对地震、地质学的思考和建议

   5.12汶川地震、万民伤痛、举国震惊——

    地震直接受灾群众1000万人， 目前直接经济损失的数目还没有估算出来，假如按每人平均损失1万元来计算，估计至少1000个亿，而如此严重的地震灾害距离灾难同样深重的唐山地震 仅仅32年。我们国家是一个是一个地形地质结构非常复杂的国家，国土面积以山地为主，地震带遍布全国各地，估计今后大地震的平均概率不会低于50年每次，也就是说至少平均每年至少损失20个亿。

    灾难发生以后，好多人在埋怨地震局没有准确的预报，而实际上，就目前世界地震地质学的发展水平而言，不仅不具备预报能力，甚至连一些基础的数据和可靠的理论都没有。这不是地震局某一位或者某几位领导的责任，而是全世界科技工作者的责任，是全人类共同的责任——

    我们知道，现代科学最基础的物理定律就是著名的牛顿三定律。而牛顿三定律是建立在  伽利略、开普勒 对天文数据的研究之上的，而著名的开普特定律又是 基于 第谷 无数精确的天文数字 的记载。是几辈人基于准确的星体运动的纪录，艰辛努力精密推演得到的结果。同样爱因斯坦著名的狭义和广义相对论的证明，也离不开对天象的精准的测量。目前的基础科学的发展，更使我们对数据之精准到达了空前的高度。所有的国家、所有的科研单位在天文和原子物理方面投入了大量的血本，研究的对象从夸克模型到宇宙大爆炸。然而，地震地质学的研究呢？

    我不明白，登月计划和太空移民对于我们解决我们人类的现实问题有多少距离。但我清楚的知道，世界上大的地质灾害基本上每年都时有发生。我不清楚，整个社会对于地质学的研究到底投入了多少精力，但我清楚的知道，目前世界上对于地质学的基础数据都是空白！

    什么叫基础数据？基础数据不是指 某年月日 某地发生地震，更不是某地的山川以那种土壤和岩石结构为主。而是我们的地球，我们赖以生活的地球表面正在悄无声息的发生着怎样的结构变化。每个山川是在增高还是降低，每寸土壤是承受张力还是压力，地表的海拔高度如何变化，山川河流又如何弯曲变形。目前这方面数据虽然有一些，然而精度太低、粒度太粗。我们之所以在天文学方面研究得非常深入，是因为我们观察天体运动星象变化是非常容易的，即便如此，我们人类还是用了两千年的数据积累和三百年的数据分析,才有了我们对于日月食和彗星撞击的准确预报，而相对而言，了解地面下的结构和变化对于我们而言难度是非常大的。因此，我们对于地震和地质的研究是绝对不能急功近利的。只能客观地从最基础的东西做起。

    我认为，无论是研究哪种科学技术，都离不开三个方面的研究：1、基础数据积累；2、基本理论研究；3、基本实验环境和装备。没有实际的数据、一切研究都是纸上谈兵，没有基本的理论、研究就会是无方向的，数据在多也是混乱的，没有基本的实验环境和装备，就没有办法展开对基本理论的验证，从而也就没有办法展开深层的研究。目前地震地质学正是缺少以上三方面的基本要素。以下我从这三个方面展开，谈一谈研究地震和地质学的科学的具体的方法。

第一、基础的地质学数据收集

    前文我一直在强调数据的重要性，要想对我们的地球全面了解，我们只能花血本从基础数据的收集开始，虽然这些数据可能积累三百年都不能得出一个结论，但，只要我们努力为后人留下精准的数据，地震预报总有实现的一天，反之，没有这些最基本的数据，三千年下去，地震研究也没有清楚的一天。

    积累基本的地质地貌的数据是要精准的研究地面的静态结构和动态变化，目前静态结构数据比较全面，而动态数据京都不够。我的建议是：在地震带，至少每10平方公里的土地上要设立一个数据采集标志点。采集点在山区可以在山顶上设置三角结构发射塔，在平原地带 可以由一个高300米，直径5米，埋在地面下的水泥柱组成，每个采集柱设太阳能电池采集能量，采集柱中心内设一个激光发射装置，竖直向上发送激光束。（当然也可以直接向卫星发送无线信号，激光束只是考虑成本比较低） 这样这个采集柱的位置和角度的变化可以随时精确测量。诸多的采集柱构成一个数据矩阵，我们可以根据这个矩阵的变化 精确的感知地面的结构变形。虽然当然这些数据不能告诉我们地震的发生，但这些数据是将来研究地震地质的基础的基础。在地震带设下了几万个 数据采集柱就等于在黑暗的夜空播撒了几万个星星，从此对地震地质的研究就相对天体的研究一样透明。

    此外，对于地面的短期运动变化，我们可以设置一些星型数据采集点，如在山区地区，把各个山顶设置星型数据发射和采集塔，在最高的山顶和比较低的各个山顶之间用激光束连接起来，如果山顶的相对位置或者角度发生变化，激光束会偏移，在地震爆发前几天或者前几个小时，我想这样的装置会发出警报。至少大规模地震前几分钟，个个山顶的角度和位置必然发生人眼观察不到的仪器能观测到的变化。其实，更多的时候，我们不需要长期的地震预报，短期地震预报更为重要，如果地震带的主要山脉为这种星型的数据采集网所覆盖，那么山川河流的所有变化对于我们而言都是了如指掌的。注意：这样的数据采集结构要比卫星采集的数据精准的多。著名的光速测量试验也是靠类似的装置实现的。

     再就是，在地面下几百米处，深埋一些 接受次声波的装置，这些装置用来聆听地震前岩层小规模断裂的“咔嚓”声。

第二、基本理论研究

    地震的基本理论目前包括如下一些内容：1、地震能量研究；2、地壳板块运动研究；3、地质结构应力研究；4、地球内部构造的研究；5、地震爆发前的某种“反常现象”的研究；不过，我认为，地震地质的理论研究不在于对地震本身的研究，更在于对于材料力学、结构力学这些基本科学的研究。正如同天体运动的规律和苹果落地的规律一致是一样的，基础理论从来不依赖于具体的现象而存在。真正解决问题的办法往往在问题的表面现象之外。在基本理论的研究方面，最最重要的一点就是切忌急功近利。世界上从来就没有一条基本的物理定律是为一两个现象而制定的。我们看到的伟大的牛顿三定律看上去几乎简单的毫无用处。但这就是基本理论，我们就是需要简单的、完美的、建立在普遍物质规律上的理论。而不是复杂的公式推演。这不能叫基本理论、只能叫概念模型。

    我认为最需要研究的基本现象就是物体破坏的突然性的规律，当一块水泥板受到压力不能承受的时候，不是缓慢的断裂而是突然断裂的，这是为什么？为什么总是大地震之后有余震，而不是先来几个小地震，而后发生大地震（如果真是那样我们可要感谢上苍了），研究物质破坏的突然性就是研究，物体在承受其自身不能承受的外力的时候，各个组成部分如何变化，外力施加的能量如何转移和集中到断裂带。断裂如何发生，如何终止。

    基本理论的研究不是轰轰烈烈的，而是默默无闻的，基本理论研究的工作者 常常是被人嘲讽和讥笑的 而不是受人追捧的对象。因为基本理论就是基本理论，第一，它不解决任何实际问题，第二，没有它，任何实际问题得不到根本的解决。只有深刻理解这一点人，才能在基础理论研究上有所突破。基本理论研究不能以经验和常识为基础，在必要的时候，我们宁肯相信假设，也不能相信经验数据。因为一切错误源自“常理”。我们要追求的是比常理还要平常还要普遍的道理，这——叫做真理！

第三、基本实验环境和设备

    地震和地质研究的最大的难度之一就是无法实验。我们不能发现某个规律后就推动地球板块来试验一下地震效果。真实的地震发生的时候往往也不符合研究者的预制的条件。此外，实验环境和真实环境最大的区别在于，实验环境必须是理论上的、必须是存在某些假设的。如：物体在不受外力的条件下保持匀速直线运动或静止状态。这就要求一个物体不受外力的环境、而这个环境实际上是不存在的。由于实验的不能进行、带来的最大的问题在于进一步的研究困难、决策困难。比如十位地质科学家分别提出不同的理论和预测。国家领导人就无从判断对错。这就和天象观察不同，明万历年间和清康熙年间，西方的天文学家就和中国的天文学家比试过预测 月食的准确性。而地震则不仅于法预测，也无法比较。有没有和地震类似的
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可以供我们研究和试验用的自然现象呢？我以为，目前能够发现的，与地震现象比较相似的宏观可观测的现象只有一个：那就是冬天冻上、而春天开化的冰面。冰面受应力变化合河水的作用力，不可预测的出现碎裂。这个现象虽然与地震相比太简单了，但是这是我们目前能够发现的唯一的可研究对象。

    如果我们对冰层的全部数据都有了结，当然是能够模拟计算出什么位置出现裂痕的，但这种办法显然运算量太大。不适用于地球这么大的对象。但我们的基础研究可以从这些现象开始模拟，比如，我们冬天在冻好的冰层上 插好 10000个 发光的激光柱，到春天后采集三个月的这些光柱的运动变化数据。用这些数据推测什么位置出现裂痕。而后实际观察一下破裂的效果，用实际的数据修改我们的理论。同时，我们还可以把冰面前的数据密集的采集下来，观察结构的细部变化。从而对地震的短期预报提供数据支持。

    当然，河面冰层这种研究方法粒度也比较大，如果希望在实验室中开展一些模拟试验，则可以根据需要架构某种类似的实验装备，毕竟冰的结构和土石是不相同的，我们可以在实验室中做一些 破坏性 比较小的试验，比如压碎 石板 砖块 一观察他们的变形和破裂情况等等，当然，这其中最重要的还是数据的收集和整理。

    最后，我对国家的科技工作人员提一点意见，上天容易入地难！日月星辰，是整个人类共有的，而只有山川地貌，是我们祖国的。美国到月球上，测量到温度和土壤成分的数据，整个人类可以共享。我们没有必要重新测量一遍来彰显我们的综合国力。相反，如果美国30年后能够准确的预测 弗罗里达 州的地震。这并不意味着 同时 我们也掌握了预报 云贵川、陕甘宁 地震 的能力。我们的土地是我们自己的，早一点了解它，早一点认识它是对祖国母亲尽的一份孝心，是对人民群众进的一份责任。

    祖国母亲的身体 有病了，而我们还像不懂事的孩子一样在他身上撒娇打闹，乱砍乱伐，乱涂乱抹，这样是会遭到天堑的——要想祖国强大，人民富裕，来自于“知”而不是来于与“欲”。