日本地震学已到变革之时＊

RobertJGeller

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

日本地震学已到变革之时＊

RobertJGeller

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

罗伯特·盖勒(RobertJ Geller)呼吁日本停止使用有缺陷的方法进行地震长期预测,并废弃试图预测“东海地震”的系统。

在过去的20年左右时间,日本一些地震学家曾警告过地震和海啸对核电厂安全的危害,尤其是日本神户大学荣誉教授石桥克彦。他们的警告无人理睬。然而,就在3月11日袭击日本东北地区的9.1级地震发生后,很多日本电视节目中的权威人士则称此次地震“无法预见”。

那些“可预见”的地震是将来可能发生的地震,日本政府用此获得国家地震危险性图[1](译者注:我国通常称地震区划图)。模型提出者假定各地震带上存在“特征地震”,选择每个地震带的断层参数作为模型的输入参数,然后形成基于概率的地震危险性图。

尽管这种地震危险性图看似权威,但在所使用方法得到验证之前,模型终归是模型。危险性图上被评估为最危险区域位于3个假想“设定地震”(东海、东南海和南海,见图1)的地震带上。但事实上,日本自1979年以来造成死亡10人以上的地震都发生在相对低概率的地方。这种差异最近由特征地震模型及其衍生的地震空区模型[2-4]造成的一系列负面结果强烈表明这种地震危险性图及其所使用的方法是有缺陷的,应该被摒弃。

在过去的100年间,全球范围内共发生5次9级或以上的俯冲带地震(1952年堪察加、1960年智利、1964年阿拉斯加、2004年苏门答腊、2011年日本东北地区),由此表明俯冲带地震的震级上限并不取决于俯冲形态的细节[5]。大规模海啸频繁袭击日本东北地区的太平洋沿岸,其中记录较好的1896年三陆海啸最大浪高达38m,超过22000人死亡。公元869年贞观(Jogan)海啸的记录浪高大致与3月11日海啸相当或略小。

如果把全球地震活动和日本东北地区历史地震记录用作评估地震危险性的基础,一般来讲,3月11日日本东北地震应该很容易“预见”,尽管不能包括具体的时间、震中和震级。因此对这样的事件处理对策能够而且也应该被纳入福岛核电厂的初始设计。

1 “东海地震”

20世纪60年代,板块构造理论作为固体地球科学的基本框架而被广泛接受。一些国家的研究人员致力于将地震活动数据与板块构造相结合,进行大地震的长期预测。这一研究思路非常简单。将一段时间内没有发生大地震的地区称为“地震空区”,并认为即将发生大地震。但是这种地震空区假设没能通过现实检验[2]。在几万年或更长时间尺度上,地震释放的滑动和无震滑动必须要与板块间的运动相匹配。但我们现在知道,这种“追赶”过程并不是规则和周期地发生,3月11日地震的发生进一步强调了此事实。

图1 现实的检验。日本政府每年出版与此类似的国家地震危险性图。但自1979年起,日本造成10人或以上死亡的地震均发生在图中的低危险性的地方

20世纪70年代中期,当地震空区模型在全球地球科学界广泛传播时,日本的几位研究者认为东海地区附近的板块边界带是可能发生8级地震的(地震)空区[6]。与之相邻的东南海和南海地区也被贴上了地震空区的标签[7]。然而,1975年以来这些地区并未发生任何大地震,但它们仍被日本政府界定为日本最危险的地区(见图1)。

在过去的30年左右时间,政府发言人和大学的科学家与政府的地震调查研究推进本部(或其前身)相联合,经常使用“东海地震”这一词汇,以至于公众和新闻媒体将其误认为是一个“真实的地震”,而不仅仅是一个缺乏根据的设想(日文谷歌搜索中有178万点击量)。这些误导了公众相信时钟正在无情地走向一次8级地震发生的时刻,这个地震一定会在不久袭击东海地区。“东海地震”(及与之相伴的“东南海地震”和“南海地震”)词汇的使用应该到此为止。

2 无法预测的地震

纵观地震学历史,提前几小时或者几天给出地震预报意见一直备受质疑,这种质疑是有充分理由的[8](参见go.nature.com/ahc6nx)。然而,在20世纪60年代末和70年代初,苏联的研究者最初开展了一些研究,随后美国的一些主要的研究机构也参与进来,并都得到了肯定的结果,地震预报研究由此信心倍增。《自然》杂志的编辑们在1973年写道“现在的形势在某些方面类似于1939年核裂变突然变成了现实”[9]。同时,一些正面结果陆续在《科学》以及其他主要的专业杂志上发表。

这些正面的文章主要是声称发现了地震“前兆”。比如,在1973年《自然》杂志上发表的一篇文章中述及的一些相关研究,声称观测到地震之前地壳中地震波速降低了10%～20%,而地震波速恢复到正常值,则是地震即将发生的信号。然而1976年中国唐山地震,造成24万人死亡,并没有预报出来。到了70年代末,大多数研究者清楚地认识到,之前提到的前兆是一种假象。地震预报的热潮在很大程度上消失了,但像很多事情一样(比如“聚合水”和“冷聚变”),仍然有一些国家的执迷不悟的人主张前兆研究。

3 无根据的预测法律

到了20世纪70年代中期,公众对“理应”即将发生的东海大地震的议论达到了近似恐慌的程度,而这正是由日本气象厅以及大学的科学家们一手炮制的,他们还说服日本国会在1978年制定了《大地震对策特别措施法》(LECA)。这项已生效的法律要求日本气象厅运作一个每周7天、每天24小时的监测系统,来检测能够表明3天之内将会发生东海地震的前兆信息。如果观察到的信号一旦被认为是前兆,由5位地球物理学家组成的专家组就会评议数据,日本气象厅长官会通知首相,然后内阁宣布进入紧急状态,东海地区的几乎所有活动都会停止。

这项法律在其他国家并没有先例,它假定可靠的前兆信息确实存在。特别是,由于一份报告中声称日本1944年地震前发现了大地测量前兆(见参考文献[6]中图2),气象厅的主要目标是获得滑动的大地测量证据。然而1944年的数据是在距离震中很远的地方得到的,对此的解释为,地震之前断层深部的缓慢滑动造成几厘米的隆起。不幸的是,这些数据的测量使用了过时的技术,存在相当大的不确定性。全球定位系统(GPS)或者任何其他现代观测技术都没有发现这类现象。70年代美国一份著名的报告提到了让人信以为真的前兆现象,即“帕尔代姆膨胀”(PalmdaleBulge),后来也被证明是假象。

基于1944年数据开展的大规模观测研究计划其实没有必要。然而,难以相信的是日本政府竟在此基础上运行了一个具有法律约束力的地震预测系统。日本气象厅官方主页上写道(作者翻译):“目前,唯一存在的地震预测系统就是为了预测将要发生在骏河湾(SurugaBay)的一个8级地震,即东海地震(Tokaiearthquake)。科学技术的进步还不能对其他地震做出预报。”但是,目前的观测台站比1978年要多得多,如果这个系统真的能够预测‘东海地震’,那么显然目前这个系统能够预测所有的8级地震。

4 是时候了

“东海地震”预测系统缘何能存在30年之久,却几乎听不到日本大多数主流地震学家的诉求?这种沉默原因复杂。首先,许多研究人员是以各种方式(如给予资助和委员会成员资格)指派的;第二,政府决策虽然名义上接受评审,但评审专家组却由被评审机构的官员来挑选;第三,尽管平面媒介确实报道了一些令人信服的批评意见,但这些意见往往被广播等忽视而缺乏影响力;第四,借助于新闻记者俱乐部系统,政府经常会通过那些缺乏科学常识的记者将其观点直接传递给媒体;最后,只要LECA这一法案还存在,政府就可以声称预测东海地震是其法律上的义务。

现在,是时候了:坦诚告知公众地震是不可预测的,抛弃东海预测系统,同时废除LECA。事实上,整个日本都处于地震危险之中,而地震学现今状态还不允许我们可靠划分特定地理区域的危险水平。相反,我们应该告知公众和政府为不可预料的地震做好准备[10],并尽力与其沟通,阐明我们所知道的以及还不清楚的。将来地震学的基础研究必须坚实地依据物理学,公平审议,应该由日本顶尖科学家,而不是由不露面的政府官员来领导。

译自:Nature,Vol.472,28April2011,407-409

原题:Shake-up time for Japanese seismology

(中国地震局地球物理研究所 韩立波 李艳娥蒋长胜 译;张天中 校)

(译者电子信箱,韩立波: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。