顧國華：砥礪前行，探索地震預(yù)測

《祖國》/楊召文

顧國華

不忘初心，不負(fù)韶華，雖已耄耋之年，作為中國地震預(yù)測咨詢委員會成員仍奮斗在地震預(yù)測戰(zhàn)線。他是國內(nèi)最早開展GPS 的研究者之一，運(yùn)用GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，包括GPS）精密衛(wèi)星定位技術(shù)，觀測地殼運(yùn)動或變形地震前兆；提出并采用各種數(shù)據(jù)處理和分析方法，利用大量觀測數(shù)據(jù)研究，獲得極具說服力的研究成果，告訴世界：大地震是有地殼運(yùn)動前兆的，是可以預(yù)報的。他就是中國地震局地震預(yù)測研究所（已退休，仍工作）研究員——顧國華。

在地震預(yù)測領(lǐng)域前行

猝不及防、破壞性大、影響深遠(yuǎn)、防御苦難，提到地震，人們的大腦，總是不自覺的與這些詞匯相連。大地震是嚴(yán)重的自然災(zāi)害，如果能夠預(yù)測，將會極大的減少傷亡和損失。雖然，地震預(yù)測是世界公認(rèn)的科學(xué)難題，地震不可預(yù)測論至今仍盛行，仍有人認(rèn)為，即使利用GNSS 觀測也搞不出地震預(yù)測，但是，盡管經(jīng)歷曲折，顧國華不為名利，始終以咬定青山不放松的韌勁，長期堅持基礎(chǔ)研究，不斷提升地震預(yù)測的科學(xué)性和可行性。

中國的地震預(yù)測，走過彎路，但這是探索過程不得不付出的代價。1968 年，20 多歲的顧國華便通過野外水準(zhǔn)測量、激光測距測量和臺站觀測，得到了不少地殼運(yùn)動的觀測結(jié)果。后來被調(diào)入了室內(nèi)工作，開始學(xué)習(xí)、研究、探索依然知之甚少的地震前兆。

20 世紀(jì)70年代初，顧國華參與地震局組織的新疆地震預(yù)報試驗(yàn)場的工作。新疆地廣人稀，監(jiān)測站點(diǎn)非常有限，觀測技術(shù)更無法同現(xiàn)在相比。南疆幾年的監(jiān)測研究，成果極為有限，但顧國華還是在資料分析中，提出了利用水準(zhǔn)測量結(jié)果計算地傾斜的方法。這是他首次突破了傳統(tǒng)大地測量的分析研究方法。

唐山大地震前后，他負(fù)責(zé)分析處理華北地區(qū)的地形變觀測資料，主要是臺站的連續(xù)觀測資料，震前親自分析并得到了不少形變異常現(xiàn)象，提出過預(yù)測意見，從此真正開啟了地震預(yù)測的探索工作。回顧那段工作經(jīng)歷，他深信震前看到的異常現(xiàn)象絕非偶然，從中也依稀看到地震預(yù)報探索的希望。

1998 年，顧國華被從天津調(diào)到中國地震局地震預(yù)測研究所工作。在研究所完全沒有GPS 工作基礎(chǔ)的條件下，負(fù)責(zé)并主持完成了網(wǎng)絡(luò)工程GPS 項目數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，實(shí)際主持了網(wǎng)絡(luò)GPS 連續(xù)觀測基準(zhǔn)站的設(shè)計。后來還參與“973”地震預(yù)測研究項目的一子課題，研究利用GPS 觀測地殼運(yùn)動預(yù)測地震。為了這一項目，他做了大量的工作，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計指標(biāo)的確定及提交驗(yàn)收統(tǒng)計結(jié)果等都是他努力的結(jié)果。

回首遙望，自1966 年3 月邢臺大地震至今，我國地震預(yù)報已經(jīng)走過了50 多年的探索歷程。基于大地震，特別是淺源大地震的成因是地殼運(yùn)動的結(jié)果，監(jiān)測地殼變形或運(yùn)動，獲取地震前兆，是世界各國地震預(yù)測的主要技術(shù)手段。 多年來，我國投入數(shù)億元建立了以 GNSS 為主要觀測技術(shù)、以地震預(yù)報為主要目的的“中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)”及其延續(xù)“大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)”。 而顧國華也通過60多次大地震前后的GPS觀測結(jié)果，得出了地震是可預(yù)測的結(jié)論。

GNSS 是地震預(yù)測的利器

談地震而色變，地震對人們精神的影響極為深遠(yuǎn)。汶川8 級大地震是顧國華利用GNSS 研究預(yù)測地震的開端。汶川8 級大地震發(fā)生在中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)1000個 GPS 觀測站的區(qū)域網(wǎng)內(nèi)中部南北地震帶上，沿此帶布設(shè)了相當(dāng)密集的觀測站。汶川大地震前，區(qū)域網(wǎng)分別在1999、2001、2004 和 2007 年作了 4 次觀測，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，也為此次地震前的地殼運(yùn)動提供了極其豐富的資料。2008 年初汶川大地震前中國大陸西部的幾個GNSS 連續(xù)觀測基準(zhǔn)站水平位移時間序列異常明顯，且范圍大。

2009 年初，顧國華利用汶川地震震中附近4 個GPS連續(xù)觀測站的觀測資料，用 BERNESE 軟件計算了30s采樣率的單歷元解。結(jié)果表明，汶川大地震前1 小時內(nèi)3 個站的垂直位移出現(xiàn)大幅度的下沉，離震中36km 的PIXI 站下沉達(dá) 300mm。至今惟有GPS 可測得此種快速大幅度垂直位移異常變化。

汶川大地震的 GPS 觀測在地震前兆監(jiān)測歷史上創(chuàng)造了多項唯一和第一。它是第一個由 GPS 觀測到前長、中、短臨地殼形變異常的 8 級大地震。這些異常從不同方面提供地震發(fā)生的地點(diǎn)、震級和發(fā)震時間的信息。

之后，顧國華又研究了東日本9 級大地震，發(fā)現(xiàn)，東日本 9 級大地震雖未發(fā)生在日本1200 多站 GPS 連續(xù)觀測網(wǎng)的內(nèi)部，但震中離日本最近的 GPS 連續(xù)觀測站近100km。在遠(yuǎn)場，不僅在日本，還在我國大陸、韓國和中亞，震前GPS 觀測到了此次大地震水平位移異常及震時的同震水平位移。此次大地震的同震水平位移也是震前積累的水平位移的彈性回跳，再次證明，大地震前存在地殼運(yùn)動前兆，極大增強(qiáng)了探索的信心。中國大陸和中亞的異常在震前就已分析得，當(dāng)然僅據(jù)此是無法作預(yù)報的。此外此次地震前GPS 也觀測到電離層TEC 短臨異常。

2013 年四川蘆山7 級地震和其他某些地震前兆水平位移則為震前震中外持續(xù)積累水平構(gòu)造位移，而近震中水平位移趨于閉鎖（即無顯著位移），震時突變，地震使較大范圍地殼運(yùn)動趨于一致，這是空間上的彈性回跳。土耳其2次地震震前水平位移分別顯現(xiàn)為上述2 種方式。

全球主要地震區(qū)的GNSS 觀測網(wǎng)和不斷發(fā)生在觀測網(wǎng)內(nèi)或其周圍的大地震是研究地震預(yù)測的良機(jī)。上述2次大地震后，為了得到更多的研究結(jié)果，顧國華抓住良機(jī)，已進(jìn)行了國內(nèi)外60 多次6-9.3 級大地震大量GNSS 觀測資料的分析研究，結(jié)果表明，大地震前后在離震中一定范圍內(nèi)觀測站的水平位移過程和巖石破裂試驗(yàn)觀測得到的巖石破裂前后的形變過程相似，地震震級越大涉及的觀測站范圍越廣，震級越大，離震中越近，震前和同震水平位移量越大。但震前震中及其附近無明顯垂直位移積累。根據(jù)GPS 觀測結(jié)果和巖石破裂試驗(yàn)結(jié)果，顧國華提出了壓剪（彈性）回跳模型，說明各次大地震的GPS觀測結(jié)果不支持百年前美國學(xué)者里德的地震發(fā)生彈性回跳假說。這為地震預(yù)報中地殼形變前兆的演化過程的研究和形變觀測時間序列分析提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和啟示。

多次大地震前后的地殼運(yùn)動觀測結(jié)果表明，地殼水平運(yùn)動不僅幅度明顯，而且涉及范圍廣，板塊水平運(yùn)動，是地震的成因。地殼垂直運(yùn)動不是地震的成因。所得的GNSS 觀測與研究結(jié)果大大豐富了地震與地殼運(yùn)動關(guān)系的認(rèn)識。

隨著我國北斗組網(wǎng)成功，GNSS 的觀測更加多樣和精確，早已成為地震監(jiān)測和預(yù)報的主要觀測技術(shù)之一，GNSS 必將成為地震工作者的必修課。

自汶川地震以來，顧國華在國內(nèi)外先后發(fā)表了20 多篇與地震預(yù)測有關(guān)的論文，讀者分布于80 多國家和地區(qū)。今年自費(fèi)出版了一本專著《GNSS 精密定位與地震預(yù)測研究》。多年來他參與了防震減災(zāi)百科全書“地殼形變、重力與地震”卷的統(tǒng)稿，為副主編，實(shí)際承擔(dān)許多條目，特別是長條的編寫，正為該卷的正式出版繼續(xù)作出貢獻(xiàn)。

作為先驅(qū)的探索者，顧國華建議，重視人才培養(yǎng)，加大GNSS 連續(xù)觀測站密度，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，特別應(yīng)加強(qiáng)地震短臨前兆形變的觀測研究。他愿提供分析預(yù)報采用的GPS 數(shù)據(jù)處理分析程序，以有助于我國GNSS地震預(yù)測的基礎(chǔ)研究。他希望更多的人才有志加入到地震預(yù)測領(lǐng)域，唯有如此，我國的地震預(yù)測才能走在世界的前列。

“當(dāng)?shù)卣鹂梢杂行У念A(yù)測，那么，它所帶來的災(zāi)害必然成倍減少”，這是顧國華的愿景，也是他從事科研探索的目標(biāo)，為了這個目標(biāo)，他仍砥礪前行，深耕探索。