努力构筑地震系统科学＊

冈田义光

（日本防灾科学技术研究所）

引言

人们对于地震预报的期待在任何时代都是非常强烈的。

日本文部省科学技术政策研究所从1971年开始，几乎每五年实施一次采用被称之为“特尔斐预测法”（汇集专家们的意见预测未来技术发展的调查方法）的今后30年的技术预测调查，由约4 000名第一线的研究人员来预测日本未来的发展。其中，“要能够以几个月的精度预测M7地震”的项目，常常是占重要位置的期盼。

在特尔斐预测法调查中，可举出一些与电子学或宇宙技术有关的预测项目已相继变为现实，在以后的调查中就不存在了。相反，与地震预报有关的技术作为调查结果的常客项目每次都被提出。也就是说，预报仍未实现。像海市蜃楼一样，每次仍登场。为了打破这种现状，实实在在地推动实现地震预报，我们究竟该做些什么呢？

1 模拟的作用

日本的地震预报计划以1995年的阪神大地震为契机，从过去把重点放在发现前兆现象的经验性方法，到了解地震发生全过程并进行预报的这种基础科学研究方向发展。在硬件和软件两方面的研究正不断推进，希望不久的将来能结出硕果。

构成目前地震预报计划的主流思想是，一方面要尽可能准确地把握详细的地壳构造和准确的地壳活动状况，另一方面要开展符合实际的各种模拟研究，将从中获得的预测结果与实际观测结果进行比较，相互反馈，由此了解地震现象的本质，做出科学的地震预报这一思路。

这里，观测体制的充实和观测技术的进步，要求理论性的地震发生模式和精密观测数据的模拟研究一起大发展。但是，目前认为模拟获得的研究成果终究只是解释了过去的观测结果。

模拟研究的真正价值在于，它能够科学地预测今后应该出现的现象，并提出为了证明这个预测最好应该在哪里进行怎样的观测的观测方向。有了这个观测方向，观测与模拟才有可能从同等的立场出发，相互进行反馈。我们期盼着今后模拟研究日益发展，不断具备这样的实力。

2 模拟研究的方向性

关于地震预报系统重要环节之一的模拟技术，近年已有长足的进步。但是，作为今后的方向，我想有两个应该继续推进研究的问题。其一是实现没有人为领域界限的全球模拟化；另一个就是，向板块边界和断层面边界引进不连续构造。

首先，在通常进行的模拟研究中，大多是采用设定某一个有限的对象领域，从它的外部给予一定的力和使其运动的构图方式。但是，这种人为设定边界的做法，将成为对模拟过程中的反射或吸收等现象的模拟结果造成不利影响的原因。还有，设想一定的外力等的做法还具有不能确切地运用作用与反作用原理的危险。

为了避开这些难点，最理想的就是应该考虑把地球整体看作是一个封闭的自律的体系，把它作为模拟的对象。在气候变化的领域，把地区整体的大气和海洋作为一个体系处理的“全球模式”将成为研究的对象。而关于地震科学，应将固体地球整体地设定为“全球模式”完整处理。进而，将它视为一个热机关，通过实施所谓空间和时间尺度上的模拟研究，希望能够构筑让板块运动或地震、火山现象自然发生的模式。可以说，在某种意义上这也是再现地球历史的某些现象的一次尝试。

第二个是把板块边界或断层面边界视为具有不连续体的离散接触的构造的思路。在连续体的力学中，伴随断层面产生的向周围扩散的应变影响与距离的3次方成反比而变小，所以，要说明远隔地的地震诱发等现象是非常困难的。与此相反，考虑由有限个混杂物体支持的边界面发生破裂时，会很容易想到，一个混杂物体的破裂会给远隔地的混杂物体很大负荷，引起连锁性破裂。

最近，设定与凸凹等构造相对应的摩擦参数非均质分布的边界面，模仿断层滑动的模拟研究非常盛行，这些研究似乎相当成功。今后要进一步发展这种方法，例如，将离散的接触点引入呈相似图形分布的边界面，预测断层滑动的多种动向等，我们期待这一预测思路的研究进展。

3 地震发生的物理模式

如前所述，为了实现基于科学依据的真正的地震预报，我们归根结底必须要了解地球这个巨大系统自身的现象，以及了解其中产生地震这一现象的过程，在观测和模拟的基础上进行科学的预测。

但是，这种用于预报所使用的地震发生模式并非只有一种。目前，作为地震发生物理模式，最受关注接受且获成功的就是根据摩擦构成法则建立的震源核形成模式[1]，以及在此基础上实施的非均质断层滑动的模拟研究。根据其理论，有望观测到在地震发生之前出现的预滑动现象。在监视东海地震的地震防灾对策强化区域判定会上也认为，采用体积应变仪检测出预滑动是预报东海地震的唯一依据。

但目前世界上任何地方都没有观测到确实的预滑动现象。即便是在布设了高密度高灵敏度观测网的日本，在最近发生的大地震的震源近旁也没有捕捉到预滑动。与东海地震相关的1944年南海地震发生之前，挂川附近发现的异常倾斜变化被认为是支持预滑动出现的有力材料，但对它的解释也有人提出了疑问[2]。

这种状态下，光靠预滑动理论支撑地震预报体系能行吗？换言之，也就是说，只把建立在摩擦构成法则上的模拟作为唯一的地震发生模式的研究是正确的吗？

20世纪70年代，也曾有过将地震发生模式的扩容理论[3]作为地震预报决定性的时代。当时，它是能够对异常地形变、地震波速度变化和地下水中氡浓度变化等地震发生前兆统一给以说明，对地震预报未来充满曙光的理论。但随着观测精密化，人们对前兆现象的存在本身也提出了质疑，该理论今天也已失宠。

那么，预测预滑动现象出现的摩擦构成法则的模拟研究，能够作为代替它的唯一的地震发生模式处于主导地位吗？冷静地想想看，在至今尚没有确切的观测实例这一点上，也可以说它与扩容理论的场合和状况没有多大区别。

至少，作为摩擦构成法则的模拟研究，对于期待的信息水平过低，或预想的前兆时间过短，即便是没有观测到，也应该通过模拟本身来证明这其中不得已的理由吧。再者不能只限于依靠摩擦构成法则的模拟研究，还应须尽最大的努力，开发研究建立在与迄今为止完全不同的思路上的新的地震发生模式。

4 面向地震系统科学的研究

安芸（2002）[4]提出，应用标准的模式这一概念汇集地震的科学信息，并在此基础上，提供包括地震预报在内的面向公众社会的信息。其中强调了在预报科学方面，要根据有限的数据提出尽可能多的模式，展开多视角的想象和综合其细节的重要性。针对地震这一极其复杂的地学现象，要依靠一个万能的模式进行预报，本质上说，是很勉为其难的，我们要让尽可能多的科学研究人员开发多种多样的模式，努力探寻更多的可能性。

要不断地意识监测与模式研制之间的精密结合，提出更具机动灵活和想象力的研究各种地震发生物理模式的方案，开发构筑将这些研究作为一个整体的“地震系统科学”。由此，希望在不久的将来，实现科学的可靠的地震预报。

[1]Dieterich J H.A model for the nucleation of earthquake slip.AGU Geophys.Mono.，1986，37：37-47

[2]鷺谷 威.1944年東南海地震の前兆的地殼變動再考.月刊地球，2004，26（11）：746-753

[3]Scholz C H，Sykes L R，Aggarwal Y P.Earthquake predition：A physical basis.Science，1973，181：803-810

[4]安芸敬一.地震予知のための物理モデル序說.地震ジャ－ナル，2002，33：1-8