日本地震學(xué)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(xué)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(jìn)行地震長期預(yù)測,并廢棄試圖預(yù)測“東海地震”的系統(tǒng)。

在過去的20年左右時間,日本一些地震學(xué)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(xué)榮譽(yù)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(qū)的9.1級地震發(fā)生后,很多日本電視節(jié)目中的權(quán)威人士則稱此次地震“無法預(yù)見”。

那些“可預(yù)見”的地震是將來可能發(fā)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(qū)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(shù)作為模型的輸入?yún)?shù),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(quán)威,但在所使用方法得到驗(yàn)證之前,模型終歸是模型。危險性圖上被評估為最危險區(qū)域位于3個假想“設(shè)定地震”(東海、東南海和南海,見圖1)的地震帶上。但事實(shí)上,日本自1979年以來造成死亡10人以上的地震都發(fā)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(qū)模型[2-4]造成的一系列負(fù)面結(jié)果強(qiáng)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(yīng)該被摒棄。

在過去的100年間,全球范圍內(nèi)共發(fā)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(qū)),由此表明俯沖帶地震的震級上限并不取決于俯沖形態(tài)的細(xì)節(jié)[5]。大規(guī)模海嘯頻繁襲擊日本東北地區(qū)的太平洋沿岸,其中記錄較好的1896年三陸海嘯最大浪高達(dá)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(dāng)或略小。

如果把全球地震活動和日本東北地區(qū)歷史地震記錄用作評估地震危險性的基礎(chǔ),一般來講,3月11日日本東北地震應(yīng)該很容易“預(yù)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(yīng)該被納入福島核電廠的初始設(shè)計。

1 “東海地震”

20世紀(jì)60年代,板塊構(gòu)造理論作為固體地球科學(xué)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(shù)據(jù)與板塊構(gòu)造相結(jié)合,進(jìn)行大地震的長期預(yù)測。這一研究思路非常簡單。將一段時間內(nèi)沒有發(fā)生大地震的地區(qū)稱為“地震空區(qū)”,并認(rèn)為即將發(fā)生大地震。但是這種地震空區(qū)假設(shè)沒能通過現(xiàn)實(shí)檢驗(yàn)[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(yùn)動相匹配。但我們現(xiàn)在知道,這種“追趕”過程并不是規(guī)則和周期地發(fā)生,3月11日地震的發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了此事實(shí)。

圖1 現(xiàn)實(shí)的檢驗(yàn)。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(fā)生在圖中的低危險性的地方

20世紀(jì)70年代中期,當(dāng)?shù)卣鹂諈^(qū)模型在全球地球科學(xué)界廣泛傳播時,日本的幾位研究者認(rèn)為東海地區(qū)附近的板塊邊界帶是可能發(fā)生8級地震的(地震)空區(qū)[6]。與之相鄰的東南海和南海地區(qū)也被貼上了地震空區(qū)的標(biāo)簽[7]。然而,1975年以來這些地區(qū)并未發(fā)生任何大地震,但它們?nèi)员蝗毡菊缍槿毡咀钗ｋU的地區(qū)(見圖1)。

在過去的30年左右時間,政府發(fā)言人和大學(xué)的科學(xué)家與政府的地震調(diào)查研究推進(jìn)本部(或其前身)相聯(lián)合,經(jīng)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(rèn)為是一個“真實(shí)的地震”,而不僅僅是一個缺乏根據(jù)的設(shè)想(日文谷歌搜索中有178萬點(diǎn)擊量)。這些誤導(dǎo)了公眾相信時鐘正在無情地走向一次8級地震發(fā)生的時刻,這個地震一定會在不久襲擊東海地區(qū)?！皷|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(yīng)該到此為止。

2 無法預(yù)測的地震

縱觀地震學(xué)歷史,提前幾小時或者幾天給出地震預(yù)報意見一直備受質(zhì)疑,這種質(zhì)疑是有充分理由的[8](參見go.nature.com/ahc6nx)。然而,在20世紀(jì)60年代末和70年代初,蘇聯(lián)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(jī)構(gòu)也參與進(jìn)來,并都得到了肯定的結(jié)果,地震預(yù)報研究由此信心倍增?！蹲匀弧冯s志的編輯們在1973年寫道“現(xiàn)在的形勢在某些方面類似于1939年核裂變突然變成了現(xiàn)實(shí)”[9]。同時,一些正面結(jié)果陸續(xù)在《科學(xué)》以及其他主要的專業(yè)雜志上發(fā)表。

這些正面的文章主要是聲稱發(fā)現(xiàn)了地震“前兆”。比如,在1973年《自然》雜志上發(fā)表的一篇文章中述及的一些相關(guān)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(fù)到正常值,則是地震即將發(fā)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(yù)報出來。到了70年代末,大多數(shù)研究者清楚地認(rèn)識到,之前提到的前兆是一種假象。地震預(yù)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(zhí)迷不悟的人主張前兆研究。

3 無根據(jù)的預(yù)測法律

到了20世紀(jì)70年代中期,公眾對“理應(yīng)”即將發(fā)生的東海大地震的議論達(dá)到了近似恐慌的程度,而這正是由日本氣象廳以及大學(xué)的科學(xué)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(xiàng)已生效的法律要求日本氣象廳運(yùn)作一個每周7天、每天24小時的監(jiān)測系統(tǒng),來檢測能夠表明3天之內(nèi)將會發(fā)生東海地震的前兆信息。如果觀察到的信號一旦被認(rèn)為是前兆,由5位地球物理學(xué)家組成的專家組就會評議數(shù)據(jù),日本氣象廳長官會通知首相,然后內(nèi)閣宣布進(jìn)入緊急狀態(tài),東海地區(qū)的幾乎所有活動都會停止。

這項(xiàng)法律在其他國家并沒有先例,它假定可靠的前兆信息確實(shí)存在。特別是,由于一份報告中聲稱日本1944年地震前發(fā)現(xiàn)了大地測量前兆(見參考文獻(xiàn)[6]中圖2),氣象廳的主要目標(biāo)是獲得滑動的大地測量證據(jù)。然而1944年的數(shù)據(jù)是在距離震中很遠(yuǎn)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(shù)據(jù)的測量使用了過時的技術(shù),存在相當(dāng)大的不確定性。全球定位系統(tǒng)(GPS)或者任何其他現(xiàn)代觀測技術(shù)都沒有發(fā)現(xiàn)這類現(xiàn)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(xiàn)象,即“帕爾代姆膨脹”(PalmdaleBulge),后來也被證明是假象。

基于1944年數(shù)據(jù)開展的大規(guī)模觀測研究計劃其實(shí)沒有必要。然而,難以相信的是日本政府竟在此基礎(chǔ)上運(yùn)行了一個具有法律約束力的地震預(yù)測系統(tǒng)。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(yù)測系統(tǒng)就是為了預(yù)測將要發(fā)生在駿河灣(SurugaBay)的一個8級地震,即東海地震(Tokaiearthquake)。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步還不能對其他地震做出預(yù)報。”但是,目前的觀測臺站比1978年要多得多,如果這個系統(tǒng)真的能夠預(yù)測‘東海地震’,那么顯然目前這個系統(tǒng)能夠預(yù)測所有的8級地震。

4 是時候了

“東海地震”預(yù)測系統(tǒng)緣何能存在30年之久,卻幾乎聽不到日本大多數(shù)主流地震學(xué)家的訴求?這種沉默原因復(fù)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(jī)構(gòu)的官員來挑選;第三,盡管平面媒介確實(shí)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(tǒng),政府經(jīng)常會通過那些缺乏科學(xué)常識的記者將其觀點(diǎn)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(yù)測東海地震是其法律上的義務(wù)。

現(xiàn)在,是時候了:坦誠告知公眾地震是不可預(yù)測的,拋棄東海預(yù)測系統(tǒng),同時廢除LECA。事實(shí)上,整個日本都處于地震危險之中,而地震學(xué)現(xiàn)今狀態(tài)還不允許我們可靠劃分特定地理區(qū)域的危險水平。相反,我們應(yīng)該告知公眾和政府為不可預(yù)料的地震做好準(zhǔn)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(xué)的基礎(chǔ)研究必須堅實(shí)地依據(jù)物理學(xué),公平審議,應(yīng)該由日本頂尖科學(xué)家,而不是由不露面的政府官員來領(lǐng)導(dǎo)。

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?zhí)熘?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。