地球科学已进入地球系统科学新时期，以解决人类面临严峻挑战的资源、环境和灾害难题为己任，以系统组成部分之间的相互作用和演化过程为焦点，倡导学科交叉和系统集成，催生了一批前沿交叉新兴学科^[1-2]。以精确测量和研究现今大陆变形动力系统演化及其地震行为为己任的地震大地测量学(earthquake geodesy)即为其中之一。

板块构造理论能解释全球构造和板间地震，但难以解释板块内部大陆构造运动、现今变形过程及其地震孕发行为。位于欧亚板块东南隅的中国大陆受到多个板块的交互作用，构造复杂、运动强烈、灾变地震多发，是大陆动力学、地震科学和地震预测难得的科学试验场。大陆地震预测既是世界科学难题，又是社会急迫需求。

1956年傅承义院士和刘恢先院士起草、制订的我国“天然地震的灾害及其防御”的科学技术远景规划，是第一部地震预测国家规划。1966年邢台大震后，地震预测成为紧迫的国家任务，在方俊院士引领下大地测量学从此介入此领域。在50年漫长、艰辛、甚至忍辱负重的探索实践中，既深感复杂性与困难，又窥见到内蕴规律的曙光。基于学科本身的特性和冲破窘境的强烈渴望，从20世纪80年代起就将GPS等新技术和系统科学等新理论率先应用，体现了系统科学时代新科学思想与新观测技术的有机结合。现代大地测量学(空间大地测量学、物理大地测量学、几何大地测量学、动力大地测量学)^[3-4]通过与地球物理学(地震学、地球内部物理学、地球动力学)、地质学(构造地质学、构造物理学)、力学(岩石力学、非线性力学)和复杂性科学(系统科学、动力系统)的逐步交融，在地震监测预测和研究中，逐渐成长为一门新兴交叉学科——地震大地测量学^[5-7]。

2016年是地震预测成为国家任务50周年，也是地震大地测量学逐步形成的50年。本文作者作为亲历者和研究者，从科学思想与实践效果的视角，阐述了地震大地测量学在探索征途中所取得的主要进展、存在的问题和对未来的看法，期盼能深化对此门学科及地震预测的理解，以创新驱动促进其更好地发展。

1 集成高新技术，建立多尺度时-频-空域大陆现今运动-变形监测(探测)系统，为科学创新与灾害预测奠定坚实基础

地球科学、大陆动力学、地震科学及地震预测的研究对象均为复杂系统，具有跨学科的复杂系统科学特性^[8-11]。观测系统必须适应此特性，方有可能扎实持续地推进科学创新，为灾害预测奠定坚实基础。

50年来，地震大地测量学在新技术应用、整体动态精确观测(探测)系统建立、连接所有信息的绝对与相对参考系(框架)诸方面均取得了显著进展。

1) 通过自主研发和引进消化，率先将当代多种高新技术(空间、信息、数字、智能、超导、激光等)应用于监测(探测)。自主研发的人卫激光测距仪(SLR)、甚宽频带地震计、海洋重力仪，定点密采连续形变与重力观测仪器系列(地倾斜、洞体应变、钻孔应变、重力、深井综合)，精密水准仪经纬仪综合检验系列，工程变形与工程地震观测仪器系列，火山地球动力学观测仪器等，分别获得国家发明二、三等奖、中国专利金奖、国家科技进步二、三等奖、全国科技大会重大成果奖、中国地震局科技进步一等奖等。引进消化GPS、卫星重力、InSAR等，1988年中德合作在滇西地震预报试验场建立了我国第一个GPS监测网，并对后来的丽江7级地震作了中期预测(地点、震级)。开创性的探索及持续研究，影响或促进了我国测地技术的革命性进步。迈入新时期，国家重大基础研究(攀登)项目“现代地壳运动和地球动力学研究”(1992~2001年)、国家科技攻关项目“GPS在地壳形变测量和中长期地震预报中的应用研究”(1991~1995年)、国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”(1997~2000年)及“中国大陆环境构造监测网络”(2006~2009年)等相继开展。

2) 基本建立了整体连接中国大陆各级地块及其内部、中国大陆与周缘板块、大陆地壳层与地球内外圈层的多时空尺度的现今运动-变形-地震动态监测(探测)系统，如GNSS(GPS)、重力(绝对与相对)、精密水准、SLR、InSAR、卫星重力、地块边界带-断层系-断层带多手段组合、定点连续密采台网(GNSS、重力、地倾斜、洞体应变、钻孔应变、深井综合)等长期持续监测系统，以及对地块在深部层面上滑动、深部密度、固体潮汐因子、勒夫数、对流层和电离层的一些物性参量及其时变的监测(探测)系统。

3) 为实现监测(探测)系统在不同时空域获得的多种观测数据、力学(物理学)参量及各种自然现象的链接，基于具有全球绝对定位性质的ITRF(国际地球参考框架)、大地水准面和学科自身研发的多种相对参考系(如大陆整体无旋转基准^[12]、地块间相对运动、特定地域间相对运动以及特定参量震间稳定态相对基准等)，开启了不同地域、不同事件和不同参量动态过程之间的关系、相互作用和动力学耦合的研究。地球-大陆-地块-边界带-地震孕发等多级动力系统的科学理念与模型相融合，并参照对比反映地质时间尺度平均态的新构造运动，实现“整体论”和“还原论”的相互结合，对现今大陆变形动力系统整体演化及其地震行为过程进行定量揭示与创新研究。

通过50年的探索与发展，地震大地测量学观测技术(系统)走上了由经典向地球系统科学的转型创新之路，初步具备整体精确监测“震间-震前-同震-震后-震间形变和密度时变”的能力，揭示出复杂系统组成部分之间的相互作用和演化过程。以高质量信息流，为大陆动力学、地震科学、地震预测创新和防震减灾实效提升，提供持续、强劲的推动力。

2 开辟“现今大陆地壳运动与变形动力学”(10^-2 s~10² a)研究新领域

革命性的观测技术与地球系统科学相结合。在50年地震预测探索中，地震大地测量学开辟了一块“科学处女地”，即“现今(10^-2 s~10² a)大陆地壳运动与变形动力学”研究新领域^[13-14]，如表 1所示。新领域基本填补了地震学与地质学之间的时间(频率)空白域，精确而连续地揭示出多种复杂自然现象及其相互关系(作用)，为地球科学中的变形演化过程动力学、灾害预测及防灾减灾提供了前所未有的新的信息支撑和创新机遇，使研究从古至今整体连续、并可望预测未来的动力学机理与模型成为可能。

地震大地测量学观测(探测)系统提供了20多种力学和物理学参量(运动、变形、重力、物质运移与物性等)的现今连续(持续)变化，具有多尺度、立体、监测与探测相结合的整体动态特性。其横向为全球板块-中国大陆-一级活动地块-二级活动地块-块内坚固体及其周围任一定点；纵向为地球岩石圈、对流层、电离层以及各层面之间的关联耦合。地震大地测量学观测(探测)系统开辟了一些与大(强)地震孕发动力学和预测学直接相关的新的重要研究方向，例如在阻抗力与体积力共同作用下的大(强)地震孕发过程(准刚性地块在深部层面上的滑动、深部层面密度变化、物质运移、物性变化与上地壳变形的关系)、临界态时的多圈层动力学耦合(如变形频率域的空间-时间演化)等，从整体演化新途径推进变形动力学与地震预测创新。

3 基于“现今大陆变形动力学”研究，参与支持大陆动力学新理论体系的建立

大陆动力学的提出，是继板块构造理论之后固体地球科学发展的新里程碑。建立大陆形成、结构、变形和演化的新理论体系，是解决21世纪人类面临的资源、环境和灾害重大问题的新理论基础。对正在进行中的现今大陆运动-变形过程的精确测定，是大陆动力学不可缺失的时间-频率域信源^[15]。

地震大地测量学基于对“现今大陆变形动力学”的探索，即通过对现今大陆变形的精确测量并揭示其动力学机理，参与并支持大陆动力学新理论体系的建立。只有将过去和现今结合，才有可能建立符合大自然本性的完整的理论体系，预测未来。此外，对过去的解释和验证也需要当前运行着的类似过程的知识^[16]。

4 基于“现今大陆变形动力系统演化及其地震孕发行为”研究，参与促进“地震科学”的发展

地球科学己进入地球系统科学新时期。陈运泰院士^[17]将“地震科学”(earthquake science)定义为：在多学科交叉域综合研究地震现象的新兴科学，所包含的学科有传统地震学、地震大地测量学、地震地质学、岩石力学、复杂系统理论。

地震科学是地震预测的基础，而地震学与地震大地测量学的关系最为密切。变形累积导致地震(破裂)，而破裂又产生变形，两者具有统一的动力学机理。地震大地测量学被视为甚低频(零频)地震学，而地震学又被视为甚高频大地测量学。过去，两者实际观测数据的时间-频率域曾经相隔甚远。近20年来，随着地震大地测量学观测技术的进步，其定点连续密采台网(GNSS、重力、地倾斜、洞体应变、钻孔应变、深井综合)的频率域范围已扩展到50 Hz及更高，基本实现了与地震学频率域的连接和相互覆盖。如在其覆盖域中产生了令人瞩目的“GNSS(GPS)地震学”；重力、地倾斜、地应变等的密采时序同样可以用于地震波以及波动、脉动、颤动等高频波动的研究，成为一个新的研究前沿。

地震大地测量学开拓了“现今大陆地壳运动”和“现今大陆变形”两个新的研究域。两者既有区别，又有联系。前者与构造地质学、地震地质学的交集较多，后者与地球物理学、地震学的交集较多。不同学科交汇之处，正是科学创新易于脱颖而出之源。地震大地测量学在现今时间(频率)域内，通过对多种自然现象的整体、动态、精确测定和研究，促进了地震地质学、地震大地测量学、地震学3门学科时-频-空域的对接，产生了3个“1”相加大于“3”的系统增益；使从新构造运动至现今地壳运动，从低频至高频，一体化地研究大陆复杂动力系统演化及其地震孕发行为成为可能。

地震科学对地震动力学的研究有两类不同的途径：一类是具有还原论、机械论和完全确定论等特点的经典科学方法，如震源机制、震源力学等；另一类是具有整体论、系统演化和不完全确定论等特点的地球系统科学方法，如地球动力系统、大陆变形动力系统、地震孕发动力系统等。地震大地测量学不仅能在具有不同空-时-频域尺度的各等级子系统内精确测定多种现今运动-变形-地震自然现象，并能将其纳入统一的参考框架中，以便比较研究其关系和相互作用，为两类科学方法的协同互补提供具有可操作性的支撑。

基于“现今大陆变形动力系统演化及其地震孕发行为”的研究，即整体论(动力系统)与还原论(震源)相结合，变形(阻抗力)与物质运移(体积力)及破裂(地震)相结合的途径，参与并共同促进“地震科学”的发展。

5 揭示出中国大陆地壳形变复杂系统是一个自组织动力系统，地震是系统保持长期稳定的一种自调节行为

对全球板块、中国大陆近数十年的持续监测与研究，揭示出两类具有深刻内蕴规律的自然现象：

1) 板块、中国大陆(板内)地块、边界带、断裂带，速度场和应力(变)场均呈现出数年至数十年尺度的现今地壳运动(由地震大地测量学测定)和万年至百万年尺度的现代构造运动与新构造运动(由地质学基于地学痕迹和年代学导出的平均结果)的整体一致性^[18-22]，表明大陆在其形成和演化的漫长过程中，尽管曾出现过较长时期平稳渐变和较短时期剧烈突变相交替的多次地学旋回(节律)，但在进入新构造运动之后直至当今，却能一直保持着整体稳定的动平衡状态。说明现今地壳运动是新构造及现代构造运动的继承与自然延伸，其空间结构和时变过程整体上是稳定的，现今地壳运动动力学的基本状态是动平衡稳定态，即自组织稳定态(self-organized steadiness)。

2) 证实地震地壳形变循回(seismic-crustal deformation cycle)，即“震间-震前-同震-震后-震间形变”自然现象的存在^[23]。对具有监测数据的大(强)地震研究发现，地壳形变的时变过程、空间分布和频谱结构在震前会出现与相对稳定的动力学背景的某种偏离，而震后则逐步恢复，即具有通过地震行为使局部不稳定地域恢复至动平衡稳定态的自调节能力。

将大陆地壳形变复杂系统视为一个自组织动力系统(self-organized dynamics system)，就能统一解释上述自然现象。大约在百万年前，多种动力与大陆内部复杂响应的相互作用，使此复杂系统产生整体涌现性，涌现出一组“动力学吸引子”，如定常、周期、拟周期、混沌等，不仅使中国大陆进入新构造运动，且一直将其控制在一定的动平衡整体稳定的格局与态势之中。由于内部结构的不均匀与相互作用，演化过程中某些局部时-空域会偏离稳定态从而导致地震孕发，而震后又会回归于稳定态，地震是保持大陆地壳形变动力系统长期稳定的一种自调节行为^[24-25]。对中国大陆地壳形变复杂系统是一个自组织动力系统的定量揭示与研究，是地震大地测量学多年来基于地球系统科学新思维，应用多种当代高新观测技术，在中国大陆地震监测预测长期实践中，与地震学、地震地质学、协同学和动力系统理论^[24-28]等多门学科交融升华所获得的新认知。对创新地震模式和地震预测方法均具重要的基础意义与实用价值，当然还有待更多的检验和更深入的研究。

6 地震具可预测性，又具预测的不完全确定性，地震预测尚存在很大的可进步空间

在系统科学、复杂性科学、非线性科学和动力系统科学理念及其一些方法的启迪下，通过反复思考理解地震大地测量学数十年积累的观测数据、大(强)地震生灭(孕发)过程震例以及预测实践，初步提出了在地球科学进入地球系统科学后，对大(强)地震预测的看法：地震具可预测性，又具预测的不完全确定性，地震预测尚存在很大的可进步空间^[29-30]。

当前对地震能否预测，存在不可预测、已能预测两种片面的看法。不可预测的理论依据是：地壳总是被锁定在“自组织临界态(self-organized criticality，SOC)”，任何微小扰动均可导致“雪(沙)崩”，故地震不可预测。然而长期监测和研究证实，地壳形变复杂系统本质上是自组织动力系统，正在进行中的现今地壳形变(运动与变形)的“基本态”是在“系统动力吸引子”调控下的“自组织稳定态”，即具有很大概率的“常态(震间态)”。而SOC是震前仅在局部时空域中出现的具有很小概率的“暂态”。“常态”具有可观测、可模拟和可检验性，是震前异常有可能被识别的、客观存在的正常动态基准。SOC不是“常态”，既对发震时间等的精确预测带来困难，又可能为地点等的预测提供某种提示。

由于复杂系统演化中的“分岔(bifurcation)”, SOC以及相互作用等，观测中存在着的类似“测不准原理”，要实现完全确定性的地震预测高度困难。除了来自复杂性外，还存在多种原因：例如地震动力源于地球内部，但迄今为止观测仍主要在岩石圈地表实施；动力环境与结构的差异性，使各个地震孕发过程除共性外还存在鲜明的个性，具有充分监测数据的大(强)震震例样本较少，而样本又往往不同质，经验(统计)预测已被证实其局限性极大；整体论与还原论相结合的地震动力学理论，动力学数值预测尚待创造必要的前提条件。地震预测有待科学技术的整体进步、更多地震预测实践的检验，以及观测(探测)技术、模式与方法的不断升华。

初步研究和有限的实践表明，要实现完全确定性的地震预测十分困难，只能逐步逼近为自然规律制约的极限，但不能改变复杂动力系统的本性。预测不具完全确定性，并不等于无法预测，仍可在一定条件下(自然、观测与认知)，通过努力实现具有一定可信度的预测。随着科学技术的进步，预测还能不断进步，从而不断提升防震减灾实效。

尽管困难重重，但复杂动力系统仍具有可揭示的内蕴规律。应坚信在地球科学迈入地球系统科学新时期后的科技环境下，地震预测必能逐步取得进步。除简单机械系统外，对一切与人类社会紧密关联的复杂系统(生态、经济、战争、灾变等)，均不可能作出完全确定性的预测，但预测对人类社会安全和持续发展的重要意义无疑是必须肯定的，地震预测亦然。两种极端看法均片面错误，既不符合大自然的本性，也不符合人类社会的利益。

7 提出前瞻性的新思路、新模式和可操作的新方法，促进地震预测创新

近数十年来，世界各地发生的一系列灾难性地震证实，地震预测是科学难题，我们无法改变地球复杂动力系统的本性，可以改变的只可能是科学思维。傅承义^①指出，“我觉得近年来的地震预测工作似乎处于胶着状态(国外也是)，亟需从基本概念上进行反思，耗散结构论、协同论…都是值得探索的方向。当前的问题似乎是如何将这些新观点与地震的具体实际联系起来。”萨多夫斯基(Садовский M A)^②指出，“最近几年，地震学处于困难阶段，前一阶段我们以为知道一些，现在觉得很多我们不懂。我们需要新的理论、新的方法。它们更接近于生物学的方法，地震发生的规律也许与生物学相似。”安艺敬一(Keiiti A)^[31]在致Keilis V I的信件中提到，“地球动力学和非线性动力学处于地震预测扩展领域里的两个相反的极端…，您的论述给了我一个关于地震预测研究前景的极其美好的展望。地震是一个非平衡系统的耗散过程，模拟与监测紧密结合，也许有可能拯救单纯的地球动力学方法。”大师们的启示异曲而同韵，代表了地球系统科学时代对地震预测的新思想。为使地震预测摆脱胶着困境，必须超越传统的还原论和机械论思路，转向整体论和生态论(演化论)思想，开拓创新之路。

① 傅承义.给周硕愚的信件.1989

② 车兆宏.“中俄地震预报研讨会(莫斯科)”记实.1993

地震大地测量学在对地震预测的探索中，逐步走上以高新技术获取新观测结果, 并与地球系统科学、地球动力系统相结合，与多门相关学科交融之路，提出了一系列前瞻性的新思路、新模式和具可操作性的新方法。新思路、新模式，如“大陆岩石圈动力系统整体孕震观”、“现今大陆地壳运动与变形动力学”、“现今大陆变形动力系统演化及其地震灾变行为”、“地球(地壳)变形与密度变化的耦合运动理论”、“在阻抗力(变形)与体积力(物质运移)共同作用下的大(强)地震孕发过程”、“地震模式——由震源到动力系统”、“大陆变形动力系统模式”、“地壳运动——地震系统自组织演化模式假说”，“边界动力→区域动态场→孕震危险段的时空逼近思路”、“地震地壳形变不同动力学阶段循回模式”等^{[16, 32-36]}。具可操作性的新方法，如介于现象学与动力学之间的“形变图像(斑图)动力学(pattern dynamic of deformation)”、“动力动态图像预测方法”、“对正常动态(动力)参考基准的长期监测模拟与异常识别”、“地震地壳形变循回的不同动力学阶段识别”、“大陆整体无旋转基准和地块等相对基准下的GNSS时空图像异常识别”、“趋势性地形变大尺度动态过程识别”、“信息合成方法”、“震源区与外围域涨落时空分布识别”、“宽频连续观测台网频谱的时空演化与震源临界态识别”、“具大概率常态的平安预测图像”等^[37-53]。尽管这些新思路、新模式和新方法均尚稚嫩，有待完善与检验，但它们既与上述大师们的顿悟共鸣，又均来自实践，具有旺盛的生命力，必将持续地推动地震预测创新。

8 当下已有可能通过预测为某些地震的预报、减灾作出一定贡献

地震预测是一个有待长期探索的科学难题。它与科学技术的整体进展有关，例如地球系统科学时代大陆动力学新理论体系的建立、揭示地球内部动力过程新观测(探测)技术的进步、新兴科学“地震科学”的进一步深化、更多学科的交融和更多地震预测成败震例的积累等。认知地球复杂动力系统内蕴规律，不可急躁，必须执着而又谦恭地循序渐进。

地震大地测量学的实践已证明，当下在一定的条件下，我们已有可能对某些地震作出一定程度的预测。例如在1996-02-03丽江M_S7.0地震前3个月，施顺英等^[54]在《中国地震局地震研究所1996年度地震趋势研究报告》中对该震发震地域和震级作出过基本正确的预测；江在森等^[55]对1995-07-12永登5.8级地震、王双绪等^[56]对2000-06-06景泰5.9级地震作出过三要素基本正确的中短期填卡预报等。虽然对2008-05-12汶川8.0级地震未能预报，然而江在森等^[48]在2006年基于GNSS的监测与研究发现，印度板块对中国大陆的相对运动增强，大陆西部对东部相对运动增强，出现偏离准线性长期正常背景的加速度-非线性趋势性异常以及相应的区域应变率异常，据此划出了一个范围较大的近数年内的大震危险区，汶川包含其中。祝意青等^[57-58]基于对1988~2005年重力观测数据的分析发现，在龙门山断裂带中南段两侧出现包括未来大震震中在内的重力场梯度带显著异常，在《中国地震局第二形变监测中心2007年度地震趋势研究报告》中明确提出了对该震的预测意见(地点正确，震级6级)。地震后，申重阳等^[59]全面研究了此地域重力时变与汶川大震的关系，验证了上述震前预测的客观性。可见，完全否定地震预测，不仅理论错误，也不符合预测实践。

当下只可能对某些地震(取决于其类型、环境、监测条件等)作出一定程度的不完整、不精确的预测(如地点、震级要素较好，时间要素较差；长、中期较好，临震差)。但如果审慎地、恰当地应用这些信息，仍有可能为减轻震灾作出一些实际贡献，已存在取得实效的一些震例。前提是我们必须转变地震预报方式的[0, 1]思维，即只有在地震三要素均完全确定的条件下才预报，否则就不报。实际上对所有的复杂系统(自然、人文、生态等)而言，均不可能实现对未来完全确定性的预报。当下若要求作出完全确定性的预报，就只能不预报，其后果则是坐等漏报，产生巨大损失并浪费来之不易的监测预测信息。地震预测面对的是自然系统，地震预报面对的是社会系统和自然系统相耦合的更为复杂的系统及其对地震预报信号所作出的正、负响应。因此检验地震预测的标准是三要素的正确性与精确性，而检验地震预报的标准应是采用何种预报方式才能将地震灾害的损失降至最小，两者虽有联系但不可混同。随着预报方式的多样化与科学决策模型的进步，立足于地球科学进展，即便是仅具一定信度的地震预测，对减轻灾害的作用也会越来越大。

9 为测绘、环保、地质灾害和社会经济持续发展等提供相关的科学技术服务

地震大地测量学以mm级(形变)、μGal级(重力)精度，整体动态持续监测所获取的多种现今大陆时空演化过程及地壳稳定性信息，例如板块、大陆(板内)地块、边界带、断裂带；水平运动、垂直运动、物质运移；速度场、应变(力)率场、重力场、密度场、物性场，频谱场等，对测绘、环保、国土规划、国防建设、地质灾害和社会经済持续发展等，均具基础和应用价值。

天然地震与水厍诱发地震、火山喷发及滑坡等，无论在灾害机理和预测方法上均有相通之处和相似性，能相互借鉴。例如对新丰江水库、丹江水库和长江三峡水库等的地壳形变和地下流体渗透扩散的持续监测和地震危险性预测；在长江三峡新滩大滑坡(1985-06-12 03：45)的长期监测和成功预报实践中(整个新滩镇滑塌坠入长江，而无一人伤亡)；中国与西班牙的火山监测研究合作等。

地震大地测量学在社会经济持续发展中的应用域继续扩展，如InSAR监测评估地下岩层内的天然气储存库动态、重力和InSAR监测评估地下水动态、重大工程安全性监测及地震预警等。通过数据信息产品、观测(探测)技术、动态图像与参量，模型与模拟、学术思想等，地震大地测量学可为相关的不同学科与行业的多种需求提供科学技术服务与协作。

10 结语：地震大地测量学成长与地震预测脱困的创新之路 10.1 地震大地测量学基本形成，具创新活力，但仍稚嫩

地球科学迈入地球系统科学新时期，在国家任务的直接推进下，现代大地测量学与多学科交融，在50年的地震预测探索中，开拓出前人未曾进入的“现今大陆地壳运动与变形动力学(10^-2 s~10² a)”研究新领域。初步形成以精确测量和研究“现今大陆变形动力系统演化及其地震行为”为特色的学术思想、“整体、动态、高精度观测(探测)系统”、“观测→理解→模型(模拟)→预测(检验)”的认知流程与研究方法。参与并促进“大陆动力学”新理论体系的建立和新兴学科“地震科学”的发展，提出新思路、新模式和可操作的新方法，推进地震预测及减灾应用，参与当代世界科学难题——地震预测，增强学科贡献度。学科中文学术期刊《大地测量与地球动力学》(1981年创刊)和面向国际科学界的英文期刊《Geodesy and Geodynamics》(2010年创刊)，已成为当代交叉学科中有活力的平台。

地震大地测量学作为一门当代前缘交叉新兴学科已基本形成，作为地震科学中最年轻的成员，创新活力显著，但仍稚嫩。尽管开拓了科学处女地，获取了前人未曾拥有的大自然海量新信息，但深刻理解、揭示隐蔽在千姿百态表象背后的内蕴规律还很不够，“信息金矿上的穷人”的状态尚未根本改变；提出的新概念、新模式和新方法均有待深化与进一步检验；对多层次结构多动力耦合复杂系统的监测(探测)还存在许多不足。

10.2 取得创新进展的原因

1) 中国大陆是得天独厚的大陆变形动力系统演化及其地震行为的科学试验场与创新信息源。

2) 地震预测作为国家任务，使建立先进的、整体的、能长期运行的监测系统成为现实，预测预报历经挫折依然能坚持，科学家的预测探索得到保护。

3) 以地球整体为研究对象，全面发展测量理论和技术的大地测量学，对整体性新科学技术具有天然亲和力。因而在20世纪80年代就率先引入GPS新技术和系统科学新思维，并大胆应用于中国大陆地震预测探索，开拓出“现今大陆地壳运动与变形动力学”和“现今大陆变形动力系统演化及其地震孕发行为”的创新领域。

4) 踏遍青山的地震大地测量人，不计个人名利得失，勇敢进入陌生的、有风险的领域。在“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”和“审事察理的欢乐是大自然最美好赠礼”的双重激励下，几代人深化学科交融，攀登不懈。

10.3 地震大地测量学和地震预测的窘困：“STS”与“悖论”特性

作为地震科学组成部分之一的地震大地测量学，除具有交叉学科特性外，可能还具有STS(science，technology and society)特性，即地球科学进入地球系统科学新时期后，在解决人类社会所面临的重大复杂问题时所产生的新特性。它具工程学科(或观测学科)和基础学科特性(从大自然复杂现象中探索尚未认知的深层次的内蕴规律)，还具有被要求直接应用于防震减灾的社会学特性，即兼具工科、理科并涉及到社会学的3重特性。这3种不同特性的相互作用，使待解决的问题更为复杂，其困难程度甚至可能超过当代一些伟大的科学工程。

地震科学及地震大地测量学面对着一种“科学-社会学悖论”。地震预测既是当代全球科学难题，有待科学技术的整体进展和长期探索；但社会的公共安全又急迫要求对当今发生的每一个灾变性地震均作出预测，且每一个预测都应具有完全确定性。

“STS特性”和“科学-社会学悖论”常使学科发展、科学研究和预测-减灾实践陷入困境，易于在不同极端之间摇摆，既难满足社会公众之需求，又难博得严谨科学之青睐。其实“STS”和“科学-社会学悖论”本质上是一种进步，标志着当下科学已经勇于走出“象牙之塔”，试图去解决过去不敢直面、然而又威胁着人类社会生存与发展的难题。“悖论”和“STS”也有可能转化为动力，从科学难题与社会需求两极，异曲同工地促进地震科学、地震大地测量学和地震预测创新，使之逐步挣脱窘困之境。

10.4 脱困之道在于创新，首先是科学思维和科学方法的创新

表 2从科学观念与科学方法视角，粗略比较了经典与现代的不同。系统科学、复杂性科学、非线性科学和物理学、力学和数学的各种新进展是和谐的、相通的和相互支撑的。现代的科学观念与方法是对经典科学观念与方法的超越和包容，更能反映大自然的本性，并非简单否定，而是主张两者的结合与互补。

当今的地球科学已进入了地球系统科学新时代。地球系统科学是现代科学观念与方法在地学研究中的具体体现，应成为地震科学及地震预测的科学思想、方法论与研究框架。而在研究与应用中，还需要我们学习并理解现代物理学、力学和数学的相关新进展，例如协同学、相变和临界、熵、非线性力学、动力系统等，以改善知识结构，参考使用其新概念与新方法。

地震大地测量学在数十年实践中开拓的“现今(10^-2 s~10² a)大陆地壳运动与变形动力学”研究新领域，初步形成了以精确测量和研究“现今大陆变形动力系统演化及其地震行为”的科技路线，期望落实地球系统科学的新思想与研究新途径，推进学科和地震预测创新，逐步走出困境。例如，迄今为止，尽管观测数据日益丰富，但各种具动力学性质的模型研究似乎依然有意无意地原地踏步在“同震形变”及“震后形变”研究上，避开了能直接促进地震预测的“震前形变”研究，导致地震前兆仍只能基于“数十年一贯制”的经验总结。又如，近些年火山喷发预测已取得重要突破，从基于地表观测反演火山内部，跃进到基于岩石圈韧性部分(深部)与脆性部分(浅部)的相互作用-动力学耦合来预测火山喷发，安艺敬一(Keiiti Aki)^[31]提出预测地震和火山喷发的地震学。基于形变重力等地表观测、地震波探测、重力对不同深度物质密度探测以及GNSS对准刚性块体在韧性层面上滑动探测、电磁探测、地下流气体等，我们是否也能开拓出一条由大空间尺度至小空间尺度，由深部至浅部，通过体积力与阻抗力的耦合预测地震的新路呢？模式研究要服务于地震预测，必须由震源走向动力学系统^[16]。

10.5 创新驱动──地震大地测量学成长与地震预测的脱困之路

地震大地测量学虽已凿开了“创新信息涌泉”, 开拓出具关键意义的“科学处女地”，然而已取得的进展(成果和人才)与其应有的创新力仍极不相称，有待作出更大努力：

1) 观测。受人称道的观测(探测)系统亟需深化与优化，如获取深部信息和垂直形变的能力相对于浅部与水平形变严重滞后；测定应变积累总量的能力和临界态判定的能力基本缺失；阻抗力(变形)与体积力(物质运移)及多圈层动力耦合的整体动态观测(探测)系统有待建立；形变(运动、变形、波动)与地震学在频率域中的深度联结；变形与电磁、地下流气体观测的互验等。

2) 理解。观测数据与科学模型及地震预测之间不存在直通车。怎样透过千姿百态的表象(海洋般的多源异质数据流和多种动态图像)，探索并逐步理解隐匿于其中的内蕴规律，是地震大地测量学能否真正成为一门新兴学科的试金石。应在地球系统科学框架下，借助当代物理学、力学、数学的新思维与新方法，整体论与还原论相结合，理解“现今大陆地壳运动与变形动力学”、“现今大陆变形动力系统演化及其多种行为(含地震孕发)”的物理意义和动力学过程：构建各种相对基准识别异常，通过信息合成提升“信噪比”，通过“熵”探索“变形局部化”，通过“维数”、“激励-响应”和“时空频谱”变异探索“临界态”，深浅部关联耦合等。

3) 模型。表象与规律，观测与预测，是此岸与彼岸，若无“桥梁”，则无法通达；理解是架桥的前奏，建立模型(模式)就是架桥。从观测(实验)中用归纳法得到经验特征固然重要，但其可靠性存疑。只有将它纳入一个理论模型的解释范围，并将其作为某种深层机制的必然结果从模型中演绎(推导)出来，其真实性才能有所保证。现今大陆变形动力系统演化和地震预测均需要多种物理量变化过程的综合，不能简单叠加，必须有模式(模型)方可综合；预测未来变化是演绎，更离不开模式(模型)。地震模式百年演化的发展趋势是“从震源到动力系统”^[16]。较适合“现今大陆变形动力系统演化及其地震行为”的建模途径包括：①整体论与还原论相结合；②由概念模式到定量模式；③从区域性个例入手；④模型族：建立不同时空层次(尺度)模型，不同类型地震模式及其互补；⑤充分发挥精密大数据与动态图像(斑图)优势；⑥大胆设想，严格验证，敢于抛弃错误模式，另行提出新模式，修正完善有希望的模式^[60]。

地震大地测量学虽已初步提出了一些模式，如“现今大陆变形动力系统演化与地震行为”、“地壳运动-地震系统自组织演化模式”、“体积力(物质运移)与阻抗力(变形)作用下的地震孕发”、“边界动力→区域动态场→孕震危险段的时空逼近思路”、“地震地壳形变不同动力学阶段循回模式”、“地壳运动与蕴震系统自组织及前兆场的有序演进”、“减熵有序与变形局部化”、“频率域空-时结构变异与临界态”等，但多数尚为概念模式，均较稚嫩，有待检验与深化。

4) 预测(检验)。精确测量、持续追踪动态过程，以理解和建模为基础预测未来变化，是地震大地测量学对经典大地测量学的展拓，是学科的新特色：①预测应理解为对研究对象未来变化的科学预估，不能狭窄地理解为仅是对某地震时、空、强三要素的预测；②要继续重视经验积累与归纳，超越经验性地震预测并为走向动力学数值预测逐步创造条件；③“大陆现今地壳运动-变形动力学系统”及其子系统演化与地震灾变行为；④构造动力过程从大空-时尺度至小空-时尺度的强震危险性时空逼近；⑤地震-地壳形变循回(震间-震前-临界-同震-震后)各阶段特征与识别；⑥图像(斑图)动力学在预测中的应用：变形局部化、寻觅震源区、稳定性分析等；⑦从众多背景性(潜在)地震危险区中识别现今地震危险区的理论与方法；⑧提高中短期地震危险性预测水平的理论方法；⑨强震短临预测与预警的理论与方法；⑩同震模型、震后形变、库仑应力场与震后地震危险性预测方法；B11正常动态基准模型的构建与外推以提高异常识别能力的方法；B12震源破裂过程的精细快速成像，为大震的应急与救灾提供决策依据；B13变形事件长程关联图像与近期特大地震成组关联性大震预测；B14案例对一切复杂系统的预测研究均有极为重要的意义，如战例对军事学，震例对地震科学及地震预测亦然。应高度重视对大震和关联性大震震例的研究，包括对共性、个性及分类型研究，用新的科学理论与方法作再研究等。

5) 探索不具完全确定性的预测结果，如何应用于地震预报与防震减灾？

必须正视以下现实：①即便实现了数值预测，对一切复杂动力系统的预测仍不可能是完全确定的，这已为现代物理学、力学、数学和系统科学、复杂性科学、非线性科学等共同证实。此性质在地震预测上的表现更为突出。②如果我们继续坚持[0, 1]预报观念，只有在三要素均完全确定的条件下方可预报，其结果就只能是不预报、坐等漏报，带来重大的伤亡与损失，激起社会公众越来越强烈的不理解与失望；同时也浪费了可能具有某种减灾价值的预测信息。应探索怎样基于某一地域的实况，应用不具完全确定性的预测信息，选择某种最合适的预报方法，使不可避免的损失相对降至最小。③应严格区分地震预测与地震预报。前者是对“自然系统”的未来作演绎，是科学技术问题，检验的标准是三要素的符合程度；后者面对的是更为复杂的“自然-社会系统”，既包括地震事件造成的损失，还包括社会系统对预报信号的积极响应(减少损失)与消极响应(加重损失)。因此评定地震预报的标准不是三要素，而应是预报所取得的减灾实效，如伤亡、经済、社会、心理等损失相对最小(包括直接、次生、衍生灾害及其长期影响的减轻等)。④针对某地域的实况(地震危险性、地质、地貌、地理、经済、社会、人文、组织与科普水平等)及当前预测水平(偏差程度、漏、虚等)，可能采取多种预报方式(如公开发布、临震预警、以适当方式打招呼、仅对生命工程和某些部门或集会提醒等)；构建地震预报风险决策模型，在多种可能的预报方式中作出损失最小的相对最佳决策。实际上，在国内外某些灾变地震中，已有过通过适当方式在适当范围内预告而减轻损失(主要是人员伤亡)的实例。若能更科学化、实用化，将会有更佳实效。这可能也是尊重“STS”特性，通过创新将地震预测的“科学-社会学悖论”转化为减灾动力的通道之一。

满怀信心地奋力向前，“真正令人激动的研究工作还仅仅是开始”。

致谢: 值此地震大地测量学提出50 a之际，仅以本文向国外内同行以及关心和帮助学科成长的人们致敬！