一

地震局必须搞地震预报研究。

对地震预报来说，最重要的是观测。没有观测，地震前兆就根本无从得知，地震预报就更是无稽之谈。那么，对于观测来说又是什么最重要呢？当然是仪器。特别是精确、可靠的仪器。

几十年来，中国在地震预报研究方面到底取得了什么进展？本研究所最大、最实质性的进展，就是欧阳祖熙等人研制成功了四分量钻孔应变仪。我们在JGR上发表的关于中国的四分量钻孔应变观测技术的文章是一个标志，表明这种中国人发明的仪器已经正式走上世界科学舞台。

继中国发明分量式钻孔应变观测后，澳大利亚和日本也先后研制了类似的仪器，已经在美国和日本得到使用。但是，他们的仪器在关键技术上仍然落后于中国的YRY-4型四分量钻孔应变仪。

回顾科学发展的历史，在所有目前得到广泛应用的重要科学仪器中，很难找到哪一个是中国人发明的。尽管张衡地动仪确实得到国际地震学界的认可，但是该仪器并没有真正得到传承，没有在当代地震学中发挥任何作用。四分量钻孔应变仪的发明，应该是一个突破。这不仅是地震局对国家的交代，更是中国对全世界的科学贡献！只不过，客观地说，这种仪器的在国内外的观测使用尚未真正达到这个程度。

本研究所是四分量钻孔应变仪的发明单位，并且事实上负责着地震局钻孔应变观测台网的技术管理工作。充分发挥这种观测技术的潜力，开拓这种观测技术的应用领域，把这种观测技术提升到最高的水平，使之成为被国内外科学家广泛使用的科学仪器，是本研究所必须的担当，责无旁贷。

二

充分发挥四分量钻孔应变观测技术的潜力，开拓这种观测技术的应用领域，最显而易见的一个方面就是要扩展观测频带。

四分量钻孔应变观测在长周期频段（例如固体潮的主要频段）方面的表现已经可以说是无可置疑。需要扩展的方向是短周期（例如地震波）频段。

从地震预报的观点看，钻孔应变观测向短周期频段方向扩展，具有现实的意义。已经有多个震例表明，地震前有可信的短周期异常变化。目前的钻孔应变观测的采样率为每分钟1次，这对深入研究这种短周期前兆异常变化是不利的。

必须提高钻孔应变观测的采样率，首先对这种观测在短周期频段的表现进行检验，说明这种观测的性能。在此基础上，一旦用高采样率的观测记录到类似的地震前兆，就可以进行更深入的分析，揭示这种异常变化的物理机制，给出关于地震前兆异常的可靠结论，地震预报研究就可能出现决定性的进展。

三

只有观测可靠，才可能得到可靠的科学观测结果。

钻孔应变观测的可靠性即表现在理论模型的合理上，也表现在对固体潮的观测上：观测值与理论值基本一致。也就是说，这种观测不仅合理，而且更重要的是可以验证。特别对于四分量钻孔应变观测而言，还需要重视的是观测的自洽。

但是，四分量钻孔应变观测在长周期频段有优异表现，不能说明其在短周期频段也一定表现优异。只有首先通过与传统地震仪观测对比的检验，说明四分量钻孔应变观测在短周期观测方面的可靠性，然后将这种仪器用于观测短周期地震前兆变化，才可能给出站得住脚的科学结果。

四分量钻孔应变观测在长周期频段的表现，可以用理论固体潮来验证。在短周期频段的表现，要用地震波来验证。

与利用理论固体潮验证钻孔应变观测的长周期观测性能不同，验证钻孔应变观测的短周期观测性能，可以利用传统的摆式地震仪的观测，进行互相对比。我们首先要检验在高采样率条件下观测的数据是否自洽，然后要从各个不同的方面，对比钻孔应变地震观测和摆式地震观测。

四

地震预报研究属于应用科学。应用科学从来都是以基础科学为根据的。因此，必须重视与地震相关的基础科学研究。

从科学研究的角度看，地震预报不应该是钻孔应变观测的唯一目的，用传统的摆式地震仪记录地震波也绝非唯一选择。应变地震仪从来就是一个科学家们希望拥有的科学仪器。

早在1961年，著名地震学家H.Benioff等人就提出了“应变地震仪”的名称。这种仪器的观测对象就是应变地震波。更早一些，1952年，H. Kolsky写了一本书：《Stress waves in solids》。北大的王仁等人把这本书译成了中文：《固体中的应力波》。其中讲的就是地震波理论。应力和应变是一对概念，有应力波就有应变波。

理论上，P波和S波都是用应变定义的：P波是“无旋波”，即应变张量的非对称部分为0；S波是“等体积波”，即体应变为0。由此可知应变性质对地震波具有关键意义。

传统的摆式地震仪观测的，是一个点的位移或速度（加速度），是一个矢量。速度（加速度）是位移对时间的导数。钻孔应变仪观测的是一点的应变变化。应变是位移对空间的导数，是一个张量。

实验表明，只要采样率足够高，就可以用这种仪器观测应变地震波。这是真正实用的应变地震仪。我们用YRY-4型四分量钻孔应变仪首先给出了体波的应变变化图像。这是传统的摆式地震仪无法做到的，也是其它地震仪（例如Benioff应变地震仪）未曾做到的。正是通过对这些观测数据的细致分析，我们发现了传统线弹性理论的缺陷，进而进行了一系列理论创新，最终发表了专著《非对称线弹性理论》。

1883年8月15日，美国著名物理学家Henry Augustus Rowland在美国科学促进会年会上发表了被誉为“美国科学的独立宣言”的演讲：“为纯科学呼吁”。其中有这样一段话：“我时常被问及，科学与应用科学究竟何者对世界更重要。为了应用科学，科学本身必须存在。若停止科学的进步，只注意其应用，我们很快就会退化成中国人那样。多少代人以来他们都没有什么进步，因为他们只满足于应用，却从未追问过原理，这些原理就构成了纯科学。中国人知道火药应用已经若干世纪，如果正确探索其原理，就会在获得众多应用的同时发展出化学，甚至物理学。因为没有寻根问底，中国人已远远落后于世界的进步。我们现在只将这个所有民族中最古老、人口最多的民族当成野蛮人。”（王丹红/译，王鸿飞/校）

时代变了，我们不能再被别人看成野蛮人！

我们不仅要验证钻孔应变仪可以进行短周期频段的观测，而且要验证这种仪器可以作为地震应变仪使用。不仅要研究震前异常变化，还要对地震波进行研究。

应变地震仪不是要替代传统的摆式地震仪。重要的是，因为应变地震仪与摆式地震仪观测的物理量不同，所以这种观测一定能提供新的信息，为地震学的发展开辟新的领域。进一步将两种地震仪结合使用，还可以发挥更大的作用。