人类何时能够真正预测地震 | 在《地震追踪》中找寻答案

前不久，山东省德州市平原县发生了5.5级地震，震源深度10公里，北京等地都有震感。地震后当天震区记录到的余震数量多达59次，地震共造成了一百多处的房屋倒塌，现在当地的灾后重建工作正在有序进行。 地震预测一直是世界性难题，这种未知的力量潜藏在我们脚下，随时都可能出击，2008年的汶川大地震和2010年的青海玉树县大地震依然让我们记忆犹新。研究地震背后地底的力量并提高地震预测能力是地震学界一直探讨的话题。今天我们介绍一部科学纪录片《地震追踪》，它能让我们了解到近年来地震学家和科学家们为了提高地震预测的可能性和准确性，以及减少地震带来的人员伤亡和财产损失做出的努力和研究的成果，也许能够让观众对这一类科学有更深的了解。

《地震追踪》是由John Capener执导和编剧的地震科学纪录片，全片时长共50分钟。本片的内容十分丰富和紧凑，采用科学家的采访片段和旁白相结合的形式，尝试让观众理解各种地震学和物理学知识，主要聚焦于科学家们利用从2016年开始意大利亚平宁半岛八月到一月份发生的几场大地震中得到的级联数据，通过地震监测网络、实地考察、实验、测试独立数据模型和挖掘遥感卫星生成数据等方式对地震学进行的研究，科学家们的终极目标是期望未来能够准确预测地震，促进地震学更深远的发展。

地震学是如何确立的？

地震学是一门新科学，在1906年的美国旧金山大地震之后才开始出现，这场地震是美国最可怕的自然灾害事件之一，让科学家第一次认识到地震是沿着断层反复发生的事情。美国地质调查局发布的数据和结论标志着，地震学作为一门科学学科确立。旧金山大地震撕裂了地表并揭露了圣安第列斯断层，这一古老的断层如今已沉寂，但像意大利亚平宁山脉这种活跃的断层仍然易受板块运动压力影响。

华尔纳.马佐其博士采访片段|图源/作品截图

意大利如何完善地震监测网络？

亚平宁山脉纵穿整个意大利，是意大利的脊骨，中部地区的山脉有很多活跃的断层，所以山脉一直以来并不安分。2016年8月24日夜里3点36分，位于亚平宁中部的阿马特里切镇发生了6级地震，约300人伤亡。来自英国地质调查局的一群科学家们认为这是一次研究地震学的好机会，他们很快前往意大利震区部署了地震监测装备，围绕震中从南到北共安置了30个设备，设备中最重要的是地震感应器，被埋在地下一米深，能记录地震时大地的移动速度。

地震监测装备的供电太阳能板|图源/作品截图

不过意大利已经拥有非常完善的全国地震监测网络了。与英国地质调查局合作的意大利国立地球物理与火山学研究所，简称INGV，也关注地震学的研究。INGV建设了一个连接卫星的庞大监测网络，上百条实时信号同时在监控室里被收集和记录，监控器显示了全国网络中的测震器，每个小三角和圆圈都代表一个实时记录地震的测震器，遍布意大利的北部、中部和南部。

意大利地震监测网络|图源/作品截图

2016年，意大利中部地区的地震监测网络很活跃，这个区域很大，是一条80公里长的活跃区，根据网络定位，这片地区每天要经历100场小地震。当大地震发生后，地震学家们都想获得更多数据，所以在8月24日阿马特里切地震后，INGV部署了更密集的地震监测网络，在震中附近多加了监测点，尽量多捕捉余震的细节信息，英国地质调查局也设置了监测点，于是在地震后几周内，震中附近密密麻麻地围了近百个监测点。

震中附近监测点|图源/作品截图

英国地质调查局的马克.内勒博士向我们解释了意大利中部大量活跃断层形成的原因：意大利有山有平地，在意大利东部下面，亚得里亚海正在慢慢回滚。于是意大利就受到了拉扯，而这一拉扯会形成很多小断层，进而引发崩裂。山里到处都是断层，每个断层长约20公里，单个断层本身无足轻重，但这么多断层放在一起会增加崩裂的机会，导致地震。

亚得里亚海在意大利东部回滚|图源/作品截图

山里大部分已有的活跃断层都被INGV标注过，但阿马特里切的地震展露出断层新的部分，地质学家保罗.加里博士去山中对新露出来的次生断层进行了实地考察。

保罗.加里博士实地考察新断层|图源/作品截图

地震之间有何关联？

在8月份的阿马特里切地震八周以后，意大利的塞拉诺和维索分别经历了两场大地震，时间间隔仅2小时，两次地震震级分别是5.4和5.9级。这不是两场简单的余震，它们几乎和8周前的地震一样大。相互联动的地震被称为级联地震，它意味着一个地震引起了后面的地震，而且超过之前的地震区域，会触发后续的大地震。地震网络捕捉到了几次地震间的级联现象，证明这几次震动是相互联动的，余震级联是了解地震物理学的好机会。

马克.内勒博士采访片段|图源/作品截图

4天后的2016年10月30日，出现了至今为止最大的一场地震，地震发生在旅游小镇诺尔恰，震级为6.5级，是意大利35年来经历的最大地震。但幸运的是主震发生时诺尔恰的大部分民众因四天前诺尔恰北部塞拉诺和维索的地震住在外面的临时帐篷中，这正是INGV给政府提出的建议。

诺尔恰地震废墟|图源/作品截图

抗震房屋是怎么建造的？

对比诺尔恰和阿马特里切建筑的震后情况，诺尔恰需要拆除的建筑少很多。受损最严重的是老建筑，阿马特里切的建筑更为古老，多数都是很久以前用圆砖和灰泥筑成的，所以地震来袭时，砖块滑动，建筑倒塌。用边角分明的方砖建成的钟楼情况好些，阿马特里切看似最为危险的钟楼在震后仍然耸立着。

阿马特里切震后废墟中的钟楼|图源/作品截图

在地震中建筑的坚固和安全尤其重要，抗震等级高的房屋不但能够减少地震中的伤亡还能减少财产损失，为灾后重建提供帮助。

伊恩.梅因教授和阿雷桑.阿玛托博士(INGV)采访|图源/作品截图

抗震房屋的科学发展迅猛，ELSA欧洲结构评估实验室设在意大利米兰的联合研究中心里，实验室里有一面巨大的反力墙，这面墙可以模拟不同等级的地震，用来实验测试房屋结构和评估地震中房屋的稳定性，由此了解实际地震中房屋的抗震表现。最近一场实验针对的是三层抗震钢铁建筑。

伊恩.梅因教授和阿雷桑.阿玛托博士(INGV)采访|图源/作品截图

科学家何时能准确预测地震？

2017年一月份，在短短几小时之内，阿马特里切断层南部的坎波托斯托小镇附近又发生了几场5级以上的地震，冬天的地震还伴随雪崩。

意大利亚平宁山脉中部地区八月份到一月份的地震级联给INGV提供了大量实际数据，可用于测试地震预测模型。华尔纳博士认为：学习地震学的典型方式就是独立数据模型的统计检验，对比预测与观察到的实际数据。第一场八月的阿马特里切地震一周后的预测中，理论模型划出了一个危险区域，预测该区域中有6.5%的几率发生一场5级以上的地震，实际八周后维索发生了一场5.9级的地震。

八月阿马特里切震后预测模型|图源/作品截图

诺尔恰地震的那一周，危险区变了，受袭几率提高，华尔纳博士的科研队又一次命中。

八月阿马特里切震后预测模型|图源/作品截图

一月份危险区域南移，坎波托斯托附近的地震几率最高，地震预测模型的准确率比以前大有进步。

一月坎波托斯托地震预测模型|图源/作品截图

地震学需要依靠全球协作，监测网络越细密，收集的数据越多，地震预测模型的预测结果越准确。科学家免费公开数据，有网站专门分享地震信息，这样地震学家就能尽可能多的测试新的预测模型，因为那些庞大的数据集需要更多信息，以便检查更多的预测模型。

新科技给地震学界提供了新机遇，遥感卫星能生成大量地震学数据。INGV记录了阿马特里切地震前后地面的状况，用彩色标出了地面高度的变化，非常契合断层的形状。

彩色震后地面高度变化图|图源/作品截图

科研队检查了卫星记录下的大量数据，这些新的信息源能提高地震预测模型的准确性。大地震过后，地震学家们想尽快了解附近断层的情况，了解它们是否因压力释放和重新分布而受压或释压。

西蒙.曼齐尼（英国地质调查局）采访片段|图源/作品截图

INGV永久性的地震监测网络很敏锐，能区分活跃与休眠的断层。意大利亚平宁半岛中部八月到一月之间的几次大地震提供了大量新数据，增添了很多信息，可以看到断层之间压力的转移程度，以及压力扩散的速度。所以下一次发生大地震时，或许就能预测哪些断层会承受巨大压力，哪些地区可能会发生高级别余震，能够很大程度提高地震预测的准确度以及预警能力。

断层之间压力转移和扩散图|图源/作品截图

由于卫星生成的地震监测网络的数据源源不断，数据量极大，英国地质调查局的玛格丽塔.塞古博士与斯坦福大学合作挖掘数据的潜力。古格里.博罗扎教授的团队受可识别流行音乐的手机应用启发，设计了名为FAST的项目，这一算法能根据波形识别地震，每场地震都有其独特之处，就好比指纹，FAST能找出同源地震，将它们归为一类，比传统方法快140倍。

古格里.博罗扎教授（斯坦福大学）采访片段|图源/作品截图

获取到大量优质数据和全球的紧密协作显然能提高地震预测的准确性和促进地震学的发展，地震学的未来充满疑问和可能性。下一步飞跃会是什么？地震学家和科学家们在片中结尾提出了对未来地震学研究的合理展望：

华尔纳.马佐其博士：“我们使用的预测模型是第一代地震预测模型，未来应该不会就此停滞不前，也许不会有什么惊人发现，但可以像叠砖一样收集越来越多的数据，提高我们的理解水平，在未来十年里大大提高地震预测能力。”

伊恩.梅因教授（英国地质调查局）：“推动改变的是来自卫星的新信息，密集的监测网络和处理大数据的新方式，这些是尖端科技。为此我们要进行大变革，我认为未来需要使用钻孔测震器，能深入地底一二千米，干扰会少很多，信号会更明晰。”

朱利奥.塞尔瓦吉(INGV)：“最近在亚平宁的调查有了很多新发现，这改变了很多，我认为这就是研究的魅力，因为总有新发现改变我们的旧思想，每一次我们都能更了解脚下大地的状况。”

玛格丽塔.塞古博士（英国地质调查局）“我们开会，提出问题，形成新假设，这让我们了解地震互动的范围，包括最小和最大的地震。”

阿雷桑.阿玛托博士(INGV)：“我觉得接下来十一二年里，我们并不能预测次日的地震，但我们将能更好地预测和应对所有地区的地震。”

2016年意大利发生的地震级联只是全球地震学发展故事中的一章，看完这部纪录片，相信我们都能感受到揭晓地球内核秘密的意义和价值。地震学家和科学家们才刚踏上对地震学这一新学科的探索之旅，他们未来会提高地震预测的准确性并减少地震给人类带来的生命财产损失，让地震学更上一层楼。