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我国第一个地震预报地应力观测站
——邢台尧山站的建立

李方全
中国地震局地壳应力研究所

摘 要: 作者回顾了 1966 年邢台地震发生后,李四光开始了利用地应力测量探索地震预报问题,他不仅亲自下现场指导建立尧山地应力站,还亲自做观测做应力解除试验,每天都研究地应力随地下震情的变化,试探地做着地震预测,李四光“敢于创新、勇于探索”的精神是我们学习的榜样。

1962 年 10 月,我从四川大学物理系毕业后来到了地质部地质力学研究所,在李四光和钱临照教授的指导下从事地应力测量、构造应力场及岩石力学实验研究。这些研究工作是地质力学的重要内容,但实际上当时进行这些研究,主要是想用这些方法来研究地震的活动性及探索地震预报的方法。

1.1962 年 6 月,广东新丰江水库建成后,连续发生了诱发地震。 李四光对地震发展的趋势及大坝的安全非常关心,拟定了“广东新丰江水库诱发性地震”专题研究项目,并加强了地应力测试仪器和监测方法的研究。根据李四光教授的意见,我们从 1962 年起陆续开展了有关的岩石力学实验研究、微量位移及地应力测量方法的研究。1964 年我们在广东新丰江进行了原地应力测量及断层微量位移的观测,在湖北大冶铁矿进行了原地应力测量。1965 年为了支援“三线”建设,我们还到四川攀枝花地区开展断层位移、原地应力测量工作,以了解这一地区的工程稳定性及地震活动性。

2.1966 年 3 月,邢台地震发生以后,李四光开始了对地震预报问 题的探索。 他认为,一般地震几乎都是构造地震,构造地震起源于构造运动,要有一定的力量推动地层才能发生构造运动。在岩石具有一定弹性的条件下,只有地应力增强到超过岩石的强度极限时,岩石才会产生破坏而引起地震。根据上述理由,他认为在一个构造上互相联系的地区中,选择适当地点,观测地应力加强的过程是探索地震预报的比较可靠的途径之一。

李四光认为,为了查明强烈地震带的分布规律和每个地震带可能达到的烈度和频率,应该从地质构造的角度来研究地震问题。首先,要对有关地区详尽地进行地质构造工作,特别要查明具有活动性的断裂带的性质、分布规律和延伸的范围。同时,要尽量收集历史地震资料,加以综合分析,并根据这些地震资料和震中分布,研究构造体系和地震的关系。其次,围绕现今还在活动的断裂带,进行精密大地测量、微量位移测量、原地应力测量,并设置地震观测网,进行微观和宏观的地震观测工作。最后,对上述观测的资料进行综合分析,分析现今地应力分布。

3.尧山站的建立

1966 年 3 月初,我从广播中听到河北邢台发生了 6.8 级强烈地震。大约在 3 月 14 日我接到地质力学研究所所长孙殿卿教授电话,要我立即赶回北京参加邢台的地震观测研究工作。我也顾不上到攀枝花取行李,立即坐车赶回了北京。

回所后,李四光部长和孙殿卿所长向我作了简单的交代,我就赶到邢台地区隆尧县的尧山地应力观测站去了。这个观测站只有三个人,两顶小帐篷,一顶作观测室,另一顶作休息用,每天 24 小时观测。由于正处在风口,帐篷常常被风吹起来鼓得老高,不用衣服蒙着头根本就别想睡觉。

廖椿庭告诉我,邢台地震发生后你们都不在家,李部长很着急,要我们准备一下,到尧山建一个地应力观测站,开展根据地应力变化预报地震的探索。他还告诉我,星期天(3 月 13 日)一大早,李四光部长和夫人许淑彬就来到了实验室,坐在凳子上看着我们组装仪器,还叫来他们的女儿李林帮忙。从早到晚部长未离开一步,天都黑了,一切才准备妥当。仪器装车后,老部长看着车开出了大门才回去。

这时大家又渴又饿,到了永定门车站,大家随便吃了点东西,就坐火车到邢台来了。

尧山是突起在邢台平原地区的一座小山,它的走向大致呈北北东40°,其与茅山一脉相连。为了观测由于构造运动所引起的地应力变化,作为探索地震预报的途径之一,我们在尧山建立了地应力观测站。3 月8 日,邢台地震发生以后,为了不误时机,我们立即在尧山打了一个 1.6米的浅孔,在浅孔中贴紧孔壁放置 3 个不同方向的压磁应力计,开展地应力变化的观测。同时考虑到浅孔受地表干扰因素较多,反映的情况可能较复杂,于是又同时准备了一个百米左右的深孔。

从几个月来的浅孔实测结果可以看出:地应力测值的变化和地震发生的时间和震级有一定联系。例如:邢台 3 月 22 日 7.2 级大震前,从 3 月 20 日开始发现应力曲线一直下降(曲线下降表示应力值增加),起初我们认为可能是蓄电瓶电压不足,可是换电瓶后曲线仍然下降,直到 3 月 21 日依旧如此,当曲线平稳并开始上升(曲线上升表示应力释放,应力值变小)时,7.2 级大震发生了。在后来的观测中我们发现,邢台地区 4 级以上的地震,震前观测曲线都有所反应。

4.据武空在《周恩来在邢台地震的日子里》(《紫光阁》1998 年第 1 期)回忆: “1966 年 3 月河北邢台发生了强烈地震,当时我正在国务院秘书厅办公室工作。”“3 月 8 日晚,总理在召集国家科委及有关部门负责人和专家的会议上提出要开展地震科研工作,从邢台地震想到全国,抓住这次地震,着手研究地震预测、预报问题。地质学家、地质部部长李四光认为地震预报是可以探索的。周总理非常赞赏,勉励大家发扬独创精神,努力突破这个科学难题。”在周总理批示的激励下,广大地震工作者以高涨的热情奔赴灾区,投入地震科研工作。

李四光部长也组织了一个地质考察队派往灾区。考察队在隆尧县尧山地区建立了一个地应力观测站,并和北京建立直线电话,把地应力变化情况绘成曲线图,监视震情的变化。为了保密,他们不在电话上讲震情,只讲曲线变化。根据总理指示,我们还把这个地应力观测曲线变化的说明登在国务院秘书厅编印的《简讯》上,并报送给中央。3 月下旬的一个晚上,我正在值班,突然收到了地应力观测曲线下降的密报,便马上送给总理办公室。同时,震区的一些其他网点也报告了一些异常的信息,表明当夜有发生强震的可能。后来我们得知,总理和李四光部长研究后,确定在震区发布预报。结果当晚果然在老震区发生了 6 级多的强震。这是我国第一次尝试发布的地震临震预报,预报的成功对地震科学工作者是十分巨大的鼓舞。

我们到尧山开展地应力观测时,李四光部长一再告诫我们:这一工作刚刚起步,没有现成经验可供借鉴,一定要特别谨慎小心,重要的是要努力搞好实测工作。我们每天将地应力变化的测值直接通过电话和电报报到部长办公室。李四光部长每天亲自研究地应力变化图,分析震情,并用专用电话直接指导我们工作。

当时,各级领导对尧山地应力观测站的工作都非常关心,很多高层领导都到尧山站来考察工作。我记得国家科委的韩光、于光远、范长江,中国科学院的裴丽生、秦力生、杜润生、卫一清等都到过尧山地应力观测站。

李四光亲自到尧山考察并到房山参加野外实验,部长决心通过地应力测量和断层位移测量来探寻地震预报的规律。他把想法告诉了我们,并给我们找来了参考资料,还派秘书张祥光四处为我们寻找实验所需的各种器材。老部长不光是原则指导,而且参加了我们的实验工作,一有空就到实验室来,还请来了著名物理学家钱临照教授做我们的导师。对我们在实验中取得的每一个成果他都十分高兴。他还说:“不但要参加实验室的实验,还要参加你们野外的实践呢!”

邢台地震后,尧山地应力站建起来了,老部长非常关心,天天让秘书打电话要我们汇报数据的情况。老部长时刻注视着地应力观测曲线的每一个变化。他还一再表示要到地震现场来考察。

1966 年 4 月 19 日晚上,我接到陈秘书的电话,要我们准备一下,说明天有人要来。我想,莫不是部长要来吧!可又一想,他已 77 岁高龄,身体也不好,又那样忙,能来得了吗?我们连夜准备了资料和图件。第二天上午,几辆小车驶向了台站。车门开了,一位身穿大衣的人走出车来。那高大的身影,满头的银丝,慈祥的面容,那不就是我们的老部长李四光吗!我们赶忙迎上前去,他和我们一一握手,简单地问候了几句,便迈步向科学院的一个地震观测站走去。后来他又到附近山上考察了一番又回到地应力观测站。我们详细地向部长汇报了工作情况,有些什么可喜的苗头,还存在什么问题。他仔细地听着汇报,详细地查看着地应力曲线,不时提出一两个问题。中午饭点过去了,我们请他吃点东西喝点水,他摇摇头说:“我是搞地质的,一天不吃不喝没有关系,这点基本功是有的。来一趟不容易,我得抓紧时间工作,要多看点多听点。”一直忙到天黑,老部长才与大家告别。

1967 年的严冬,一个滴水成冰、北风呼啸的日子,老部长同我们一起在房山做了一次地应力解除实验。那天风很大,天气特别冷。李四光部长却异常高兴,很早就来到现场,坚持要亲自实践。他精神抖擞地握着冰凉的铁刹把(控制钻机进尺的手把),地应力解除实验开始了。我们大声地向他报告仪器数据的变化,老部长脸上露出了发自内心的笑。数据平稳了,老部长发出了停钻的口令。一次地应力解除实验成功结束了。他高兴地和在场的每个人握手,兴奋地说:“吃梨子要自己吃,不亲自尝不行。今天我自己变革了一下,就知道梨子的滋味了。”他十分珍惜地将装有测量元件的沉重的岩芯叫同他一起来的同志抱上车带回家去了。后来,我看见他将这段岩芯视如珍宝地陈列在他的书房里。

他还多次同前来向他汇报工作的同志高兴地讲起这次实验的感受,并搬出岩芯来讲解地应力测量的道理。做完应力解除实验后,他还到附近的一个山洞里看了断层位移测量装置。老部长细心地察看着周围的一切。

他看到一个岩石断层面,于是走上前去仔细地摸着擦面,判断着断层运动的方向。天很晚了老部长才离开了工地。

50 多年过去了,当时的情景至今还历历在目。李四光教授的音容笑貌、工作和治学精神给我留下了深刻的印象。他那严肃的科学态度、严谨的治学方法,急国家之所急,勤于实践、勇于创新的科学精神,难道不值得我们学习吗?

编者补记: 李老地震预报思想除探索利用地应力突出变化进行地震预报的初步实践检验外,他还特别强调要重视构造体系的宏观关系,认为华北地区应从北东向新华夏构造体系活动出发对未来地震危险区的预测。

1966 年 4 月 10 日,他预测了河间地区可能要发生地震,结果在1967 年 3 月发生了 6.3 级地震。

1967 年 10 月 20 日,在国家科委地震办公室研究地下水观测会议上,李老又指出:“应向滦县、迁安地区做些观测。如果这些地区活动的话,那就很难排除大地震的发生。”(《李四光年谱》329 页)

在地震地质大队 00148 号档案文件中记录有:李四光说:“天津—北京,清楚地有一条北西向断裂带。北京西山到西北旺一带,可能是一个由剪切力形成的北北西向羽状断裂。即使京津不发生地震,在京津以外发生了地震,它的影响是很远的,也有可能影响到京津。滦县—迁安(位于唐山市东偏北 40 千米左右),可能东西向构造带的活动更重要一些。东西向构造带延伸很深,范围很大,很强烈,发生震群的话,可能延续的时间长,释放的能量也比较大。这里,地震沿构造向南延展的可能性小,而向东西发展则可能性大些。因此,我们应向滦县、迁安这条东西向构造带地区做些观测。”后来,地震地质大队据此在唐山陡河、滦县和昌黎建了 3 个地应力观测站,在凤凰山、滦县等地建了十几个跨断层位移测量点,展开监测。1975 年,因经费不足,唐山地震危险区跨断层测量被停止了,可惜功亏一篑,没能取得完整的地应力变化曲线。 RFK+YyxtHRdlD4UjaPF17DdGy0MaJXNAkxgGeg82/hXMMsjXmkUVSeLt22Kkp1DP

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