钮凤林在圣安德列斯断层深部探测钻进试验场。

　左边：7月9日出版的《自然》杂志封面；右边：钮凤林为第一作者的论文。

    地震能不能预测?来自苏州的旅美地震学家钮凤林的最新回答是，有希望!

    7月9日，新一期英国《自然》杂志发表的一篇报告表明，美国莱斯大学地球科学系终身教授钮凤林和他的美国同行一起，首次在野外测量到了地震发生前断层岩石内部应力的变化，并证实岩石应力变化会实时影响地震波传播速度。他们探测到的微小物性变化，一次在里氏3级地震发生前10小时，还有一次在里氏1级地震发生前约两小时。这是全球科学家在地震“前兆”研究方面获得的最新进展。

    今天凌晨1时，经过持续不断的电话和Email联系，本报记者终于“抓到”了正在美国休斯顿菜斯大学的钮凤林教授。在电话的嘈杂声里，这位苏州老乡说他正在接受BBC等媒体记者的采访。但是对于家乡的记者，他还是给与了特别的优先。他告诉记者，目前他们的研究还只有两个点的数据，是否有效还需要用今后的试验进行验证。如果后续的实地研究能够证实，在世界其他地区的断层地震活动中，也普遍存在同样的岩石物性变化，那么将来在此基础上有望开发出比较可靠的地震早期预警系统。

    今年5月12日，20世纪以来我国最严重、破坏性最强的汶川地震在毫无征兆的情况下发生，目前近7万人遇难。身在海外的钮凤林为祖国和同胞所受的创伤深感悲痛。一个个逝去的生命和一座座废墟，让这位中国地震学家更加深切地感受到，自己从事的地震研究，是一项多么神圣的工作;自己孜孜以求的地震预测，是一个多么神圣的目标。

    钮凤林教授在电话里说，人类在多大程度上能够预测地震，最终将取决于对地震发生物理条件和过程的理解。他介绍，地震预测一直是世界性难题，除了一次成功的经验与运气相结合的辽宁海城地震预报外，对于绝大多数地震，地震学界一直未能记录到实地的、可重复观测的震前物理和化学变化，也就是地震“前兆”。而他所在的勘测小组利用高精度的走时分析和尾波干涉技术，在震前数个小习寸监测到了由震前微破裂引起的地下介质的波速变化。这给地震前兆的找寻带来了一丝暖风。

    钮凤林教授随后传来了一份他的学生整理的文稿，从文稿中记者进一步了解到，钮凤林和来自美国劳伦斯伯克利国家实验室和卡耐基学会的科学家们，是在加利福尼亚州圣安德列斯断层带的一处实验场里首次捕捉到这种变化的。

    对于钮凤林和他的合作者们取得的研究成果，《自然》杂志评价说，“这是地震学科研人员长期以来一直在追求的目标”。

　  钮凤林教授简介

    1965年出生在吴江震泽;

    1983年毕业于震泽中学;

    1988年中国科技大学地球物理专业本科毕业;

    1992年赴日本留学，进入东京大学地震研究所，先后获得硕士、博士学位;

    1997—1998年在东京大学做博士后研究;

    1999年去美国.先后进入几个美国研究机构研究;

    2002年至今在莱斯大学地球科学系任教，今年荻终身教授待遇;

    1994年首次在《自然》杂志发表论文，至今已在《自然》发表论文6篇。

钮凤林教授文稿，通俗地介绍了地震“发飙”前的征兆是怎样监测到的

    汶川大地震毫无征兆地发生了，伤亡惨重。人们不禁要问，地震预测距离我们还有多远?地震，有没有前兆，能否捕捉到?美国圣安德列斯断层SAFOD钻井主动源探测的实验结果也许给我们带来了一丝新的希望。

    毫不夸张地说，对地震的预测是地震学者们孜孜以求的“神圣”目标。除了一次成功的经验与运气相结合的辽宁海城地震预报外，后来的地震总是以“新面孔”给经验性的短临预测“重重一击”。在挫折面前，地震工作者们没有放弃对地震预测的努力，并试图在众多扑朔迷离的现象中捕捉地震前的物理和化学现象及其背后的机制。地震前兆究竟存在吗?除了可能会以极低概率出现的前震现象外，至今还没有任何确凿无疑、可用仪器重复观测到的前兆现象。然而近期，国际著名科学刊物《自然》上发表了美国莱斯大学和卡耐基研究所联合研究小组在圣安德列斯断层SAFOD钻井中进行的主动源探测实验结果。利用高精度的走时分析和尾波干涉技术，在震前数个小时监测到了由震前微破裂引起的地下介质的波速变化。这给地震前兆的找寻带来了一丝暖风。

    实验观测数据来源于“圣安德列斯断层深部探测计划”。圣安德列斯断层将太平洋板块和北美板块分隔开来，是地震活动强且“规律性”比较明显的地区。自1881年有可靠记录以来，至2004年9月最近的一次地震，共发生了6次里氏6.0级左右地震。地震“准周期”式的发生曾导致美国地质调查局在1985年发布了一项“1993年前发生6级地震”的长期预测。事实上这次预测失败了，地震11年之后才姗姗来迟。

    为了实现“零距离”观测地震，在圣安德列斯断层上建立了Parkfield地震实验场。实验场西北部小震频发，历史上几个中强震则发生在它的东南部。2004年，圣安德列斯断层深部探测计划在Parkfield实验场西北的断层段上开始实施，拟通过在震源附近打钻，在钻井中安置各种仪器，来构建深入到活动断层内部，揭示地震产生物理和化学过程的深部探测网。

    应力积累是地震发生的直接原因。直接监测地球深部介质应力的变化是非常困难的。岩石力学实验表明，受应力变化的影响，岩石内部的微裂纹会发生张开或闭合，从而使地震波速发生变化。因而对地震波速的精确、连续观测就构成了一个灵敏的，监测地下状态变化的“应力计”。

    近年来，以上两个方面出现了突破性进展。可控震源的特性极大改善，特别是在震源的可重复性上。高重复性震源可以在高频范围及长时间内作业，像现代压电钻井源，比起过去的气枪源、地表震动源等具有更优良的可重复性和持续性。另外，先进的数据采集系统可以对信号进行过高速采样，以及海量数据叠加对信噪比的提高等都使地震波走时差的测量精度飞跃了几个数量级。

    已经开展的地表浅部主动源应力监测结果表明，地震波速度(主要是指沿固定路径上的地震波走时)会随加载应力，如潮汐、大气压等的变化发生微弱的变化。随着深度的增加，介质内部裂纹会逐渐闭合，数量也会大大减少。这些观测到的应力导致的波速变化，在地球深部，特别是数公里到数十公里的孕震深度上，是否会因为围压的增加而消失?

    由美国莱斯大学和卡耐基研究所研究小组在SAFOD钻井中开展的一项为期2个月的主动震源实验回答了以上问题。在两个并行的先导孔和主孔1千米深度处分别安放了一台压电陶瓷震源以及一台三分量地震加速度计，后者以48000赫兹的采样频率连续接收源脉冲信号，实现了不间断的井间波速测量。通过数据叠加及互相关技术，时间测量精度可以达到10-7秒。研究发现深部剪切波沿井间固定路径的传播时间变化(微秒量级)与大气压变化呈现很好的负相关性。更重要的是，在两次地震发生的前10个和2个小时，地震波速出现明显的变化。在排除了降水、仪器等影响因素外，研究人员认为这两次地震波速的变化与破裂过程有关。研究人员还发现波速变化除了包含同震及震后信息外，它们还含有重要的震前信息。其中的震前变化与上世纪70年代岩石试验发现的孕震体膨胀理论相吻合。Park-field地震实验场虽然具有多种不同的测量手段，但只有个别应变仪和倾斜仪记录到了明显的同震变化，并且所有仪器数据都没有显示出任何震前变化的痕迹。

    有多种手段可以间接监测地下的应力状态，但在流体充盈的多孔介质中，由应力导致的介质弹性性质变化只会在应变仪、GPS等记录中留下微弱的印记。目前常规的测量主要为仪器附近的点测量，而主动源观测则充分利用了尾波对地球介质多次采样、放大介质变化的特性，能够充分反映从震源到接收仪器之间及其邻近地区地下的平均应力状态。

    SAFOD钻井主动震源探测实验结果似乎表明，在地震破裂发生之前震源至接收点附近介质的弹性特征会发生变化，例如微裂纹密度的增加，地震波速的变化等。如果把这种变化看成是地震的一种前兆，那么完全可以利用高性能、可持续的主动源探测来捕捉地下应力变化的信息，也许就可以为随之而来的地震活动提供某种程度上的预测。

    人类在多大程度上能够预测地震，最终将取决于对地震发生物理条件和过程的理解。只是，现有的认识还都局限在精确界定的地震实验场中，对复杂断层的地震活动的预测，还有待进一步的观测和研究。(本文有删节)(常新 李勇)