日本地震學已到變革之時＊

RobertJGeller

(Department of Earth and Planetary Science,Graduate School of Science,University of Tokyo,Tokyo113-0033,Japan)

日本地震學已到變革之時＊

RobertJGeller

(Department of Earth and Planetary Science,Graduate School of Science,University of Tokyo,Tokyo113-0033,Japan)

羅伯特·蓋勒(RobertJ Geller)呼吁日本停止使用有缺陷的方法進行地震長期預測,并廢棄試圖預測“東海地震”的系統。

在過去的20年左右時間,日本一些地震學家曾警告過地震和海嘯對核電廠安全的危害,尤其是日本神戶大學榮譽教授石橋克彥。他們的警告無人理睬。然而,就在3月11日襲擊日本東北地區的9.1級地震發生后,很多日本電視節目中的權威人士則稱此次地震“無法預見”。

那些“可預見”的地震是將來可能發生的地震,日本政府用此獲得國家地震危險性圖[1](譯者注:我國通常稱地震區劃圖)。模型提出者假定各地震帶上存在“特征地震”,選擇每個地震帶的斷層參數作為模型的輸入參數,然后形成基于概率的地震危險性圖。

盡管這種地震危險性圖看似權威,但在所使用方法得到驗證之前,模型終歸是模型。危險性圖上被評估為最危險區域位于3個假想“設定地震”(東海、東南海和南海,見圖1)的地震帶上。但事實上,日本自1979年以來造成死亡10人以上的地震都發生在相對低概率的地方。這種差異最近由特征地震模型及其衍生的地震空區模型[2-4]造成的一系列負面結果強烈表明這種地震危險性圖及其所使用的方法是有缺陷的,應該被摒棄。

在過去的100年間,全球范圍內共發生5次9級或以上的俯沖帶地震(1952年堪察加、1960年智利、1964年阿拉斯加、2004年蘇門答臘、2011年日本東北地區),由此表明俯沖帶地震的震級上限并不取決于俯沖形態的細節[5]。大規模海嘯頻繁襲擊日本東北地區的太平洋沿岸,其中記錄較好的1896年三陸海嘯最大浪高達38m,超過22000人死亡。公元869年貞觀(Jogan)海嘯的記錄浪高大致與3月11日海嘯相當或略小。

如果把全球地震活動和日本東北地區歷史地震記錄用作評估地震危險性的基礎,一般來講,3月11日日本東北地震應該很容易“預見”,盡管不能包括具體的時間、震中和震級。因此對這樣的事件處理對策能夠而且也應該被納入福島核電廠的初始設計。

1 “東海地震”

20世紀60年代,板塊構造理論作為固體地球科學的基本框架而被廣泛接受。一些國家的研究人員致力于將地震活動數據與板塊構造相結合,進行大地震的長期預測。這一研究思路非常簡單。將一段時間內沒有發生大地震的地區稱為“地震空區”,并認為即將發生大地震。但是這種地震空區假設沒能通過現實檢驗[2]。在幾萬年或更長時間尺度上,地震釋放的滑動和無震滑動必須要與板塊間的運動相匹配。但我們現在知道,這種“追趕”過程并不是規則和周期地發生,3月11日地震的發生進一步強調了此事實。

圖1 現實的檢驗。日本政府每年出版與此類似的國家地震危險性圖。但自1979年起,日本造成10人或以上死亡的地震均發生在圖中的低危險性的地方

20世紀70年代中期,當地震空區模型在全球地球科學界廣泛傳播時,日本的幾位研究者認為東海地區附近的板塊邊界帶是可能發生8級地震的(地震)空區[6]。與之相鄰的東南海和南海地區也被貼上了地震空區的標簽[7]。然而,1975年以來這些地區并未發生任何大地震,但它們仍被日本政府界定為日本最危險的地區(見圖1)。

在過去的30年左右時間,政府發言人和大學的科學家與政府的地震調查研究推進本部(或其前身)相聯合,經常使用“東海地震”這一詞匯,以至于公眾和新聞媒體將其誤認為是一個“真實的地震”,而不僅僅是一個缺乏根據的設想(日文谷歌搜索中有178萬點擊量)。這些誤導了公眾相信時鐘正在無情地走向一次8級地震發生的時刻,這個地震一定會在不久襲擊東海地區。“東海地震”(及與之相伴的“東南海地震”和“南海地震”)詞匯的使用應該到此為止。

2 無法預測的地震

縱觀地震學歷史,提前幾小時或者幾天給出地震預報意見一直備受質疑,這種質疑是有充分理由的[8](參見go.nature.com/ahc6nx)。然而,在20世紀60年代末和70年代初,蘇聯的研究者最初開展了一些研究,隨后美國的一些主要的研究機構也參與進來,并都得到了肯定的結果,地震預報研究由此信心倍增。《自然》雜志的編輯們在1973年寫道“現在的形勢在某些方面類似于1939年核裂變突然變成了現實”[9]。同時,一些正面結果陸續在《科學》以及其他主要的專業雜志上發表。

這些正面的文章主要是聲稱發現了地震“前兆”。比如,在1973年《自然》雜志上發表的一篇文章中述及的一些相關研究,聲稱觀測到地震之前地殼中地震波速降低了10%～20%,而地震波速恢復到正常值,則是地震即將發生的信號。然而1976年中國唐山地震,造成24萬人死亡,并沒有預報出來。到了70年代末,大多數研究者清楚地認識到,之前提到的前兆是一種假象。地震預報的熱潮在很大程度上消失了,但像很多事情一樣(比如“聚合水”和“冷聚變”),仍然有一些國家的執迷不悟的人主張前兆研究。

3 無根據的預測法律

到了20世紀70年代中期,公眾對“理應”即將發生的東海大地震的議論達到了近似恐慌的程度,而這正是由日本氣象廳以及大學的科學家們一手炮制的,他們還說服日本國會在1978年制定了《大地震對策特別措施法》(LECA)。這項已生效的法律要求日本氣象廳運作一個每周7天、每天24小時的監測系統,來檢測能夠表明3天之內將會發生東海地震的前兆信息。如果觀察到的信號一旦被認為是前兆,由5位地球物理學家組成的專家組就會評議數據,日本氣象廳長官會通知首相,然后內閣宣布進入緊急狀態,東海地區的幾乎所有活動都會停止。

這項法律在其他國家并沒有先例,它假定可靠的前兆信息確實存在。特別是,由于一份報告中聲稱日本1944年地震前發現了大地測量前兆(見參考文獻[6]中圖2),氣象廳的主要目標是獲得滑動的大地測量證據。然而1944年的數據是在距離震中很遠的地方得到的,對此的解釋為,地震之前斷層深部的緩慢滑動造成幾厘米的隆起。不幸的是,這些數據的測量使用了過時的技術,存在相當大的不確定性。全球定位系統(GPS)或者任何其他現代觀測技術都沒有發現這類現象。70年代美國一份著名的報告提到了讓人信以為真的前兆現象,即“帕爾代姆膨脹”(PalmdaleBulge),后來也被證明是假象。

基于1944年數據開展的大規模觀測研究計劃其實沒有必要。然而,難以相信的是日本政府竟在此基礎上運行了一個具有法律約束力的地震預測系統。日本氣象廳官方主頁上寫道(作者翻譯):“目前,唯一存在的地震預測系統就是為了預測將要發生在駿河灣(SurugaBay)的一個8級地震,即東海地震(Tokaiearthquake)。科學技術的進步還不能對其他地震做出預報。”但是,目前的觀測臺站比1978年要多得多,如果這個系統真的能夠預測‘東海地震’,那么顯然目前這個系統能夠預測所有的8級地震。

4 是時候了

“東海地震”預測系統緣何能存在30年之久,卻幾乎聽不到日本大多數主流地震學家的訴求?這種沉默原因復雜。首先,許多研究人員是以各種方式(如給予資助和委員會成員資格)指派的;第二,政府決策雖然名義上接受評審,但評審專家組卻由被評審機構的官員來挑選;第三,盡管平面媒介確實報道了一些令人信服的批評意見,但這些意見往往被廣播等忽視而缺乏影響力;第四,借助于新聞記者俱樂部系統,政府經常會通過那些缺乏科學常識的記者將其觀點直接傳遞給媒體;最后,只要LECA這一法案還存在,政府就可以聲稱預測東海地震是其法律上的義務。

現在,是時候了:坦誠告知公眾地震是不可預測的,拋棄東海預測系統,同時廢除LECA。事實上,整個日本都處于地震危險之中,而地震學現今狀態還不允許我們可靠劃分特定地理區域的危險水平。相反,我們應該告知公眾和政府為不可預料的地震做好準備[10],并盡力與其溝通,闡明我們所知道的以及還不清楚的。將來地震學的基礎研究必須堅實地依據物理學,公平審議,應該由日本頂尖科學家,而不是由不露面的政府官員來領導。

譯自:Nature,Vol.472,28April2011,407-409

原題:Shake-up time for Japanese seismology

(中國地震局地球物理研究所 韓立波 李艷娥蔣長勝 譯;張天中 校)

(譯者電子信箱,韓立波:chinakkmm@gmail.com)

[1]Headquarters for Earthquake Research Promotion.National Seismic Hazard Maps for Japan(2005).http:∥go.nature.com/yw5e92

[2]Kagan Y Y,Jackson D D.Seismic Gap Hypothesis:Ten Years After.J.Geophys.Res.,1991,96:21419-21431

[3]Kagan Y Y.Comment on“The Gutenberg-Richter or characteristic earthquake distribution,which is it?”by Steven G.Wesnousky.Bull.Seism.Soc.Am.,1996,86:274-285

[4]Newman A,Schneider J,Stein S,et al.Uncertainties in seismic hazard maps for the New Madrid seismic zone and implications for seismic hazard communication.Seismol.Res.Lett.,2001,72:647-663

[5]McCaffrey R.Complex rifted continental margins explained by dynamical models of depth-dependent lithospheric extension.Geology,2008,36:163-266

[6]Ando M.Possibility of a major earthquake in the Tokai district,Japan and its pre-estimated seismotectonic effects.Tectonophysics,1975,25:69-85

[7]Ando M.Source mechanisms and tectonic significance of historical earthquakes along the nankai trough,Japan.Tectonophysics,1975,27:119-140

[8]Geller R J.Earthquake prediction:a critical review.Geophys.J.Int.,1997,131:425-450

[9]Using Prediction Properly.Nature,1973,245:174

[10]Kanamori H.Preparing for the Unexpected.Seismol.Res.Lett.,1995,66(1):7-8

P315.7;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.05.002

2011-05-06。