地震预报之谜＊

Christopher H Scholz

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

地震预报之谜＊

Christopher H Scholz

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

2010年,普林斯顿大学出版社(Princeton University Press)出版了Susan Hough撰写的Predicting the Unpredictable——The Tumultuous Science of Earthquake Prediction一书,现将Christopher H Scholz对该书的评介翻译介绍给读者。

科学家和公众对于1906年灾难性的旧金山大地震反应不一。对于科学家来说,这次地震第一次证实了地震是已知断层发生滑动的结果,而构造运动引起了断层上应变长时间持续稳定积累。1909年,Grove Karl Gilbert提出通过测量变形可以预测下次地震的时间,这一思想成为后来地震长期预测的基础。他写到:“现在……不了解地震学的普通民众,也就是地震学家的服务对象,很想知道科学的临震预报的时机是否已经来到”。

但是,当地的商界领袖却持有不同看法。他们忽略了地震才是引起旧金山大火并使该市无法灭火的罪魁祸首这一事实,反而认为旧金山是被大火(远没有地震威胁大)毁坏的,而非地震。为了庆祝城市重建成功,他们于1915年举办了巴拿马-太平洋国际博览会。博览会的场址就设在含有地震碎石的堆填区上,后来这里被称为马里纳区(Marina District)。1989年洛马普烈塔(Loma Prieta)地震中该堆填区液化造成大面积破坏,这似乎是对过分自信的惩罚。

Susan Hough最近出版了一本书Predicting the Unpredictable——The Tumultuous Science of Earthquake Prediction(参考译名:《预测不可预测的——争论不休的地震预报科学》——译者),正如其副标题所示,地震预报这个话题一直在科学界和普通大众之间争论不休。她在著作中提到斯坦福大学教授、地质学家BaileyWillis在20世纪20年代组织了一场旨在唤起人们重视加州地震危险性的运动,与此同时,另外一批人出于商业考虑组织了一场对抗运动,结果使得Willis名声受损。

Hough是美国地质调查局(USGS)地震学家,她在书中介绍了地震预测科学的发展历史,主要是关于美国的地震预报经验,尤其是作为美国地震科学主要机构的美国地质调查局在这方面的工作情况。为了满足普通民众的需求,她在书中介绍了地震学方面的一些概念,同时又保证了科学思路清晰。20世纪70年代,美国的地震研究将地震预测作为明确的目标,Susan Hough在著作中对地震预报科学的发展历史的介绍主要从这一时间段开始。考虑到地震预报这一话题容易引起争论,Hough用平静客观的口吻讲述了这一时期出现的所有给人留下深刻印象的意想不到的困难和令人尴尬的失误,这一点是很了不起的。

Gilbert提出的长期预报方案现在已经成为已知存在活断层地区地震危险性评估的标准。该方案是Eric Calais及其同事对最近发生的海地地震发出迟到预警的基础,也是Hough书中简要描述的对洛马普烈塔地震所作出的一些预测的基础。然而,Hough在其著作中主要讨论的一个话题是普通民众通常是如何理解地震预报的:在未来几周或几个月的时间框架内预测出即将发生地震的时间、地点和震级。

我们不知道这种短期地震预报能否实现,因为这需要一些地震前兆现象,而且这些前兆现象必须是普遍存在的而且可用作判断依据。一种方法是寻找可能指示即将发生地震的后期应力状态的迹象。Hough对这种尝试做了总结,该方法有时基于理论,有时基于经验,现在基本上被放弃了。另一种方法是寻找能够预示地震即将发生的前兆。例如,当前的地震稳定性理论通过预测成核阶段来预报地震,在成核阶段,发生稳定滑动的断裂段就是未来地震开始的地方。但是,这一理论现在只是框架性的,还不够完善,所以作用不大。

图1 1989年洛马普烈塔地震给旧金山马里纳区造成的破坏,而此时,大量的仪器却正在帕克菲尔德地区监测地震

地震短期预报研究是一个很复杂的问题,因为要想通过野外实验来确定地震前兆就必须先做出预测。曾经有过两次这种实验尝试,一次尝试是在日本确定了Tokai地震空区(Tokai gap),这一地区就是静冈(Shizuoka)附近的一段板块边界,此处似乎很久没有发生大地震了。另一次是美国地质调查局根据类似的推理,预测在加利福尼亚州中部帕克菲尔德(Parkfield)附近圣安德烈斯断层一个很短的区段上将在1988年发生地震。为了监测地震前兆,在这两个地区都布设了大量的观测仪器。与此同时,美国加利福尼亚州和日本其他研究程度较低的断层,虽然不被关注,却发生了破坏性地震。1995年日本神户(Kobe)发生了一次大地震,该地震发生在一个已知断层上,但由于其滑动速率较低,因此没有在该断层上布设观测仪器,这对于日本地震预报计划无疑是一次尴尬事件。Tokai地震空区至今尚未发震。加利福尼亚州帕克菲尔德地震早已超出了预测时间窗,终于在2004年爆发,但是其破裂开始于断层南端,而非之前预测的布满观测仪器的北端。这似乎是对过分自信的另一种回报。

正如Predicting the Unpredictable这本书中提醒我们的,100年之后,对于Gilbert提到的地震预报问题,我们给出的回答是:现在还不能。

原题:The prediction puzzle

(山东省嘉祥一中 黄 慧 译;左玉玲 校)

(译者电子信箱,黄慧:hh55855151@163.com)

P315;

E;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.07.015

2010-03-23。

10.1126/science.1187372