廣南子

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美專家講座：地震預報的概率和後果

作者：廣南子於 2008-5-13 19:08 發表於最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

作者分類:民生熱點|通用分類:其它日誌

選自[美}Bruce A.Bolt "地震九講「

目錄

1. 中國和日本的地震預報經驗
2. 前兆證據
3. 古地震學
4. 卡斯凱迪亞俯衝帶
5. 計算地震發生的概率
6. 帕克菲爾德地震預報實驗
7. 地震預報的後果

加利福尼亞州帕克菲爾德地震預報實驗場的一台大地測量儀測量地面形變時的激光光束
實現預報的能力經常被作為某一科學學科是否充分發展了的一個標誌。例如，牛頓發展了萬有引力理論，使天文學家們能作出行星運行軌道和宇宙飛船軌道的高精度定量預報。而根據大氣的溫度、壓力和水分含量測量，氣象學家們能夠應用大氣運動的理論公式作出雖然僅是短期的，但具有一定精度的大氣環流預報和天氣預報。

一般來講，科學的預報往往需要給出現象的規模、地點及其發生的時間。在地震學中也一樣，人們總是期望能應用對地球內部作用力的認識預報未來地震的大小、地點和發震的時間。如果能作出非常準確的預報，就可以嚴格地和充分地實施預防措施，從而大大減少生命危害和財產損失。如果我們知道作出的預報是非常不精確的，那就只能發出警告並作出有限的安排。

自古以來人們一直在試圖預報地震。例如，一種常見的觀念是在地震之前會出現一種特定類型的天氣；另一種看法是地震之前動物會表現出異常的行為。即使今天，在多地震國家中也常能聽到當地居民說，某人多次宣稱從對自然環境變化的觀測中具有預報地震的能力。在評論這類說法的可靠性時必須記住，即使一個預報是完全隨機地挑選了一個日期，它也總是有機會對應未來發生的某次地震。

一般認為，一個嚴肅的預報必須詳細說明地點、時間和震級，並對它們給出特定的窄的區間限制，例如，預報一個震級大約7.0左右的地震將要發生在今後7天內，地點為城市A的50千米範圍內。然而這種確定性的敘述往往不可能是完全正確的，因為一個預報總是建立在有限的測量和觀測上，它們往往不是很精確的，地點、時間和震級大小也僅僅是在某種最大似然程度基礎之上給出的。因此除了給出地點、時間和震級外，地震預報應該給出發震概率。

另外，在地震預報中存在著一個根本性的固有困難。假定地震學測量表明在一個時間段內，一定震級的地震可能在某個地震區中發生，那麼在該時間段內完全偶然地恰好發震的可能性不是沒有的。因此，如果一個地震發生，並不可能確切證明所使用的預報方法是正確的，它們在將來某次預報時很可能失敗。當然，如果作出一個嚴格的預報但又什麼也沒發生，那可以證明這個方法不是可靠的，至少不是普遍有效的。正因為如此，預報時也必須說明，即使不考慮特定預報的依據，僅僅作為一種隨機現象，發生地震的可能性有多大。

最流行的關於地震預報的一個看法可能是，認為動物在地震發生之前能預先感知。早在公元前373年的古希臘，有一隻老鼠和蜈蚣在破壞性地震發生之前為安全而搬家的故事。在中國，20多年前有很多關於動物異常行為前兆的報道。最近，舊金山灣區南部的一個地質學家提出一個異乎尋常的理論：在當地報紙的「丟失和尋找」專欄中出現特別大量的丟失貓、狗的消息時，地震要襲擊該地區的概率就明顯地增加了。丟失動物被看成在聖何塞城110千米範圍內和指定的時期內將要發生3.5～5.5級地震的信號。這個地質學家自稱在過去的12年內該方法有80%的成功率，但沒有提出什麼理論去解釋這個奇怪的相關性，並且以此方法在大約15年之前對地震進行預測是不奏效的。

這個奇怪的特例說明，對這種根據動物的異常行為預報地震活動的方法進行可靠性評估存在一定困難。儘管已經有地聲、溫度、電壓等的精密測量儀器，但這些被宣稱的動物反應到底是受什麼因素刺激而產生的，迄今仍無答案。動物不時地表現出許多古怪行為，常常是由地震以外各種自然因素所引起的。所以地震學家認為，僅僅根據動物異常行為預報地震幾乎是不可能的。

把科學雜誌中發布的地震預報與全部實際地震數據作個比較可以發現，沒有一種提出的方法已經被真正證明是可行的。尤其是近20年來，地震預報的進一步深入研究對是否能實現在嚴格的時間和地點範圍內預報地震提出了懷疑，特別是對巨大的破壞性地震。以下3個符合一定標準的由受過科學訓練的人完成的地震預報實例，或許可以幫助讀者理解這個問題。

在地震預報探索中，通常是努力尋找會觸發地震斷裂的力源，不管它是來自地球外部或是內部，就如同最後加上一根稻草也有可能壓垮一頭駱駝的脊樑一樣。人們常想到的觸發力有：惡劣的天氣、火山活動、太陽和月亮對地球產生的潮汐引力等。本世紀50年代後期，著名的科學雜誌《自然》中刊登了一位地震學家的論斷，他說來自天王星的引力會引起地震的周期性發生。這一理論聽起來十分奇怪，因為天王星是離地球最遠的行星之一，它施加給地球的引力與月亮相比簡直微不足道，但據他的統計結果，從表面上看確與地震發生的周期性似乎有些相關。

科學方法中存在這種實際困難，儘管這類表面的相關性有時會有助於揭示力源和地震之間的相互關係，但是看來相關的事件不一定真有物理因果關係，甚至究竟是否真正相關也有待於仔細考察。因為，即使我們不根據物理因果關係而是完全從現象上尋找有相關性的兩個現象，那麼也早晚總能找到，不過其相關可能只是偶然的而已。例如，或許紐約的出生率和喜馬拉雅的暴雨降雨量之間存在著很強的相關性，但這並不意味著二者之間有因果關係。有關天王星的例子也是這樣，人們從較近的行星開始尋找行星引力和巨大地震之間的相關性，但一直找不到，直到嘗試到天王星與地震的關係時才發現它們的相關關係。

第二個例子來自1974年一本由兩個宇航員寫的暢銷書中。作者在書中提出了一個十分特殊的邏輯鏈，說明行星的排列成一線與巨大地震的發生存在聯繫。作者首先指出這種特定的行星排列每隔179年會發生一次，此時太陽受到的引力會增加，這些增加的引力會誘發太陽黑子活動。接下來，較強的太陽活動導致更強的太陽風，即不斷從太陽向外流出的帶電原子核，巨大的太陽風又改變了地球表面的天氣狀況，天氣狀況中包含了不規則的大氣干擾，增加了地表的壓力，例如增加了對於山脈的擠壓，這些額外壓力十分巨大，或許會引起構造運動，甚至災難性地震。

當時已知這種行星特定排列在1982年將再度發生，這一理論的提出人預測1982年聖安德烈斯斷層是大地震的一個可能發生地點。他們的理由是，聖安德烈斯斷層南段自1857年、北段自1906年以來，都未發生過斷裂，岩石應變積累已經很大，行星特定排列誘發大地震的條件已經成熟。

加利福尼亞還算走運，預報的地震沒有發生，因為該理論存在一系列缺陷。首先，全球地震目錄表明，行星發生一線排列的1803年、1642年和1445年——這些間隔為179年的年份，沒有發生特殊的破壞性地震周期活動。加利福尼亞歷史上1803年沒有發生大地震，1445年全世界只有日本偶然發生一次大地震，1642年也只有一次發生在西印度的大地震。相反在1448年發生了4次、1604年發生了5次巨大地震，儘管這些年份並不符合預測的間隔周期。

事實上，科學事實也強有力地反對這種基於簡單的一系列邏輯推理的預報方法。根據牛頓萬有引力理論計算，來自遙遠行星對太陽的額外引力遠不如來自地球以及金星的引力大。按上述作者的思考方式，我們不僅要考慮179年的行星排列間隔期，還要考慮鄰近太陽的行星之間的各種排列。

第三個誤導的地震預報事件發生在秘魯，幾乎給城市造成混亂，因而引起了公眾對巨大地震預報真實性的爭論。1976年，歐洲的科學雜誌上發表一些文章，研究岩石裂隙如何在壓力下產生地震波。這一理論工作被認為不僅僅適用於小規模的礦床岩石斷裂，而且適用於大規模的地質斷層滑動。進而它被認為能預測即將發生的大規模斷層斷裂及其伴生的地震發生的精確時間、地點和強度。

就在這篇文章發表不久，兩位科學家應用這一岩石破裂理論研究了1974年在秘魯利馬附近發生的兩次大地震。結果他們認為在城市附近已經醞釀形成大震發生的條件，該地區已經進入大震「孕震期」，並且計算出大約6年之後將會發生一次8.4級的主震。由於這兩位科學家是為美國政府工作的，因此他們的結論馬上被認為是可靠的，他們的預報很快引起了秘魯公眾和政府的關注。

這一預報的評價被提交給美國地質調查局下屬的國家地震預報評估委員會，它專門負責對重大預報進行分析評估。委員會的報告否定了該預報，事實上以後也並沒有巨大地震襲擊秘魯。從1980年到本書出版一直沒有發生大地震，對這個許多建築不具抗震能力的國家真是一件幸事。由於秘魯處於納斯卡板塊俯衝邊界的地震活動帶，毫無疑問，板塊俯衝斷裂遲早會產生大地震，但我們尚無從知道它將於何時發生。

一種廣義的、但重要的預報是，通過對有關歷史地震活動的研究，特別是對構造板塊邊緣地帶的研究，將有可能確定發生破壞性地震的可能地點。然而這些歷史記錄不能使我們精確地預報地震發生的時間，除非對特定地質環境有更多認識。地震的發生並不遵循有規律的時間表。即使是在中國，那裡記錄下了近2700年間的500～1000次破壞性地震，統計研究也仍無法揭示主要地震存在周期性。它們僅提示在發生一系列大地震的活動期之間，可能會經歷一段長時間的平靜期，各次平靜期長短不一，不存在嚴格周期性。