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【转】汶川地震十年--地震预测的争论(一) 全球地震预报研究的起伏

来源:中国建筑加固改造与病害处理网 浏览:1168次 发布日期: 2018-05-22 13:52

地震预测预报是一个世界性的难题。1976年的唐山7.8级地震不仅使唐山市顷刻间化为一片废墟,仅十几万人重伤致残就给社会背上了沉重的供养负担;1995年的日本神户7.2级地震对日本经济和对外贸易造成严重打击,影响了全球的国际贸易;1999年台湾集集7.3级地震造成了严重的人员伤亡和经济损失,进而给全世界半导体产业造成极大的冲击;2004年发生的印尼8.7级地震引发的海啸,致使受灾国家和地区的损失至少需要20年才能恢复;2008年5月12日汶川8.0级地震所造成的巨大灾害和损失,不仅影响到全中国,也震惊了整个世界。2011年日本9.0级地震和2015年尼泊尔8.1级地震的发生更是让世界各国意识到攻克地震预报这一世界性难题的紧迫性。张晁军研究团队的研究,回顾了全球地震预报研究的历史,现状和展望。


1906年旧金山大地震


对于地震预测预报的研究,要回溯到二十世纪初。1906年是个悲惨的年份,全球爆发了4次8级以上大地震,1906年8月16日智利瓦尔普拉索8.6级大地震就是其中之一。此次地震造成3700多人死亡。智利朝野对担任该国地震观象台台长的法国著名地震学家巴罗未能预测该地震的强烈谴责致使巴罗最后抑郁病亡。同年时为助教的日本今村明恒根据历史地震和自己的研究发表了一篇文章,预测在50年内日本相模湾将发生大地震。这篇文章受到了日本地震学泰斗大森房吉教授的猛烈抨击。他指出文章缺乏可靠的科学依据,会引起社会恐慌。但1923年9月1日,日本发生8.3级关东大地震夺走了14.3万人的生命,当时大森房吉得知被自己否决的大地震发生的消息后,震惊不已,后因心脏病发作去世。可见地震预报对于地震学家就等于生命。


1906年标志着全球在现代地震仪发明并进行观测数十年后地震预报成为民众和科学家思考的问题,地震预测科学开始兴起。自20世纪60年代以来,日、美、苏和中国等国家分别制定了开展地震预测研究的国家计划,地震预测空前发展起来。60年代初把岩石破裂理论同地震学联系起来的研究工作,从物理学和数学上模拟震源过程,地震前兆的野外观测大大发展,在地震活动性、纵波与横波速度比、震源机制、地电阻率、水氡含量变化等方面都取得了某些进展。提出一些预测指标,并利用它们进行试验性预测。“地震空区”法也被提了出来。


美国在1964年3月27日阿拉斯加大地震之前并不重视地震预测工作,1977年国会通过了《地震灾害减轻法案》,把地震预测工作列为美国政府地震研究的正式目标。


日本地震预测研究于1962年提出初步方案,计划用10年的时间集中收集基础资料,包括大地测量、地壳形变观测、地震仪器观测、地震波速度分析、活断层调查和测量、地磁观测以及地电观测等。1978年日本国会通过了《日本大地震对策特别措施法》,这是世界上第一次以法律形式提出的对于大地震的对策。1979~1983年日本的目标是:在继续改进和完善观测系统,加强长期地震预测研究的同时,重点抓关东南部及东海地区的短期前兆,使地震预测向实用化阶段过渡。


我国在1966年邢台地震以后开展了大量地震预报研究,特别是开展“群测群防”观测地震前兆,为探索震前异常与地震发生之间的关系提供了有利条件,对邢台地震余震进行预报试验表明地震是有前兆的。邢台地震之后,又相继发生了渤海、通海、炉霍、永善7级以上地震和数十次中强地震。通过对这些地震的观测加深了对前兆表现特点的认识。大震前不但有各种异常现象,而且它们还显示出阶段性特点,基于这些经验性认识,地震工作者才较好地在海城地震的长期、中期、短期、临震预报阶段做出了判断,从而预报了1975年2月4日7.3级海城地震。尽管预报的震级偏低(5-6级),但收到减轻地震灾害的实际效果。邢台地震后的10年,我国积累了丰富的前兆资料,总结出一系列预报地震的方法,使中国在地震预报研究走在世界的前列。

 

海城地震预报


在此期间美国在纽约兰山湖地区观测到了震前波速比异常,他们也进行了一些地震前兆机制研究。加之1975年中国海城地震的成功预报,在全世界范围内掀起了地震预测研究的热潮。在这种气氛下很多地震学家过度的乐观地认为,无需研究地震机理也可能对地震做出某种程度的预报。


但是很快,学者们发现地震预测的观测基础和理论基础都存在问题:对报道的波速比异常重新做测量时发现结果重复不了;对震后报道的大地测量、地球化学和电磁异常到底是不是与地震有关的前兆产生了疑问。到了20世纪70年代末,大多数早先提出的可能的地震前兆都被确认为对地震短、临预测价值不大。


1978年中国对唐山地震没有做出预报,从根本上说,地震学家们还未从科学上认识地震孕育发生的规律,预报方法是经验性的,而经验总有其局限性。上世纪80-90年代,基于“地震空区”理论,美国地质调查局在1984年发出正式的地震预报,明确指出在靠近帕克菲尔德的一段断层上,最晚在1993年初之前将发生一次6级地震,发震概率约为95%。然而到了1993年年底,预报中的帕克菲尔德地震还没有发生。美国地质调查局宣布“关闭”帕克菲尔德地震预报的“窗口”。而1978年以来,日本地震学家预测的日本西南海岸的南海海沟的“东海大地震” 一直还没发生,使许多人感到悲观,并导致了著名的地震预测专家、“东海大地震”判定委员会主席茂木清夫1997年黯然下台。


唐山大地震


1994年1月的加利福尼亚北岭地震和1995年1月的神户地震、1999年9月台湾南投地震,给了地震预报加倍的打击, 这3个发生地震的地区由于在震前没有一个被看作是危险区而未被关注,三个地区建筑规范极不健全。而这三个地震都是毁灭性的。日本和台湾布设的很多“前兆”观测设备“全然没有发现明确信号”。神户地震后,日本上下一直反思地震预报的地震对策法案,特别是日本国土地理院于1997年公布了一个报告。报告说,在日本目前还做不到像“地震对策法案”所要求的短期预报,并且什么时间能做到也不得而知。与此同时国际地学界也对地震预报提出了一些疑问,特别是对于日本投入大量的观测而阪神地震前却基本没有预兆很失望。

阪神大地震


2008年中国汶川大地震在震中300km的范围内也没有发现明显的前兆,汶川地震“突然”发生了,中国社会质疑中国地震局存在的必要性。全球地震预测预报研究进入了“低潮”时期。


汶川大地震和日本311大地震再一次震惊了全世界,这两个大地震再一次“逃离了”地震学家的视线,发生在地震学家都不“注意”的地方。科学家们在反思地震研究的局限性,因此必须探索地震预测的途径,制定地震研究的方向。有必要加强对地球内部的研究,认识地球内部构造和物性的变化,从而深入研究地震机理及其发生过程中的各种现象。


进入21世纪以来,尤其是最近几年,以互联网为代表的高新技术迅猛发展,特别是移动互联网技术,新型传感器技术,大数据云计算技术以及人工智能(AI)技术的发展这给地震观测和地震处理技术发生了重大变化。一方面新技术大大提高了地球物理和地球化学的观测精度,另一方面地震观测设备价格大大降低。从而使密集地震观测得以实现。观测技术和信息处理技术的提高,带来了地震学的许多新的发现。例如密集和超密集地震观测发现了在地壳深部的新型地震,可观测到俯冲带图像。人工可控震源和密集观测结合可以实现地球深部动态变化观测(地下云图)。人工智能技术可以发现和识别在噪声中极微小的地震,有利于跟踪地震发生过程。密集地震“前兆”网利用大数据技术可以更有效探寻地地震孕育、发生和发展的关系等。因此有人认为地震学将会在新技术推动下不断产生新的发现而发展,推动地震预测研究的新热潮。


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