摘自：地震科技前沿快报总第23期

地震预测的话题由来已久，失败的尝试比比皆是。部分挑战在于：可能的前兆信号通常是在事件发生后才报告的，而潜在的前兆和主要事件之间的系统关系(如果存在的话)并不清楚。最近的几项研究表明，在大型俯冲带地震发生前几周至几个月，通过地面变形、地震和重力瞬变有可能检测地震前兆和慢滑现象。整个国际地震研究界都应参与部署仪器、实时分享数据、改进物理模型，以了解慢滑事件和震群在多大程度上増强了之后发生更大地震的可能性(或没有)。

在2019年5月加州伯克利举行的地震学和地球动力学委员会会议上，专家们讨论了这些明显的地震和大地测量前兆，以及下一步如何分析其对地震灾害评估的影响。例如，从2011年东日本Mw9大地震的前23天开始，日本海沟大地震前震序列中发生了慢滑，并最终在主震前两天引发了Mw7.3级地震。同样，前震和地震滑移至少在2014年智利伊基克( Iquique)Mw8.1主震前两周就开始了。2011年东日本大地震前的前震和地売运动也可能与卫星测量的主震前的重力梯度变化有关，但这些结果的意义仍有争议。虽然许多震群和慢滑事件的发生并没有预示着大地震的发生(有些持续数年)，但过去十年的新情况是：在两次Mw＞8大地震之前，地震和大地测量前兆都被联合观测到了。

经确认和可重复的前兆信号将产生重大的社会影响，但问题依然存在类似的前兆信号发生的频率有多高，在哪些板块构造环境下发生?它们之后发生较大的地震的概率有多大?前兆是否有某些特征使它们可能或多或少地导致更大的地震?人类需要在陆上、近海、地表、地下或大空中使用哪些仪器来最好地记录前兆事件?如何改进地震预报，以纳入从改进的地震目录和从大地测量的瞬变中获得的新知识?是否存在一些情况，可由前兆信号形成时间尺度和概率水平上的预报，从而有助于拯教生命和减少地震的经济影响?如何清晰、及时地传达从可能的前兆推断出的有关潜在灾害的信息?

为了解决这些问题，显然需要更多的观测。需要在陆上和近海的一系列地点部署长期的地震仪和大地测量网，从而观测一系列的断层滑移行为。对于俯冲带逆冲断层发震带上方的海底大地测量，需要在水平和垂直方向上进行连续测量和厘米级或更高精度的测量。目前，越来越多的技术可用于此，如GPS-声学方法、海底绝对压力计、声学测距、井眼仪，以及光纤应变仪等。对于陆上观测，在许多仪器条件较差的俯冲带，需要密集的连续记录仪器网络，而跨政治边界的数据共享对于实现长波长前兆信号的探测至关重要。几十年来，实验室实验已经发现了前兆，但了解这些信号如何扩展到自然系统一直是一个挑战。为了弥合实验室和自然地震之间的差距，研究人员正在瑞士阿尔卑斯山进行实地实验，以更好地了解地震的启动、断层破裂和人类活动诱发的地震，并建议在北美开展类似研究。随着新的观测结果的出现，迫切需要能够吸收这些观数据的综合物理模型，以理想地对地震灾害进行实时评估。目前，无法满足的一个具体需求是迅速将新观测到的现象纳入物理模型中，进而修改先前对地震灾害的估计。2016年新西兰凯库拉( Kaik o ura)地震后，在惠灵顿( Wellington)附近断层的高应力部分观察到逆冲断层的缓慢滑动。这导致新西兰政府紧急要求将触发的地震滑动事件纳入及时和准确的预报中。在凯库拉地震发生后的12个月内，新西兰中部发生7.8级或更大地震的可能性增加了一倍多(达到5％左右)。为了更好地为未来的前兆选择做好准备，科学界应在地震预报中记录处理慢滑事件和他可能前兆的最佳做法，并应加强努力，用基于物理模型的方法补充灾害的统计评估。为了评估预报中的不确定性，量化分析专家判断不确定参数的系统过程(称为专家启发)是这些工作的个重要组成部分(但不是唯一的)，同时也提供了一种方法来整合和评估各种模型和预报的结果。在此类事件发生之前，帮助科学家接触专家发的研究实践将有助于简化预报工作，但当民防部门在短时间内(例如24-48小时)需要信息时，专家启发可能具有挑战性。然而，有一些严格的方法允许快速启发，并且，如果提前制定了协议，则可以快速实现。

目前，一个活跃的研究领域集中于以下问题:前兆是否具有某些特征，使其或多或少地导致大地震发生。2011年东日本大地震的前兆是否异常到需要公开发表警告声明(仅就前震的规模和时空演变而言)，专家们曾为此进行了激烈辩论，这一问题在2009年意大利拉奎拉地震案例的分析中也较早地得到了重视。作为一个理论分析练习，可以利用现有知识，重新审视2011年东日本大地震(以及其他前兆)之前的事件表，以评估不同利益相关者应该采取哪些行动。

鉴于人类对地震前兆的理解不断加深，很明显，大多数震群和/或慢滑事件不会产生大的破坏性地震，但有些会(破坏性地震的大小值取决于建筑物的位置和弱性)。根据2016年孟买海( Bombay Beach)地震群(靠近加州圣安德烈斯断层最南端)，以及2016年凯库拉地震和慢滑事件，可以明显地发现，科学家将继续被民防部门或政府当局要求计算与地震和大地测量前兆相关的、不断增加的地震概率。一些地方已经在利用地震数据和可操作性地震预报(OEF)对余震进行计算。

在任何地震乱事件发生之前，有关地震的公众沟通需要政府负责人进行规划、教育和培训。从长期的灾害意识教育，到事件前的不同水平的警报、地震预警，再到对事件应急反应的指导，以及进一步的教育(尤其是在人们兴趣高涨时)，任何新的事件前的危险警报(可能在事件发生前的几天、几小时和几分钟内)都应该是连续不断的信息的一部分。

很显然，短期地震预测(提供准确的时间、位置和震级)的前景仍然不乐观。然而，新的机会仍然存在，比如，可以改善陆上和海上的地震观测和大地测量、利用各种天基观测系统、通过机器学习改进数据分析，以及利用基于断层载荷的先进物理模型对地震概率进行实时评估和更新等。美国在空问和时间尺度上研究俯冲带的计划(即俯冲带四维研究计划，SZ4D)突显了许多这种机遇。例如，用于电信的光纤为与陆上和海上灾害评估相关的地球物理观测提供了诱人的新方向;最近对地震发生前地震活动率和震级-频率统计变化的分析提供了一种潜在的手段，可用来确定发生大地震后出现震群的可能性。机器学习能够在两次大逆冲事件之前检测到板块边界的长达数月的滑移反向( slip reversal)，这不仅提供了一个新的信号，而且还为探索长波长变化的物理机制提供了动力。在某种程度上，为公众提供前震前兆通知已经通过一些政府机构的可操作性地震预报和在线服务发生了，但还有更多的工作要做，包括快速报告和整合大地观测发现的变。

对俯冲带的地震与大地观测资料进行综合，并开发基于物理学的模型，以将其与预报联系起来，将是一项国际挑战。不用等待几个世纪后，大地震在某个特定地点再次发生，现在，人们可以使用遍历法来理解地震前兆，在全世界范围内对地震进行统计抽样，而不是等待一个具有统计代表性的样本在一个地区随着时间的推移而积累起来。此外，降低探测值也可能有帮助，因为可能有更多更小的事件可能有前兆，因此将可能增加研究的样本量，但是，必须注意要考虑小地震和大地震之间的标度。国际协调可以减轻在陆地(要求的观测密度高)和近海(目前美国的观测密度相当低)进行观测的成本，SZ4D和USGS在俯冲带的计划可能是这项国际努力的重要组成部分。最后，大多数国家都有自己的机构，负责审查和进行预报，并决定如何以及何时向公众通报地震概率的变化。同样，国际研究团体应共同努力，实时分享数据，交流经验教训，以改进基于潜在前兆现象的预报。所有这些，其目标是为预測下一次地震(震群和慢滑事件合的结果)所需的快速反应做好准备。

来源: Matthew E P，Richard M A, Thorsten W B, et al. New Opportunities to Study Earthquake Precursors. Seismological Research Letters, 2020, 91 (5):2444-2447。