地震预测为什么这么难？

地震学是研究地震震源性质，地震发生原因和机理，以及利用地震波来了解地下结构的一门科学。地球自诞生之日起，就有了内部运动。开始时（大约50亿年前），地球在一团星云中逐渐聚集，收缩，变成了一个行星，此时的地球温度很高，物质由于密度的不同，出现了分异，密度小的上升，大的下降，就和我们看到的水中的泥沙和悬浮物上下分异一样。经过了漫长的分异和收缩，地球产生了不同的圈层构造。

最外表的是一层较为脆性的固体，叫地壳，厚度为10－70多公里。目前的研究发现，地壳不是一个完整的固体，而是有众多的块体拼合而成的。目前地球上主要有6大主要板块组成，分别为欧亚板块、印度洋板块，北美板块、南美板块、太平洋板块以及南极洲板块，其中包含多个小的板块。这些板块之间存在着相对运动，板块内部变形相对较少，板间则存在着较大的运动，因此在这些板块的交界带上，就成了构造性质复杂，地震活跃的区域。地震就是由板块之间的相互运动产生的。 

地壳下面是地幔，厚度为2800km左右，直至2900km的深度，此层物质主要由橄榄岩、钙钛矿、后钙钛矿等矿物组成，密度从3.3g/cm3增加到地幔底部的5.8 g/cm3左右。科学家们通过地球动力学研究和地震学分析，发现地幔可以在结构上分成上地幔和下地幔，上地幔从地壳和地幔交界的Moho面开始，到660km深度的间断面，该层地幔与地壳的关系相对密切，物质成分在水平方向的组成上有较大差异。下地幔从660km向下，直至地核和地幔的交界处，此处的地幔物质组成较为均匀，但是在核幔交界处出现相当复杂的结构，该区域被称为D''层，由于该处为固体（地幔）和液体（外核）的交界带，因此无论在水平方向上还是在垂直方向上都有很大的变化，是目前国际上地震学研究的热点问题。 

地幔部分有一个非常有意义的自然现象，就是地幔对流。地幔的物质在漫长的地质年代中，会出现类似水加热对流的流动现象，尽管这种现象非常缓慢，每年才运动几个厘米，但是这几个厘米却是造成地表板块运动的根本动力。由于地幔对流的拖曳作用，如果把欧亚板块视为静止的话，目前印度板块以每年5厘米左右的速度向欧亚板块挤压，这种挤压作用自从6500万年前就开始了。在那时，青藏高原区域还是多个比海平面高不了多少的几个独立的构造块体，这些块体和印度板块之间有特提斯海相隔。在印度板块的持续挤压下，特提斯海闭合，青藏高原内部的几个独立块体相互拼合，并且被抬升，形成了雄伟的青藏高原。中国古代伟大的科学家沈括在《梦溪笔谈》里谈到的在山上发现的贝壳，很可能就是古特提斯海生物留下的化石。沧海桑田，就是由这些地质运动作用形成的。 

在青藏高原形成的过程中，印度板块和欧亚板块不断的挤压和缩短，至今，印度板块和欧亚板块之间已经缩短了2500km左右，这么巨大的缩短，必然带来物质的变化。一部分物质被挤压到了青藏高原的地壳下面，使得青藏高原的地壳非常厚，大部分地区在60km以上，有些区域（如羌塘块体）高达70km以上，是目前地球上地壳最厚的区域。另一部分物质在沿着青藏高原的边缘逃逸掉了。我们知道，青藏高原周边分布着几个坚硬的盆地构造，包括四川盆地、塔里木盆地和柴达木盆地。这些盆地地壳强度大，非常坚硬，物质向从这些区域朝外逃逸相当困难，因此就在青藏高原和这些盆地之间形成了走滑的断层，物质就沿着这些断层朝外逃逸了。 

不过，尽管大部分物质沿着断层逃逸或者被挤压到青藏高原下部，仍有一部分物质在青藏高原和盆地之间积累起来，这些物质的积累，就形成了一系列山脉，包括阿尔金山、昆仑山和龙门山。特别是在龙门山地区，青藏高原的物质主要沿龙门山两端的几个活断层，如南部的咸水河－小江断裂和北部的祁连山向外流出，在龙门山中间地区向外流动的可能性较小，就形成了青藏高原向四川盆地挤压逆冲的构造形态。这正是汶川地震发生的根本原因。 

那么，既然我们了解了地震发生的基本构造机理，为什么预测地震还那么难？这主要由以下几点构成：1.地质的构造机理涉及的时间尺度很大，通常几万年甚至几十个百万年，这对于目前的地震预报没有太大的作用。2.尽管从长期上看地震的发生有规律，但是就某一个单一地震事件来说却近乎是随机的，因为我们很难判断哪个时刻岩石无法承受应力积累发生破裂。3. 地震发生的位置常常在地下10几公里甚至几十公里，在这个深度上，目前人类还无法直接了解其构造状况。目前世界上最深的钻井也不过10km的样子，何况只有一个孔。4. 地震的破裂过程是不确定的，有可能本来要发生一个大地震的，可由于某种未知的原因，突然终止，只产生一个很小的地震；也有可能本来没有大地震的，结果在触发作用下，产生了大地震。正是由于这么多不确定的因素，目前人类对于地震的短期和临震预报还处于摸索阶段，主要依靠统计学方法和监测前兆等手段来进行。然而统计学的本质就是不确定的，对于大量样本可能有一个很好的规律，对于单一事件则是一个概率数字。前兆手段虽然有一定的意义，但是造成前兆异常的因素太多太多，主要还是地表活动造成的。更不靠谱的还有生物的异常活动，有人说此次地震之前有很多蛤蟆上街，这种现象可能和地震有关，但是没有本质的联系，不然，为什么随后在深圳发生的蛤蟆过街怎么没有地震的发生？如果光靠生物异常来预测地震，那天天都有地震了。 

总之，地震预测研究是一个非常困难的工作，它涉及到地球动力学、断裂力学、构造学、孔隙介质、地球化学、流体力学、电磁场等多学科，是一个庞大的系统工程。目前全世界都处于起步阶段，就这点而言，中国的水平还是比较高的，因为世界上公认的一次成功的预报，就是中国的海城地震。