地震預報之謎＊

Christopher H Scholz

Department of Earth and Environmental Sciences,Lamont-Doherty Earth Observatory,Columbia University,61Route9W,Palisades,NY10964,USA

地震預報之謎＊

Christopher H Scholz

Department of Earth and Environmental Sciences,Lamont-Doherty Earth Observatory,Columbia University,61Route9W,Palisades,NY10964,USA

2010年,普林斯頓大學出版社(Princeton University Press)出版了Susan Hough撰寫的Predicting the Unpredictable——The Tumultuous Science of Earthquake Prediction一書,現將Christopher H Scholz對該書的評介翻譯介紹給讀者。

科學家和公眾對于1906年災難性的舊金山大地震反應不一。對于科學家來說,這次地震第一次證實了地震是已知斷層發生滑動的結果,而構造運動引起了斷層上應變長時間持續穩定積累。1909年,Grove Karl Gilbert提出通過測量變形可以預測下次地震的時間,這一思想成為后來地震長期預測的基礎。他寫到:“現在……不了解地震學的普通民眾,也就是地震學家的服務對象,很想知道科學的臨震預報的時機是否已經來到”。

但是,當地的商界領袖卻持有不同看法。他們忽略了地震才是引起舊金山大火并使該市無法滅火的罪魁禍首這一事實,反而認為舊金山是被大火(遠沒有地震威脅大)毀壞的,而非地震。為了慶祝城市重建成功,他們于1915年舉辦了巴拿馬-太平洋國際博覽會。博覽會的場址就設在含有地震碎石的堆填區上,后來這里被稱為馬里納區(Marina District)。1989年洛馬普烈塔(Loma Prieta)地震中該堆填區液化造成大面積破壞,這似乎是對過分自信的懲罰。

Susan Hough最近出版了一本書Predicting the Unpredictable——The Tumultuous Science of Earthquake Prediction(參考譯名:《預測不可預測的——爭論不休的地震預報科學》——譯者),正如其副標題所示,地震預報這個話題一直在科學界和普通大眾之間爭論不休。她在著作中提到斯坦福大學教授、地質學家BaileyWillis在20世紀20年代組織了一場旨在喚起人們重視加州地震危險性的運動,與此同時,另外一批人出于商業考慮組織了一場對抗運動,結果使得Willis名聲受損。

Hough是美國地質調查局(USGS)地震學家,她在書中介紹了地震預測科學的發展歷史,主要是關于美國的地震預報經驗,尤其是作為美國地震科學主要機構的美國地質調查局在這方面的工作情況。為了滿足普通民眾的需求,她在書中介紹了地震學方面的一些概念,同時又保證了科學思路清晰。20世紀70年代,美國的地震研究將地震預測作為明確的目標,Susan Hough在著作中對地震預報科學的發展歷史的介紹主要從這一時間段開始。考慮到地震預報這一話題容易引起爭論,Hough用平靜客觀的口吻講述了這一時期出現的所有給人留下深刻印象的意想不到的困難和令人尷尬的失誤,這一點是很了不起的。

Gilbert提出的長期預報方案現在已經成為已知存在活斷層地區地震危險性評估的標準。該方案是Eric Calais及其同事對最近發生的海地地震發出遲到預警的基礎,也是Hough書中簡要描述的對洛馬普烈塔地震所作出的一些預測的基礎。然而,Hough在其著作中主要討論的一個話題是普通民眾通常是如何理解地震預報的:在未來幾周或幾個月的時間框架內預測出即將發生地震的時間、地點和震級。

我們不知道這種短期地震預報能否實現,因為這需要一些地震前兆現象,而且這些前兆現象必須是普遍存在的而且可用作判斷依據。一種方法是尋找可能指示即將發生地震的后期應力狀態的跡象。Hough對這種嘗試做了總結,該方法有時基于理論,有時基于經驗,現在基本上被放棄了。另一種方法是尋找能夠預示地震即將發生的前兆。例如,當前的地震穩定性理論通過預測成核階段來預報地震,在成核階段,發生穩定滑動的斷裂段就是未來地震開始的地方。但是,這一理論現在只是框架性的,還不夠完善,所以作用不大。

圖1 1989年洛馬普烈塔地震給舊金山馬里納區造成的破壞,而此時,大量的儀器卻正在帕克菲爾德地區監測地震

地震短期預報研究是一個很復雜的問題,因為要想通過野外實驗來確定地震前兆就必須先做出預測。曾經有過兩次這種實驗嘗試,一次嘗試是在日本確定了Tokai地震空區(Tokai gap),這一地區就是靜岡(Shizuoka)附近的一段板塊邊界,此處似乎很久沒有發生大地震了。另一次是美國地質調查局根據類似的推理,預測在加利福尼亞州中部帕克菲爾德(Parkfield)附近圣安德烈斯斷層一個很短的區段上將在1988年發生地震。為了監測地震前兆,在這兩個地區都布設了大量的觀測儀器。與此同時,美國加利福尼亞州和日本其他研究程度較低的斷層,雖然不被關注,卻發生了破壞性地震。1995年日本神戶(Kobe)發生了一次大地震,該地震發生在一個已知斷層上,但由于其滑動速率較低,因此沒有在該斷層上布設觀測儀器,這對于日本地震預報計劃無疑是一次尷尬事件。Tokai地震空區至今尚未發震。加利福尼亞州帕克菲爾德地震早已超出了預測時間窗,終于在2004年爆發,但是其破裂開始于斷層南端,而非之前預測的布滿觀測儀器的北端。這似乎是對過分自信的另一種回報。

正如Predicting the Unpredictable這本書中提醒我們的,100年之后,對于Gilbert提到的地震預報問題,我們給出的回答是:現在還不能。

原題:The prediction puzzle

(山東省嘉祥一中 黃 慧 譯;左玉玲 校)

(譯者電子信箱,黃慧:hh55855151@163.com)

P315;

E;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.07.015

2010-03-23。

10.1126/science.1187372