈计划”等的制定，地球表层学、地质系统论和地球系统科学的提出，都是倡导把地球作为一个整体进行研究的，同时表现出进一步把自然态科学推向天、地、生、人整体研究的强烈愿望与学科的使命感。

５０—６０年代，欧美国家以先进的科学技术方

法，包括大量军改民的探测技术，取得了大量的全球性的实际资料和信息，有力地证明了岩石圈的存在及其以水平方向为主的运动形态，从而兴起了板块学说。该学说将板块与板块前缘的俯冲带、后缘的扩张带和侧缘的转换断层看作一个整体，用板块的水平运动进行解释，并系统阐明板块边缘的地槽、褶皱、断裂、地层沉积、岩浆活动、地震的形成机制等，不论它们的形态，不论它们的运动方式，也不论它们的学科属性，而是用一个统一的运动过程加以概括。对这一范畴各种地质现象的认识显然具有系统论的特色。我们相信，如果板块学说按着整体观的要求继续扩大它的视野和研究领域，一定会找到解决全球构造成因问题的道路。但令人遗憾的是，一方面是由于缺少进一步深入的资料，另一方面是习惯于单元论的认识方式，大地构造学研究的理论进程在从固定论向活动论迈出了一大步以后，相当一部分工作似乎又沿着传统大地构造学的方法，回到对构造单元的“原子”逐个进行描述的老路，尽管仔细研究每一个单元子系统也是非常必要的，但热衷于将板块越划越

（反映纬向水平力的作用）和巨型扭动构造体系（分别

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反映了南北向或东西向水平力的作用和由此引起的扭动）。

李四光认为纬向与经向水平力是地球自转不均衡所产生的惯性力和惯性离心力。如果我们把地槽、海岭、裂谷、海沟等巨型构造都看作巨型构造体系的构成部分，李四光的观点无疑为研究岩石圈构造场与运动场的整体观打下了一个基础。

地球体系作为一个整体还包括水圈和气圈，因此建立地球系统整体观，还必须涉及到对水圈、气圈物质运动的统一认识。

很早以前人们就根据地层的沉积韵律推断海水的升降变化。如果这项工作只在局部地点进行，看到的自然只是垂直运动，但是当工作在广大地区开展并相互加以对比时，就会发现海水整体的水平运动。李四光及其追随者对中国显生宙海水进退的规程进行了研究，发现当地球自转速度加快时，海水自北向南退却；当地球自转速度变慢时，海水自南向北侵入。近年卫星测地工作开展以来，大地水准面的变化与海面升降关系的研究，已更接近海水进退、升降的真实背景。

在现代各大洋中存在许多环流。太平洋的水体，从中美洲西缘开始大致沿赤道地带向西流动，至西伊里安岛以东分为２支，北支循大洋西部边缘向北流动，至日本转向东流，到加利福尼亚以西转向南流，至中美洲构成一个椭圆形的环流；南支循澳洲东岸南流，至新西兰转向东流，再平行南太平洋东部边缘北流，也构成一个椭圆形的环流。类似的情况也见于大西洋与印度洋，赤道以北大洋环流为顺时针向，赤道以南为反时针向，共同反映了赤道地带的海水自东向西流动且愈近赤道流速愈大、中纬度地带的海水自西向东流动、大陆边缘则为南北向流动的规律。

大气环流的模式与洋流相当类似，赤道至南北纬３０°之间和高纬度区是盛行东风带，中纬度地带是盛行西风带。赤道两侧常出现巨大的旋卷气流，形成台风，赤道南北的旋转方向恰好相反。与海气热运动巨大变异有关的海水剧增温（厄尔尼诺）现象，发生在太平洋赤道地带。已有资料说明它的发生可能与洋脊的非均匀变动引起的地下热流量的脉动有关，而脉动的韵律变化和赤道海水的流动速度又可能受地球自转速度变化的调制。

地质历史时期的气候带也曾发生过多次迁移，

其迁移的方向与海水的进退方向是一致的。

地球气圈、水圈与岩石圈运动方向惊人的相似，使我们不能不把它们作为一个整体对待。海洋学家与气候学家一致认为，赤道南北环流的对称现象起因于地球自转产生的科氏力，我们根据岩石圈构造场、运动场建立起来的全球构造格架及其动力学的基本构思，以及同源异象的统一认识，把地球的固、水、气三象统一起来，这是全球整体系统的一个质的扩展。

地球在４６亿年的演化历史中，地、水、气三象表现了一系列时间尺度的变动，不同学科采用多种术旋回、脉动、韵律、分期、分幕、语加以描述，如周期、

分级等，各有其内涵。从定性看，韵律含意最广，而且它既不受严格的周期和变动强度的规则所限制，也不忽视运动的反复性和具有一定的动态节奏，它是一个半定性半定量、适应性最广的概念，也是一个介于确定性和非确定性之间的概念。据地学固、液、气各分科关于韵律表现的认识，地球变动的韵律总地可划分为４个级别的韵律段，即长韵律段（十亿—千万年级，１０９￣１０７）、中韵律段（千万—万年级，短韵律段（万年—年级，１０４￣１００）和微韵律段１０７￣１０４）、

月、日，１００￣１０－３级）。（年、

固体地球的韵律性主要表现为陆地的升降、造山运动、造谷（裂谷）运动、构造变动、岩浆活动、火山活动、地震活动、地热的波动、地磁极的变动、球体积的胀缩等。这些表象之间有的是同时异象的，有的与先后伴随的韵律相关。长韵律段可以大地构造的演化和分期为代表，还可以再分为构造宙（８±２亿年）、构造期（２±０．５亿年）和构造幕（几千万年）３级。这个韵律级别的地球变动，直接表现为地球内部热场和重力场的协调平衡运动的韵律，被看成为地球构造变动的原因，但它们的韵律很可能受到了银河效应太阳系在银河旋臂结构中的位置与麦（银河年周期、

哲仑星云的相互作用）的影响或调制。中韵律段以地文期的划分为代表，可再分为地文期（一至二千万年）、地文幕（几十万至几百万年）和地文阶（几万至一万年），这一时间尺度的地球韵律很难从地球内部热场和重力场整体的自身韵律加以认识，相反受地球外部天文因子的米兰科维奇效应（地球赤道偏心率、黄赤交角、岁差）的影响可能很大，在地史记录中这一时间尺度的冷暖、干湿的韵律表现十分明显就是一个旁证。短韵律段可以地震活动的韵律划分为

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代表，可再分为地震世（几千至一千年）、地震期（几百至一百年）、地震幕（几十至十年）３级。此韵律段可能受行星会聚、太阳活动、地球自转变速等因素的直接影响较大。这么短的韵律变化，很难想象是地球整体热状态和重力作用的结果。微韵律段可以地球表面的潮汐分级为代表，再分为年潮、月潮、日潮等，它们受日月引力和太阳辐射的周期性变化的作用明显，是已被证明了的。

地球水圈的韵律性主要表现为海水涨落、进退，海水水质及若干组分同位素值的增减，水成沉积的成分与量的波动等。地球大气圈的韵律性主要表现为大气湿度、温度、成分等在总的演化趋势之中的被动变化。水和大气的韵律表现也可分为与固体地球相同的长、中、短、微４个韵律段。地史期间大气湿度变化的周期谱即可分出４组谱的峰值群，时间尺度相当于固体地球的４级韵律段。大气湿度的变化，即冷期与暖期或冷期与间冷期的划分，与海退期和海进期相当，冷期划分的时间韵律，其时间尺度也与前述相当。大气和水的韵律性变动虽然可能受固体地球韵律变动的影响，如火山活动、放气作用、地热溢出等的影响，但更直接的是受上述各种天文因素的调制作用。

把地球的地、水、气（即固、液、气）三象的运动表现用韵律的同一性统一起来加以认识，是地球整体系统观在时间域的集中表现。用同一韵律把不同的表象统一起来，是同韵异相的分析方法，是认识不同表象之间的联系在时间上的根据，正是地球系统科学所立意的观点与方法。

地震预报在时间上的探求，一方面是利用地震活动历史自身所表现的大小韵律进行分期、分幕、分阶、分丛的群体的预测；另一方面则是根据对地震前兆场的观测。不论它们是以什么观测手段所获取的信息，如地震、地形变、地应力、地电、地热、地磁、地下水、动物、植物、天象等，还是把它们归结为地震蕴育过程的长期、中期、短期和临震的不同发展阶段加以分析、论证，直到渐近于地震震中的临震预报。目前所采用的这种分析方法正是整体系统论的观点与方法。

以固体地球为研究对象的一系列固体地球科学，以海洋和大陆区水体为研究对象的海洋科学和陆地水科学，以大气为研究对象的一系列大气科学，以动植物和人为研究对象的生物学和生态学，各成

单象的学科体系已有几百年的发展历史，建立了一系列经典的学科。这４个单象系的研究都沿着封闭式、半封闭式的发展趋向，现已全面展开了开放式的研究。最明确的发展就是大气与海洋之间建立起来的海气循环，以它为研究对象展开了一系列交叉研海底究。再如固体地球的地热释放（包括火山喷发、岩浆涌出、大陆热能释放）、放气作用（包括深层和浅层、放射性和非放射性元素）、陆地水对浅表岩石的溶解等，正在把固体地球的动态因素纳入海气双象系研究，从而扩展为三象系研究。再如地震作为固体地球的一种剧变行为，经过对地震前后各种相伴现象的观测研究，已经可以肯定地震的孕育与发生确实受到了大气的影响，反之，地震孕育过程直至地震发生，包括与之伴随的物理的、化学的多种能量的释放，也影响了低空和地区性的天气，甚至可能对高空电离层产生扰动。海底地震可造成海啸等火山岩流、热涌与海水的运动与变化，海底地震、

海水急剧增温之间有联系，例如厄尔尼诺现象等，都涉及了固相与水的交叉研究。生物包括在人类个体与群体的象之间，有史以来，一直受固、液、气三象圈层构成的环境影响，反之，生物对环境的反馈作用，在地史学研究中确证存在一系列真实的记录。特别是人类近代活动对大气、海洋、陆地表层的污染与破环、臭氧层被破环、ＣＯ２的温室效应、核冬天的潜在威协、森林面积的锐减造成自然生态环境的恶化等，这是人类刚刚开始注意到的自我摧残，而在科学上，它正在推进着固、液、气、生（人）四象的整体研究进程。

多象系的研究可以是象系之间整体的相互关系的研究，如固体地球动力学、海洋动力学和大气动力学之间质量、动量、动力的互馈与平衡，不妨把这类研究叫做多象系整体的综合研究。多象系也可以是象系之间单一因子或有限因子在象系之间穿插所构成的因子系统，如ＣＯ２气、热能等因子在固、液、气、生（人）之间的增减循环的因子系统，不妨把这类研究叫做多象因子系的交叉研究。近年多象因子系的研究课题如雨后春笋，这恰恰是地球系统科学当前的行动特征。如果把上述单象系、多象系、因子系的研究统一在地球整体的五维空间中进行，那就构成了全面的地球整体观。不过必须特别强调补充说明的是，地球作为一个天体，由于它自身的行星性行为和它必然受到种种天体环境的制约与影响，把地球

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系统作为一个开放系统加以研究是非常重要的，这就构成了近年多方称道的天、地、生、人的巨系统科学观，据此提出地震预测整体观。

幕。因此，从总体上看，今后中国大陆地震灾害仍比较严重，其基本特点是：在中强地震频繁发生的同时，还有发生多次７级以上强烈地震的可能；在中国西部地震强烈活动的同时，在人口和城镇密集的东部地区也有发生强烈破坏性地震的可能；由于人口铁路、公路、水的持续增长，城市化的加快，房屋、

利、电力等工程设施的迅速发展，今后地震灾害造成的人口伤亡和财产损失将增加，对社会经济的影响将日益严重。

图１显示２００７年以后进入地震活跃幕［６］，主要危险区见图２［７］、图３［８］。

３地壳运动整体观和地震发展趋势

预测的检验

李四光的学术思想经过３０多年的发展，逐步形成了地壳运动整体观———将地壳各部分的各种地质构造现象和相关的自然现象看作是有联系的整体，将发动地壳运动的各种动力作为一个互相影响、互相制约的动力系统，将地壳运动的因果作为一个统一的互馈系统进行研究的地球观。

在此基础上，应用地震预测整体观，从１９９５年开始，依照以前的基本思路和研究方面，对中国的地震发展趋势进行了宏观预测，有关的论据资料这些著作和方法已分别发表在相关的论著中［５－８］①。

虽然是针对全国范围的各种自然灾害的，但其中有些也涉及到了四川汶川地震的区域。现将有关结论部分摘录如下。

３．２地震预测与灾害实际发生情况的对比

２００８年５月１２日四川成都西北的汶川发生了

黑龙江、吉林以外的中国各８．０级地震，波及除新疆、个省区市和泰国等地区。

在进行灾害风险趋势性预测中，对这一地震区已经给予了高度重视。

①

在１９９７年的《中国自然灾害区划和保险区划》

研究报告中，论述未来２０年地震危险区时写到：“综上所述，２００７—２０１５年可能为一新的地震活跃幕。”（１６４页）……“下面分地震区带介绍未来２０年中国大陆地震危险区的基本特征。……灌县（Ｍ７．０￣

３．１地震灾变发展态势［５］

根据中国的地震活动规律，百年周期的地震活

动已从２０世纪末的最高峰趋缓，但是并不平静。从大约２０年的地震活动周期来看，１９８８年开始的地震活跃幕也将延入２１世纪初期，而后转入相对平静幕，经过１０年左右，于２０１０年前后将再次进入活跃

７．９）地震危险区：北东向晚更新世断裂发育，６级地震及中强地震成带分布，危险区分类Ⅱ级。……”（１７６页）。

图１中国大陆及毗邻地区强震活动周期变化与发展趋势示意图

Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｐｅｒｉｏｄｓｃｈａｎｇｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｓｔｒｏｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

ｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎｅｓｅＭａｉｎｌａｎｄａｎｄｉｔｓｖｉｃｉｎａｇｅ

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图２中国未来２０年地震灾变预测图

Ｆｉｇ．２ＦｏｒｅｃａｓｔｍａｐｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｃａｔａｃｌｙｓｍｉｎＣｈｉｎａｔｗｅｎｔｙｙｅａｒｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ

图３中国大陆水文地球化学异常－地震危险区（带）分布图

Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｍａｐｏｆｈｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｉｔｙ－ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｄａｎｇｅｒｚｏｎｅｉｎＣｈｉｎｅｓｅＭａｉｎｌａｎｄ

１—与其他方法预测结果基本一致的地震危险区（带）；２—与其他方法预测结果不一致的地震危险区（带）

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参考文献：

［１］李四光．关于地震地质工作［Ｊ］．中国地质，１９６５，（１２）：５－６．

７２５

地球化学异常—地震预测２０００年出版的专著《

整体观的探索》，根据水文地球化学异常，圈定汉源－汶川－松潘及汉源－甘孜为地震危险区（１１３页图２－６５）。

另外，在２００５年提交的《中国地震灾害区划和防震应急对策》报告中关于中国的防震应急目标区，将川中地区列为防震应急重点目标区，预测范围包括四川成都、绵阳、德阳、乐山、眉山等市区及内江、资阳部分地区，面积为５．６９×１０ｋｍ，并初步计

４

２

［８］

［２］李四光．关于地震地质工作的几点意见［Ｊ］．地震战线，１９７０，（７）：１０－１５．地质、古生物资料摘要（初稿）［Ｍ］．北京：科学出版社，［３］李四光．天文、

１９７０．

［４］马宗晋，高庆华．试论地球系统和地震科学的整体观［Ｃ］／／地震科学与整体观研究．１９９３：１－８．

［５］高庆华．中国２１世纪初期自然灾害态势分析［Ｍ］．北京：气象出版社，２００３：６１－６２．

［６］马宗晋，高庆华．中国重大自然灾害与社会图集［Ｍ］．广州：广东科技出版社，２００３：２５３．

算了人口死亡度和经济损失度。

综上所述，笔者的研究只是初步的宏观趋势预测，掌握资料不足，地震灾害预测仍处于探索阶段，现在研究达到的水平尚不敢说预测的正确性，本文只是说明以地震预测整体观为指导的地震综合预测确是一条值得重视的途径。

［７］高庆华．中国自然灾害风险与区域安全性分析［Ｍ］．北京：气象出版社，２００５：１３８．

［８］高文学，蒋洪亮，高庆华，等．地球化学异常－地震预测整体观的探索［Ｍ］．北京：地震出版社，２０００：２４６．

①中保财险有限公司．中国自然灾害区划与保险区划研究报告（上、下册）．１９９８．