周碩愚 吳 云

1 中國地震局地震研究所（地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

2 中國地震局地殼應(yīng)力研究所武漢科技創(chuàng)新基地，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

地震是地球巖石圈──復(fù)雜動(dòng)力系統(tǒng)演化過程中的一種行為。從觀測（實(shí)驗(yàn)）中用歸納法得到經(jīng)驗(yàn)特征固然重要，但其可靠性是存在疑問的。只有將它納入一個(gè)理論模型的解釋范圍，并被作為某種深層機(jī)制的必然結(jié)果能從模型中推導(dǎo)（演繹）出來，其真確性才能有所保證?！白匀坏膹?fù)雜性使得我們必須用概念模式和數(shù)值模式來洞察重要的地球系統(tǒng)過程”［1］。傅承義［2］既強(qiáng)調(diào)地震模式不是來源于虛構(gòu)，而是由實(shí)踐所啟發(fā)，又強(qiáng)調(diào)模式的“必要性有兩方面的原因：1）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系都有它的應(yīng)用范圍。在范圍之外必須外推，外推就需要模式。2）前兆出現(xiàn)的方式常不以某個(gè)物理量單獨(dú)出現(xiàn)，而是幾個(gè)量的綜合。綜合不等于簡單地疊加。如何最有效地綜合，需借助于模式?！?/p>

地震預(yù)測的前提是：認(rèn)定在過去、現(xiàn)在和未來之間可能存在某種邏輯關(guān)系，以代表此關(guān)系的某種模式（認(rèn)知）來演繹（預(yù)測）未來。地震預(yù)測本質(zhì)上是在一定學(xué)術(shù)思想引領(lǐng)下，基于動(dòng)態(tài)觀測信息的模式演繹。預(yù)測者的認(rèn)知模式能在多大程度上逼近自然界的實(shí)際，又取決于當(dāng)時(shí)的科技水平和科學(xué)思維方式，因此地震模式是隨時(shí)間而不斷進(jìn)化著的。

本文試圖回溯從1910年Reid提出彈性回跳說至今近百年來地震模式學(xué)術(shù)思想的演化軌跡，探討學(xué)術(shù)思想與科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的關(guān)系，以及與地震預(yù)測的關(guān)系；分析近數(shù)10a來地震預(yù)測興起，又跌入低谷并“粘滯”的原因；闡明從還原論走向整體論與還原論的結(jié)合，由震源力學(xué)拓展到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，是地震模式發(fā)展的大趨勢?？茖W(xué)思想和方法論的更新，有助于促進(jìn)更符合、更逼近大自然實(shí)況的地震模式涌現(xiàn)，進(jìn)而推進(jìn)地震預(yù)測創(chuàng)新。地震大地測量學(xué)與多個(gè)前沿學(xué)科交融，對推進(jìn)地震模式研究具有重要作用。大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)模式（中國大陸地殼運(yùn)動(dòng)－變形動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)今演化與地震行為模式）正在探索與成長中。

1 地震模式的演化

已提出的地震模式至少有數(shù)10種，表1僅從學(xué)術(shù)思想的視角，按時(shí)間先后列出了近百年（1910～2003）來較典型的9種地震模式，9種模式可歸為3類。

2 僅考慮震源區(qū)（或發(fā)震斷層段）的模式

彈性回跳模式來源于對1906年圣安德烈斯斷層大地震前后的水平形變觀測。擴(kuò)容模式（DD）和裂隙串通模式（IEP）主要源于對小樣本巖石破裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果的類比。它們都只孤立地考慮了震源區(qū)本身，而實(shí)際上震源區(qū)只是大自然孕震系統(tǒng)中的一個(gè)部分，無法同周圍深部的構(gòu)造環(huán)境和動(dòng)力作用分割開來。

表1 不同地震模式Tab.1 Different Seismic Models

DD“濕模式”和IEP“干模式”對多種前兆手段（波速比、形變、電阻率、微裂面積、水流速、氡含量、b值、地震次數(shù)等）的異常時(shí)變過程曾有過明確的規(guī)定，“它們都導(dǎo)出多種前兆應(yīng)發(fā)生的次序。但兩個(gè)模式后來都被證明是失敗的。”［2］由于其本身的缺陷——基于孤立的、簡單化的、完全確定論的還原論推理，難以符合大自然復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)況，因而經(jīng)受不住實(shí)踐的檢驗(yàn)。

但這3種模式在科學(xué)認(rèn)知上都有其不可否認(rèn)的貢獻(xiàn)。尤其是彈性回跳模式，它抓住了地震發(fā)生在上地殼脆性層中，彈性變形（應(yīng)變）由逐漸累積到突然釋放又回歸常態(tài)這一本質(zhì)，故至今仍被不斷改進(jìn)和展拓。DD“濕模式”中的流體進(jìn)入裂隙，孔隙壓力增大、摩擦力降低的機(jī)理在水庫誘發(fā)地震中得到驗(yàn)證。IEP“干模式”中的不穩(wěn)定變形窄帶內(nèi)，裂隙雪崩式串通高速擴(kuò)展，其實(shí)質(zhì)正是動(dòng)力系統(tǒng)演化至一定條件下所涌現(xiàn)出的臨界態(tài)“正反饋”，對探索大地震的成核過程與短臨前兆是有益的。

3 震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)整體考慮的模式

隨著觀測技術(shù)的進(jìn)步，廣域信息的獲取，對大陸強(qiáng)震前兆的定量研究以及系統(tǒng)科學(xué)理論的啟示，科學(xué)家們意識(shí)到必須將震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境作為一個(gè)整體來研究，否則既不能解釋為什么震源要出現(xiàn)于此地而非彼地，也不能解釋廣域內(nèi)多種震前異常的時(shí)空關(guān)系。

傅承義［2］指出，“許多地震預(yù)報(bào)工作者由于受地震斷層成因假說的束縛，只將注意力集中在斷層所在的地點(diǎn)，大大限制了觀測的范圍。其實(shí)，地震時(shí)能量的釋放固然集中在斷層錯(cuò)動(dòng)的地方，但能量積累所影響的范圍卻大得多?！薄芭R震之前，相當(dāng)大的一部分地球介質(zhì)已經(jīng)處于應(yīng)力加速積累的狀態(tài)。這部分介質(zhì)可以叫孕震區(qū)（以前筆者曾稱它為紅腫區(qū)）。”“孕震區(qū)不等于由余震所劃出的震源區(qū)，前者比后者要大得多?！笨此屏攘葦?shù)語，卻道出一個(gè)超越當(dāng)時(shí)國際時(shí)尚認(rèn)知的更先進(jìn)的地震思維模式——“紅腫模式”，其實(shí)質(zhì)是具有重要開拓意義的孕震系統(tǒng)概念模式。

郭增建［3］提出組合模式，豐富和發(fā)展了彈性回跳模式，闡明了斷層的應(yīng)力積累單元與其兩端的應(yīng)力調(diào)整單元之間的關(guān)系及其在地震孕發(fā)過程中的相互作用。在斷層的特定條件下，實(shí)現(xiàn)了震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境的結(jié)合。

梅世蓉［4］提出的“非均勻介質(zhì)中非均勻堅(jiān)固體孕震模式”，考慮了板塊內(nèi)部大陸地震的構(gòu)造環(huán)境和孕發(fā)過程不同于板間地震的復(fù)雜性。通過對不同時(shí)－空尺度內(nèi)一系列地震活動(dòng)與地殼形變異常之間關(guān)系的定量研究，數(shù)據(jù)合成與數(shù)值模擬，地球物理學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的結(jié)合，探討堅(jiān)固體（震源區(qū)）與廣闊外部構(gòu)造環(huán)境之間的相互作用過程和如何導(dǎo)致在堅(jiān)固體內(nèi)發(fā)生大震的物理機(jī)理。它比組合模式更廣義，又是紅腫模式的具體化和定量化。周碩愚將該模式稱為“以堅(jiān)固體為‘系統(tǒng)核’的孕震系統(tǒng)演化模式”?！胺蔷鶆蚪橘|(zhì)中非均勻堅(jiān)固體孕震模式”超越了多年來地震模式研究中的“還原論”局限，強(qiáng)調(diào)相互作用，將對認(rèn)知地震孕發(fā)自然規(guī)律躍升到一個(gè)新的層次。

1976年唐山7.8級(jí)大震發(fā)生在中國大陸華北活動(dòng)地塊內(nèi)部一條長度甚短且未完全聯(lián)通的唐山斷裂上，用過去的各種地震模式均難以解釋，而用非均勻介質(zhì)中非均勻堅(jiān)固體孕震模式則能理解其成因與孕發(fā)過程；而孕震系統(tǒng)演化理念又引導(dǎo)出一些新方法，如“孕震系統(tǒng)的信息系統(tǒng)方法”、“形變場圖像（斑圖）動(dòng)力學(xué)方法”［5－6］。將此模式的理念和方法應(yīng)用于一些大地震的預(yù)測和“平安預(yù)測”也取得了可喜的實(shí)效，如前者對1996－02－03云南麗江7.0級(jí)地震的預(yù)測（中國地震局地震研究所，1996年度全國地震趨勢研究報(bào)告，1995－11）；后者在1989年大同6.1級(jí)等強(qiáng)震后，對首都圈近期地震形勢的“平安預(yù)測”（國家地震局首都圈地震分析預(yù)報(bào)及現(xiàn)場工作組——分析預(yù)報(bào)中心、綜合隊(duì)、一測中心和地震所，1972）。

然而無論是“前3種”—— 彈性回跳模式、擴(kuò)容模式（DD）、裂隙串通模式（IEP），還是“中3種”——組合模式、紅腫模式和堅(jiān)固體孕震模式，都沒有明確地、實(shí)際地考慮逐步積累并突然釋放彈性應(yīng)變能的脆性層與深部韌性層、軟流圈之間的動(dòng)力學(xué)耦合對地震孕發(fā)過程不可忽視的作用。這也許就是原有的各種地震模式，面臨2008年汶川8.0級(jí)大震時(shí)均顯得力不從心的原因之一。

4 地殼上部脆性層和深部韌性層與軟流圈作為一個(gè)系統(tǒng)整體考慮的模式

20與21 世紀(jì)之交，隨著多項(xiàng)高新技術(shù)的綜合應(yīng)用（地震層析成像、衛(wèi)星重力、GNSS等），大陸動(dòng)力學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)理論的興起，一些科學(xué)家將巖石圈的3個(gè)圈層作為一個(gè)整體系統(tǒng)來研究地震成因及其孕發(fā)過程，于是涌現(xiàn)了一批以巖石圈不同深部層次動(dòng)力學(xué)耦合為基礎(chǔ)的地震模式。

碎裂圈、塑性圈和軟流圈耦合作用下的斷層形變－地震循回模式［7］，以巖石圈深淺部耦合的動(dòng)力學(xué)研究，改善和推進(jìn)了“彈性回跳模式”、“組合模式”，并使地震與斷層力學(xué)（the mechanics of earthquake and faulting）上升到一個(gè)新高度。圖1表示斷層下部（深部）韌性層的穩(wěn)態(tài)流變與斷層上部脆性層的非穩(wěn)態(tài)形變具有動(dòng)力學(xué)耦合關(guān)系，導(dǎo)致走滑斷層的地震地殼形變循回。

圖1 深部滑移作用下的走滑斷層地震循回［7］Fig.1 Strike－slip faults earthquake circle in deep phorogenesis［7］

脆性上地殼、韌性下地殼和上地幔3層耦合地震模式［8－9］，超越了僅在上地殼范圍內(nèi)研究地震成因和僅在斷層帶研究巖石圈3層動(dòng)力耦合的局限。其明確提出了下兩層次中的穩(wěn)態(tài)蠕變會(huì)增加上面脆性層中的應(yīng)力，“某區(qū)域穩(wěn)定構(gòu)造之所以穩(wěn)定，是因?yàn)榇藚^(qū)域的韌性層變形率低，而活動(dòng)地區(qū)之所以活動(dòng)是因?yàn)槠漤g性層變形率高?！睆?qiáng)調(diào)了深部過程對淺部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與地震活動(dòng)性的作用，對促進(jìn)地震科學(xué)與大陸動(dòng)力學(xué)和地球系統(tǒng)科學(xué)的結(jié)合，深化地震預(yù)測基礎(chǔ)研究有重要意義。

Keiiti Aki［10］的預(yù)測地震和火山噴發(fā)的地震學(xué)，不僅倡導(dǎo)新理念且提出了新途徑。目前對火山噴發(fā)已可預(yù)測，而且是基于其內(nèi)（深）部變化來預(yù)測地殼表面的噴發(fā)行為，而地震不僅尚未實(shí)現(xiàn)預(yù)測，且依然停滯在基于地殼表層現(xiàn)象（地形變等）來反演深部。兩者差距甚大，主要工作方向相反。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理上類比了地震與火山后發(fā)現(xiàn)，“它們不僅在預(yù)測策略上，而且在物理模型上都可能很相似?！币虼藢㈩A(yù)測火山噴發(fā)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于地震預(yù)測是必要的，也是可能的。他發(fā)現(xiàn)，在脆－韌轉(zhuǎn)換帶中尾波Q－1的增加和同一尺度上應(yīng)力集中使地震頻度N（Mc）增大的關(guān)系并將其用于大地震預(yù)測。用Prigogine的不可逆過程熱力學(xué)、耗散結(jié)構(gòu)理論來解釋印證Q－1與N（Mc）隨時(shí)間變化的關(guān)系，認(rèn)為正處在地球動(dòng)力學(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)的接觸（交匯）點(diǎn)上。巖石圈深層次和淺層次的動(dòng)力學(xué)耦合是導(dǎo)致大地震發(fā)生的原因。Keiiti Aki的科學(xué)新理念和實(shí)踐，超越了地震預(yù)測的傳統(tǒng)科學(xué)觀念，體現(xiàn)了在地球系統(tǒng)科學(xué)框架下，對其火山子系統(tǒng)與地震子系統(tǒng)共性的挖掘；體現(xiàn)了多圈層動(dòng)力學(xué)耦合概念模型與動(dòng)態(tài)觀測數(shù)據(jù)的互補(bǔ)；體現(xiàn)了地球動(dòng)力學(xué)、地震學(xué)、大地測量學(xué)等和復(fù)雜系統(tǒng)理論交融的必要性與可能性，有助于在一個(gè)更高的層面上，深化地震預(yù)測的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

5 正在發(fā)展中的新模式：大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)模式

盡管地震模式不斷進(jìn)化——由震源（Ⅰ類）到震源與周圍環(huán)境（Ⅱ類），再到震源區(qū)淺部與深部耦合（Ⅲ類），但依然難以揭示巖石圈復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)大地震的孕發(fā)過程。例如面對2008年發(fā)生的汶川MS8.0地震，上述諸模式似乎均感乏力，不僅難以指導(dǎo)預(yù)測，似也難以解釋孕發(fā)過程中的多種自然現(xiàn)象。因此，有必要尋覓更新、更好的大陸地震模式。

5.1 當(dāng)代全球科學(xué)新進(jìn)展的啟示

經(jīng)典的地球動(dòng)力學(xué)本質(zhì)上是經(jīng)典力學(xué)在地學(xué)中的應(yīng)用，以經(jīng)典的時(shí)空觀念和牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)，具有還原論、機(jī)械論和完全確定論等基本特征，但不符合多體相互作用的具有復(fù)雜性的演化著的大自然實(shí)際，這可能就是地震模式具片面性和地震預(yù)測基本屢戰(zhàn)屢敗的科學(xué)原因。有幸的是，當(dāng)代科學(xué)正經(jīng)歷著超越經(jīng)典科學(xué)局限性的創(chuàng)新與轉(zhuǎn)折，為解決這些難題提供了新的學(xué)術(shù)思想和途徑。系統(tǒng)科學(xué)（復(fù)雜性科學(xué)）的興起，以整體論、演化論、非完全確定論等為特征，改變了世界科學(xué)圖像和科學(xué)思維方式，促使地球科學(xué)邁入地球系統(tǒng)科學(xué)新時(shí)期［11－14］。現(xiàn)代物理學(xué)從存在走向演化；現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)涌現(xiàn)出“動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)”、“非線性動(dòng)力學(xué)”等新學(xué)科；傳統(tǒng)地震學(xué)邁向在多學(xué)科交叉領(lǐng)域研究地震現(xiàn)象的“地震科學(xué)”［15］；空間、信息等革命性觀測技術(shù)使大地測量學(xué)躍升為現(xiàn)代大地測量學(xué)，并派生出前沿交叉新學(xué)科“地震大地測量學(xué)［16］，從而為復(fù)雜性難題（包括地震科學(xué)及地震預(yù)測）的解決，提供了新科學(xué)思想、新理論、新方法和新技術(shù)，打開了一條充滿希望的科學(xué)新通道，使得實(shí)際研究大陸巖石圈現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)－變形動(dòng)力系統(tǒng)演化及其地震行為成為可能。傅承義、Keiiti Aki和Садовский M A 等地震學(xué)家，在上世紀(jì)末和本世紀(jì)初均敏銳地感知了此大轉(zhuǎn)折與新機(jī)遇，不約而同地呼喚更新的科學(xué)思維和科學(xué)方法，邁向地球系統(tǒng)及其子系統(tǒng)整體演化、模式與觀測相結(jié)合的新征途。我國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020）》明確提出，通過“地球系統(tǒng)過程與資源、環(huán)境和災(zāi)害效應(yīng)”及“復(fù)雜系統(tǒng)、災(zāi)變形成及其預(yù)測控制”等基礎(chǔ)研究來解決關(guān)鍵問題和瓶頸問題。

5.2 正在探索與發(fā)展中的大陸變形動(dòng)力系統(tǒng)模式

大陸巖石圈是一個(gè)不均一、不連續(xù)、具多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜流變學(xué)特征的綜合體［17］，具有深部多層次和橫向多尺度地塊的鑲嵌結(jié)構(gòu)（圖2）。圖2直觀地顯示出深部不同層面的物質(zhì)運(yùn)移與多等級(jí)大陸（板內(nèi)）地塊在形成、演化和現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)中存在的動(dòng)力學(xué)耦合關(guān)系，是一個(gè)相互作用強(qiáng)烈的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。地震是此系統(tǒng)演化過程中派生的一種動(dòng)力學(xué)行為。1988年NASA 的《地球系統(tǒng)科學(xué)》面世，標(biāo)志著地球科學(xué)邁入地球系統(tǒng)科學(xué)新時(shí)期。同年，我國地震出版社出版了《系統(tǒng)科學(xué)導(dǎo)引》［18］，被評(píng)價(jià)為“在地殼形變，地震預(yù)測和系統(tǒng)科學(xué)之間初步架設(shè)起橋梁”，從大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)演化來探索大陸地震，更符合自然界的本性和當(dāng)代科學(xué)的整體進(jìn)展。此新探索獲得了傅承義等多位專家的重視、支持和指導(dǎo)，堅(jiān)持研究直至今日。我國地震大地測量學(xué)學(xué)科［19］基于近50a來空間大地測量、物理（重力）大地測量、幾何大地測量、動(dòng)力大地測量和地震大地測量，對全球板塊運(yùn)動(dòng)、歐亞板塊（中國大陸位于其東南隅）與印度板塊、菲律賓海板塊、太平洋板塊等的相互作用，對中國大陸巖石圈內(nèi)部各等級(jí)地塊、邊界帶、斷裂帶、地塊內(nèi)部，包括深層的滑動(dòng)和淺層的形變場、應(yīng)變率場、重力場空間分布與時(shí)變過程，對某些大地震震前－震時(shí)－震后的時(shí)空過程，所作的持之以恒的綜合觀測，嚴(yán)謹(jǐn)精細(xì)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理以及整體論與還原論結(jié)合的數(shù)據(jù)理解，構(gòu)建了一個(gè)空前獨(dú)特的具有科學(xué)創(chuàng)新源性質(zhì)的“地震大地測量學(xué)信息資源庫”。筆者逐漸感悟到，地震大地測量學(xué)作為一門新交叉學(xué)科，能整體、動(dòng)態(tài)、精確地測定驅(qū)動(dòng)力與大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)響應(yīng)關(guān)系、系統(tǒng)內(nèi)部各層次各部分之間的相互作用及其現(xiàn)今演化過程，對大陸動(dòng)力學(xué)和地震模式研究，可望作出一份新貢獻(xiàn)，逐漸走上了基于地震大地測量學(xué)對大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)和大陸大地震模式的探索之路。

在地球系統(tǒng)科學(xué)和地球動(dòng)力系統(tǒng)框架下，立足于地震大地測量學(xué)，結(jié)合地震學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)理論和地震預(yù)測實(shí)踐，周碩愚、吳云等［20－24］通過長期的綜合研究，提出了“以堅(jiān)固體為系統(tǒng)核的孕震系統(tǒng)”、“地殼運(yùn)動(dòng)－地震系統(tǒng)自組織演化模式假說”和“中國大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)變形－動(dòng)力系統(tǒng)演化和大地震行為”等概念。其要點(diǎn)如下：1）中國大陸巖石圈變形（運(yùn)動(dòng)與變形）動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)自組織系統(tǒng)（self－organization system），在系統(tǒng)吸引子（attractors）控調(diào)下，自動(dòng)地趨于系統(tǒng)與環(huán)境的協(xié)調(diào)和內(nèi)部各子系統(tǒng)的協(xié)同，故而能實(shí)現(xiàn)從百萬年到現(xiàn)今的整體穩(wěn)定?，F(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)最基本的常態(tài)是“自組織穩(wěn)定態(tài)”（self－organized steadiness），而不是“自組織臨界態(tài)”（self－organized criticality），后者僅是在一定條件下出現(xiàn)于局部時(shí)空域的暫態(tài)。2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不均一，某些局域滯阻能量流、物質(zhì)流，形成若干個(gè)“潛在震源”，它們既合作又競爭，具多種可能性空間。有的會(huì)發(fā)展為以“堅(jiān)固體”為“核”的“大地震孕震系統(tǒng)”；偏離穩(wěn)定態(tài)（常態(tài)）的形變、重力和地震等異常，具有跨越多時(shí)空尺度的長程關(guān)聯(lián)性，總趨勢是大震發(fā)生前由外向內(nèi)（向震源區(qū)），之后由內(nèi)向外。3）自組織臨界（SOC）是一種處于混沌邊緣的“非穩(wěn)定定態(tài)”，它既使完全確定性的預(yù)測難以實(shí)現(xiàn)，但又有助于大地震的預(yù)測（以正反饋?zhàn)饔脼橹鞯摹白冃尉植炕薄⒌卣鸪珊撕汀绊憫?yīng)靈敏度變異”等）。主破裂發(fā)生后，自動(dòng)調(diào)整歸復(fù)正常穩(wěn)定態(tài)，并以庫侖應(yīng)力等方式影響周圍區(qū)域的動(dòng)力學(xué)過程。4）地震是大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)演化過程中出現(xiàn)的一種動(dòng)力學(xué)行為，是保持系統(tǒng)全局長期穩(wěn)定的自調(diào)節(jié)行為，偏離并回歸動(dòng)平衡穩(wěn)定態(tài)的局部暫態(tài)過程，可望用地震大地測量圖像（斑圖）動(dòng)力學(xué)（pattern dynamics）來刻畫。現(xiàn)今地殼變形是千姿百態(tài)表像與內(nèi)蘊(yùn)規(guī)律性的結(jié)合，各大地震孕發(fā)過程既各具差異性，又具共同性。大地震具可預(yù)測性，又具預(yù)測的非完全確定性。

圖2 大陸巖石圈縱向分層與橫向分塊、各種斷裂與滑脫的關(guān)系示意圖Fig.2 Vertical layering and horizontal continental lithosphere block，relationship of various ruptures and slips

江在森等［25－27］基于對GNSS等空間測地新技術(shù)所獲得的大量多尺度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)處理，研究了印度板塊等動(dòng)力作用對中國大陸、大陸速度場、大陸活動(dòng)地塊之間、邊界帶與多種應(yīng)變率場之間的動(dòng)態(tài)圖像及其與大地震的關(guān)系，揭示出一些新的自然現(xiàn)象，如在汶川大震前印度板塊相對于中國大陸、中國大陸西部相對于東部的地殼運(yùn)動(dòng)加速等。在大震發(fā)生前幾年的地震大形勢研究中，已覺察到“大區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變場調(diào)整最可能使南北地震帶中、中南段應(yīng)力應(yīng)變加速積累和集中，對該區(qū)域強(qiáng)震的孕育發(fā)生起促進(jìn)作用”，提出從構(gòu)造動(dòng)力過程進(jìn)行強(qiáng)震危險(xiǎn)性時(shí)空逼近的科學(xué)思路和動(dòng)力動(dòng)態(tài)圖像預(yù)測方法。這不僅是預(yù)測技術(shù)途徑的研究，本質(zhì)上也內(nèi)蘊(yùn)著一種動(dòng)力系統(tǒng)演化模式。

張培震等［28］提出“中國大陸地塊運(yùn)動(dòng)和連續(xù)變形相結(jié)合的動(dòng)力學(xué)模式”，認(rèn)為中國大陸的總體構(gòu)造變形由剛性和非剛性運(yùn)動(dòng)所組成，既不是完全剛性塊體的運(yùn)動(dòng)，也不是完全粘塑性的連續(xù)變形，而是在連續(xù)變形背景下的地塊運(yùn)動(dòng)。“地塊的變形和運(yùn)動(dòng)都是下地殼和上地幔粘塑性流動(dòng)的地表響應(yīng)。驅(qū)動(dòng)中國大陸活動(dòng)地塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源肯定是印度、歐亞、菲律賓和太平洋四大板塊的相互作用，其中印度板塊對中國大陸的碰撞和推擠作用是中國大陸晚新生代構(gòu)造變形最重要的動(dòng)力作用，而不同活動(dòng)地塊本身的性質(zhì)決定著地塊的整體性和變形方式”，體現(xiàn)了地震地質(zhì)學(xué)與地震大地測量學(xué)GNSS現(xiàn)今時(shí)間尺度地塊運(yùn)動(dòng)－變形定量模型的交融互補(bǔ)。

滕吉文等［29］在研究汶川大震地震深淺部動(dòng)力學(xué)耦合模式時(shí)，強(qiáng)調(diào)了脆性層與韌性層、軟流圈耦合的另一種方式，即地下熱物質(zhì)流可能沿著裂隙通道上涌。申重陽等［30］基于重力場動(dòng)態(tài)變化對汶川MS8.0地震孕育過程的研究確認(rèn)，大震前數(shù)年在以未來震源區(qū)為核心的龍門山斷裂帶兩側(cè)的一定空間域，出現(xiàn)了顯著的重力場異常局部化，對應(yīng)的應(yīng)是物質(zhì)運(yùn)移密度異常場和垂直形變場局部化。

上述幾種探索，整體上表現(xiàn)出對表1百年模式學(xué)術(shù)思想演化趨勢的繼承，在“由震源到動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)”的科學(xué)認(rèn)知征途上似有新的前行。

6 討論與結(jié)論

1）近百年地震模式學(xué)術(shù)思想演化軌跡。由研究震源區(qū)（發(fā)震斷層段），擴(kuò)展到震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境的相互作用，再擴(kuò)展到地殼上部脆性層和深部韌性層與上地幔間的動(dòng)力學(xué)耦合，進(jìn)一步再擴(kuò)展…，勾勒出由孤立研究震源到研究相互作用的動(dòng)力系統(tǒng)的軌跡。

2）地震模式研究的現(xiàn)今趨勢。地球科學(xué)已進(jìn)入地球系統(tǒng)科學(xué)新時(shí)期，將中國大陸巖石圈視為在全球板塊和地幔對流動(dòng)力作用下，具橫向多地塊和深部多層次結(jié)構(gòu)，由多等級(jí)的多個(gè)強(qiáng)相互作用的子系統(tǒng)組成的具復(fù)雜性的動(dòng)力系統(tǒng)；而與大地震孕發(fā)直接關(guān)聯(lián)的是其所屬的“大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)”（大陸地殼運(yùn)動(dòng)－變形動(dòng)力系統(tǒng)）。因此，當(dāng)今大地震模式研究的趨勢是：（中國）大陸地殼運(yùn)動(dòng)－變形動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)今演化與地震行為。體現(xiàn)了當(dāng)代科學(xué)整體進(jìn)展，科學(xué)思想和方法論對傳統(tǒng)經(jīng)典的超越，內(nèi)蘊(yùn)了對地震預(yù)測實(shí)踐的反思，也是百年地震模式學(xué)術(shù)思想演化歷史軌跡的自然延伸。本文§5.2中所簡述的幾位作者對新模式的初步探索，盡管各有側(cè)重，但可能均屬于“大陸形變動(dòng)力系統(tǒng)地震模式”的范疇。

3）地震大地測量學(xué)是推進(jìn)地震模式發(fā)展的新認(rèn)知源。地震模式涉及到地殼運(yùn)動(dòng)－變形－局部破裂的深層機(jī)理與過程，其本身就與大地測量學(xué)密切相關(guān)。在經(jīng)典大地測量學(xué)邁入現(xiàn)代大地測量學(xué)，并初步形成當(dāng)代前沿交叉新興學(xué)科——地震大地測量學(xué)后，開拓了大陸現(xiàn)今（10－2s～102a）地殼運(yùn)動(dòng)－變形與動(dòng)力學(xué)研究的新領(lǐng)域。其革命性觀測技術(shù)和統(tǒng)一嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膮⒖伎蚣?，能整體、動(dòng)態(tài)、定量地精確測定多種空間尺度（板塊、板內(nèi)地塊、邊界帶、斷裂帶、塊內(nèi)、定點(diǎn)等）和不同深度（淺層形變、深部滑動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)移）的現(xiàn)今時(shí)空演化過程，使研究各部分之間的相互作用、激勵(lì)與響應(yīng)、正常穩(wěn)定與局域非穩(wěn)定、長程關(guān)聯(lián)、震源形成與演化、臨界態(tài)等均成為可能，使具有整體論演化論鮮明特色的動(dòng)力系統(tǒng)演化及其大強(qiáng)地震行為研究得以進(jìn)行。這可能是大陸動(dòng)力學(xué)、地震科學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)等對此新信息－認(rèn)知源密切關(guān)注的原因。地震大地測量學(xué)應(yīng)更主動(dòng)地與相關(guān)學(xué)科深層交融，強(qiáng)化對中國大陸大地震模式的探索。

4）地震模式的相對性與模式族。一切模式均有相對性，既有認(rèn)知大自然的相對性，也有功能和應(yīng)用范圍的相對性。以復(fù)雜系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的動(dòng)力系統(tǒng)模式，在認(rèn)識(shí)論上超越了以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的經(jīng)典動(dòng)力學(xué)模式，但并非替代；整體論與還原論結(jié)合，是研究當(dāng)今世界面臨的科學(xué)難題的明智之道。多個(gè)有一定科學(xué)依據(jù)并經(jīng)過一定實(shí)踐檢驗(yàn)的模式組成的“模式族”是地震科學(xué)與地震預(yù)測的“智庫”。在地球系統(tǒng)科學(xué)、地球動(dòng)力系統(tǒng)、巖石圈動(dòng)力系統(tǒng)、“大陸變形動(dòng)力系統(tǒng)”、“大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)－變形動(dòng)力系統(tǒng)”框架下，模式之間、模式與多種觀測（實(shí)驗(yàn)）數(shù)據(jù)和多學(xué)科知識(shí)之間，都是可連接、互驗(yàn)、組合并互補(bǔ)的，有利于形成揭示藏匿在復(fù)雜表象之后的自然規(guī)律的新認(rèn)知能力，有助于使地震預(yù)測逐步掙脫“粘滯”狀態(tài)。

5）地震模式與地震預(yù)測。對觀測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)歸納，難以直接用于預(yù)測，因?yàn)闃颖镜膫€(gè)性很強(qiáng)。巖石破裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果也難以直接用于演繹（預(yù)測），因?yàn)槌叨刃?yīng)和實(shí)驗(yàn)室與大自然（物性、構(gòu)造及深部環(huán)境等）存在差異。企圖將前兆識(shí)別程序化是不可取的，地震預(yù)測絕非工業(yè)生產(chǎn)線。而模式是有可能將多種信息歸納并升華為一種科學(xué)理念，從而用于預(yù)測的一種科學(xué)認(rèn)知過程與方法。盡管模式本身也是相對的、需要修改的，甚至可能被揚(yáng)棄的，但只要堅(jiān)持此科學(xué)認(rèn)知途徑，就必然能從科學(xué)基礎(chǔ)上逐步深化對地震成因和孕發(fā)過程自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)。盡管依然艱難，但仍可望在不斷改進(jìn)地震預(yù)測的征途中，不斷檢驗(yàn)和完善模式。正如Keiiti Aki所述，“每日接觸監(jiān)測數(shù)據(jù)和頭腦中隨時(shí)有模型結(jié)構(gòu)，對敏銳地發(fā)現(xiàn)前兆現(xiàn)象是非常重要的”，“模擬和監(jiān)測緊密結(jié)合，也許有可能拯救單純的地球動(dòng)力學(xué)方法。”動(dòng)力系統(tǒng)概念模式下的模式族、圖像（斑圖）動(dòng)力學(xué)、局部數(shù)值模擬和觀測數(shù)據(jù)深度交融，有助于推進(jìn)地震預(yù)測。整體論與還原論結(jié)合、觀測與模式結(jié)合、應(yīng)是通向地震預(yù)測之路。

［1］NASA.Earth System Science［M］.Washington：NASA Press，1988

［2］傅承義.地球物理學(xué)的探索及其他［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1993（Fu Chengyi.Exploration of Geophysics and Others［M］.Beijing：Scientific and Technical Documentation Press，1993）

［3］郭增建，秦保燕.震源物理［M］.北京：地震出版社，1979（Guo Zengjian，Qin Baoyan.Centrum Physics［M］.Beijing：Seismological Press，1979）

［4］梅世蓉.地震前兆物理模式與前兆時(shí)空分布機(jī)制研究（三）—— 強(qiáng)震孕育時(shí)地震活動(dòng)與地殼形變場異常及機(jī)制［J］.地震學(xué)報(bào)，1996，18（2）：170－178（Mei Shirong.Precursor Physical Models and Precursor Spatial and Temporal Distribution Mechanism of Earthquake（3）—Seismic Activities and Mechanism and Anomaly of Crustal Deformation Field before Strong Earthquake Occurs［J］.Acta Seismologica Sinica，1996，18（2）：170－178）

［5］周碩愚，吳云，王若柏，等.地震蘊(yùn)育過程中地殼形變圖像動(dòng)力學(xué)參量的研究［J］.地震學(xué)報(bào)，1994，16（3）：336－340（Zhou Shuoyu，Wu Yun，Wang Ruobai，et al.Research on Pattern Dynamics Parameters of Crustal Deformation during Earthquake Preparation Process［J］.Acta Seismologica Sinica，1994，16（3）：336－340）

［6］周碩愚，梅世蓉，施順英，等.用地殼形變圖像動(dòng)力學(xué)研究震源演化復(fù)雜過程［J］.地殼形變與地震，1997，17（3）：1－9（Zhou Shuoyu，Mei Shirong，Shi Shunying.Research on the Complicated Process of Earthquake Source Elovution Based on the Pattern Dynamics of Crustal Deformation［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1997，17（3）：1－9）

［7］Scholz C H.The Mechanics of Earthquakes and Faulting［M］.Cambridge：Cambridge University Press，2002

［8］Zoback M D，Townend J.Earthquake Loading by Plate－Driving Forces［J］.Tectonophysics，2001，336：19－30

［9］Zoback M D，Zoback M L.State of Stress in the Earth’Lithosphere［M］.New York：Academic Press，2002

［10］Aki K.Seismology of Earthquake and Volcano Prediction［M］.Beijing：Science Press，2009

［11］美國國家研究委員會(huì)固體地球科學(xué)重大研究問題委員會(huì).地球的起源和演化：變化行星的研究問題［M］.北京：科學(xué)出版社，2010（Committee on Grand Research Questions in the Solid－Earth Sciences，National Research Council.Origin and Evolution of Earth：Research Questions for a Changing Planet［M］.Beijing：Science Press，2010）

［12］中國科學(xué)院地球科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究組.21世紀(jì)中國地球科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告［M］.北京：科學(xué)出版社，2009（Earth Sciences Development Strategy Research Team of Chinese Academy of Sciences.Strategic Report：China’Earth Science Development for 21st Century［M］.Beijing：Science Press，2009）

［13］Hamblin W K，Christiansen E H.Earth’Dynamic Systems［M］.New Jersey：Prentice Hall，2001

［14］Keilis－Borok V I，Soloviev A A.Nonlinear Dynamics of Lithosphere and Earthquake Prediction［M］.New York：Springer，2003

［15］Chen Yuntai.A New Start Earthquake Science［J］.Earthquake Science，2009（1）：1－1

［16］周碩愚，吳云，姚運(yùn)生，等.地震大地測量學(xué)研究［J］.大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2008，28（6）：77－82（Zhou Shuoyu，Wu Yun，Yao Yunsheng，et al.Research of Earthquake Geodesy［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2008，28（6）：77－82）

［17］許志琴.青藏高原大陸動(dòng)力學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，2006（Xu Zhiqin.Continental Dynamics of the Qinghai－Tibet Plateau［M］.Beijing：Geology Press，2006）

［18］周碩愚.系統(tǒng)科學(xué)導(dǎo)引［M］.北京：地震出版社，1988（Zhou Shuoyu.System Science Guide［M］.Beijing：Geology Press，1988）

［19］周碩愚，吳云.地震大地測量學(xué)五十年──對學(xué)科成長的思考［J］.大地測 量與地球動(dòng)力學(xué)，2013，33（2）：1－7（Zhou Shuoyu，Wu Yun.Earthquake Geodesy for Fifty Years──Thinking on Subject Development［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2013，33（2）：1－7）

［20］周碩愚.地殼運(yùn)動(dòng)與蘊(yùn)震系統(tǒng)自組織及前兆場的有序演進(jìn)［J］.中國地震，1988，4（1）：40－47（Zhou Shuoyu.Self－Organization in the System of Crustal Movement and Earthquake and Evolution towards Order in the Precursory Field［J］.Earthquake Research in China，1988，4（1）：40－47

［21］周碩愚，施順英，吳云，等.強(qiáng)震前后地殼形變場動(dòng)力學(xué)圖像及其參量特征研究［J］.地震學(xué)報(bào)，1998，20（1）：41－47（Zhou Shuoyu，Shi Shunying，Wu Yun，et al.Crustal Deformation Field Dynamics Pattern and It’s Parameter Characteristic before and after Strong Earthquake［J］.Acta Seismologica Sinica，1998，20（1）：41－47）

［22］周碩愚，吳云，施順英，等.現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)基本狀態(tài)與地震可預(yù)報(bào)性研究［J］.大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2007，27（4）：92－99（Zhou Shuoyu，Wu Yun，Shi Shunying.Study on Basic State of Present－Day Crustal Movement Dynamics and Earthquake Predictability［J］.Journal Geodesy and Geodynamics，2007，27（4）：92－99）

［23］周碩愚，吳云.地殼運(yùn)動(dòng)－地震系統(tǒng)自組織演化模式假說［A］／／中國地球物理2010［C］.北京：地震出版社，2010（Zhou Shuoyu，Wu Yun.Crustal Movement－Seismic System Self－Organization Evolution Model Hypothesis［A］／／China Geophysics 2010［C］.Beijing：Seismological Press，2010）

［24］吳云，張燕，周碩愚，等.連續(xù)形變觀測與地震前兆研究［A］／／中國地球物理2010［C］.北京：地震出版社（Wu Yun，Zhang Yan，Zhou Shuoyu，et al.Observation of Continuous Deformation and Seismic Precursor［A］／／China Geophysics 2010［C］.Beijing：Seismological Press，2010）

［25］江在森，方穎，武艷強(qiáng)，等.汶川8.0地震前區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)與變形動(dòng)態(tài)過程［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（2）：505－518（Jiang Zaisen，F(xiàn)ang Ying，Wu Yanqiang，et al.The Dynamic Process of Regional Crustal Movement and Deformation before Wenchuan Ms 8.0 Earthquake［J］.Chinese Journal of Geophysics，2009，52（2）：505－518）

［26］江在森，劉經(jīng)南.利用最小二乘配置建立地殼運(yùn)動(dòng)速度場與應(yīng)變場的方法［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2010，53（5）：1 109－1 117（Jiang Zaisen，Liu Jingnan.The Method in Establishing Strain Field and Velocity Field of Crustal Movement Using Least Square Collocation［J］.Chinese Journal of Geophysics，2010，53（5）：1 109－1 117）

［27］江在森，劉杰，劉耀煒，等.強(qiáng)震動(dòng)力動(dòng)態(tài)圖像預(yù)測技術(shù)研究［J］.中國科技成果，2009，17（10）：22－23（Jiang Zaisen，Liu Jie，Liu Yaowei，et al.Strong Earthquake Dynamic Image Prediction Technology Research［J］.China Science and Technology Achievements，2009，17（10）：22－23）

［28］張培震，鄧起東，張國民，等.中國大陸的強(qiáng)震活動(dòng)與活動(dòng)地塊［J］.中國科學(xué)：D 輯，2003，33（增刊）：12－20（Zhang Peizhen，Deng Qidong，Zhang Guoming，et al.Strong Earthquake Activities and Active Blocks in China Mainland［J］.Science in China：Series D，2003，33（Supp）：12－20）

［29］滕吉文，白登海，楊輝，等.2008汶川MS8地震發(fā)生的深層過程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（5）：1 385－1 402（Teng Jiwen，Bai Denghai，Yang Hui，et al.Deep Process and Dynamic Responses Associated with the Wenchuan Ms8.0Earthquake of 2008［J］.Chinese Journal of Geophysics，2008，51（5）：1 385－1 402）

［30］申重陽，李輝，孫少安，等.重力場動(dòng)態(tài)變化與汶川MS8.0地震孕育過程［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（10）：2 547－2 557（Shen Chongyang，Li Hui，Sun Shaoan，et al.Dynamic Variations of Gravity and the Preparation Process of the Wenchuan Ms8.0 Earthquake［J］.Chinese Journal of Geophysics，2009，52（10）：2 547－2 557）