苏青的博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/suqing1961 读好书明是明非明理, 效前贤做文做事做人。

博文

史保平:地震预测和防震的美国经验 精选

已有 3225 次阅读 2008-5-26 12:30 |个人分类:科坛漫步|系统分类:科研笔记|关键词:地震预防,美国,采访| 美国, 地震预防, 采访

本文刊载于2008年第10期《科技导报》
作者:本刊记者  黄永明
史保平,中国科学院研究生院地球科学教授;1982年毕业于北京大学,同年考入中国科学院地质与地球物理研究所,获理学硕士学位;1999年美国内华达大学地震实验室获地球物理博士学位;1999-2001年从事地震学方面的博士后研究,师从世界著名地震学家James N. Brune 教授;2001-2005年任职于美国肯塔基大学地质调查所,从事工程地震与地震危险性方面的研究。
 
四川汶川大地震发生后,史保平教授接受了《科技导报》专访。
 
科技导报:地震学家Geller于1997年发表了一篇很有影响的论文,提出“地震是不能预报的”。你怎么看待这个观点?
 
史保平:Geller博士的文章有他的道理。在美国的时候,我的导师Brune博士也认为地震临震预报难度非常大,因为地震断层活动的力学机制目前我们所知甚少。由于地球内部断层的受力状态并不是我们想象的那么简单,加上观测资料非常有限,现今的断层动力学模型、实验室里的物理模拟并不能清楚地解释地震的孕育和发生过程。在我们所用的教科书中,Brune 模型至今仍然应用于对断层运动的描述和对地表运动的预测。
 
一个地震事件发生以后,断层和断层周围的构造应力场都会发生变化,这种变化都可能是无序的,发生于该地的地震都可能诱发另外一个地方的地震。两个地震发生的位置可能相差几百或几千公里。这样的诱发过程是怎样传递的,目前仍然无法定量地预测。
 
在中国,有关地震预报的研究已有几十年的时间了,也付出了几代人的努力,但事实证明,短期临震预报还是有相当大的困难。一般说来,中长期预报可以知道特定地震活动带或地震活动区内未来几百或几千年内地震发生的潜在危险性。这种潜在的危险性包括了特定地区的最大地震震级以及相对应的地表运动强度。地震空区理论是中长期预报的基础。
 
科技导报:你是怎么看待临震预报的?国外有关于临震预报的研究吗?
 
史保平:陈运泰院士为研究生讲授的《震源物理学》,很大一部分的工作是介绍Brune博士在20世纪60年代至七八十年代所做的工作。这些工作是基于对美国加州每一次不同地震个体的现象的观测所得出的结论。
 
在美国加州Partkfield长约30 km的断层上,1966年的时候发生了震级为6.0 的地震。地震科学家根据历史地震的研究,包括古地震的研究发现,从没有地震监测仪器的时候开始,在这条断层上平均每隔22年就会发生一次震级为6.0的地震。
 
当时大家比较高兴,认为地震有可能是可以预报的。所以,美国的科学家想监测下一次的地震是否仍旧符合上述规律,以此来判断地震是否可以预报。于是,就在那个地方布置了很好的台网,在断层两边打出深井,把仪器放在井下用于探测地震来临时断层两边位移的变化。假如以往的规律成立,1966年发生地震以后,在95%概率的基础上,1988-1992年应该出现下一次的地震。
 
结果20世纪80年代一直没有地震出现,一直等到2002年1月相同震级的地震才发生。虽然这次地震产生的地震波记录跟历史上的地震记录一样,且震级也是6.0,发震断层的位置和长度也一样,这一点美国《科学》杂志上已有文章介绍,说波形等各方面指标和以前是一样的,但是地震发生的时间却比预测的晚了十几年。由此可见,对地震的预测太难了。
 
临震预测方面,美国也有人一直从事这方面的研究工作。2004年,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的一位非常有名的70多岁的俄国籍科学家,通过几十年的研究建立了一个模型,并用他的模型成功验证了无数个已经发生过的地震,时间、空间和震级等参数都能一一对应。于是,在2004年4月份召开的美国地震学会年会上,他用这个模型预测,该年度10月份在南加州某个地方会有地震。很多媒体对他的预测都进行了报道。结果到时候地震并没有发生,一年半载之后别的地方有小震发生,但跟他预测的完全不同。这还是著名的地震学家做出的工作。这位科学家的模型是基于已经发生的地震的参数进行的模拟,但是对未来的地震并不能够进行准确的预测。
 
地震预报有3个要素:时间、空间、强度。目前中国科学家包括中国地震局的研究人员在内,所做的工作实际上还是很深入的,比如四川汶川、北川在1657年有过地震,龙门山1958年也发生过6.2级地震。整个这条断层是会有地震发生的。中国地震局做的工作也是足够深入的,不过因为地震预报的难度太大,所以只能判断这个地方具有潜在的地震危险,早晚会有地震发生,但是目前的技术还是无法判断地震发生的准确时间和震级。
 
科技导报:中国人常常讨论地震前兆,比如蟾蜍迁徙、狗的异常现象等等,国外有这种说法吗?
 
史保平:国外有人做动物方面的相关研究,但并不完全一样,比如研究老虎在地表震动时的情绪反应。而震前动物的表情和情绪异常往往不好监测。
 
被称为唯一一次预报准确的地震——中国海城地震,虽然震前预兆特别明显,比如动物异常、天气闷热,但这并不能说明和地震有直接联系,动物异常也许是由别的原因造成的。地质现象非常复杂,各种地质现象都可能造成动物的异常或者其他异常现象的发生,所以动物异常不能被简单地当作地震的前兆,而且也不是每次地震都有明显的前兆现象。可以肯定地说,还没有科学证据支持动物可预测地震。
 
科技导报:有人说,大地震之前有些动物可能有反应,小孩和老人在地震前也有一些反应,而中青年人则没什么感觉?
 
史保平:这个很难说。地震来的时候,有些动物对一些低频波有可能感知到,这在生物学方面是值得研究的。已经有人在做这方面的研究,有的还比较深入。
 
地震的每个个例都不一样,有的有前兆,有的什么都没有。有的是主震型,有的是双震(断层多次破裂),不同的断层的形态也不一样,地震产生的类型很多。
 
每次地震的发震过程都不尽相同,很难找到规律性的东西。同时也很难在实验室里重复地震的过程。实验室中得到的很少的岩石标本,拿到地表很难说和在地底下时是不是一样。实验室只能做一些简单化的实验,真正的地球介质和地壳内部的真实变化从根本上讲我们知道的还很少。
 
科技导报:美国应对地震的策略是什么?侧重点在什么地方?
 
史保平:美国应对地震的基本思路是“防”。比如,已经知道某个区域是一个地震活动区或者地震带,那么,通过我们对几千年里地震情况的研究和积累的知识可以知道,这里未来肯定会有地震发生。那么,美国就会投入很大的力量来对这个区域进行实时监测。此外,美国人还在研究一种预警系统,它能在地震发生的几十秒钟之内把重大的设施和设备关闭。
 
比如,到目前为止,美国加州的工业很发达,但地震很多,尤其是20世纪七八十年代以后地震频繁,断层穿过了整个大的城市。怎么办?他们从“防”的角度出发,在抗震、减震方面动了很多脑筋。比如,大型的核电厂就设计在远离断层的地方。在建筑物的防震方面,他们也有一套办法。
 
美国有个杂志已经报道,北加州在今后30年里,约有99%的概率会爆发一次大型的地震,并将会和1906年的旧金山地震以及这次汶川地震的规模差不多。1906年加州旧金山的地震破了400多km的断层,我们这次汶川地震的断层是300多km。但是,这个杂志报道的地震预测也只能预测在30年之内,具体什么时候发生仍然不能预测。
 
对于临震预报,目前美国科学家也没有更好的预测技术。断层的激光测距做得很好,但仍然是作为一种监测的手段。所以,我认为,中国地震局这几年投入力量作监测是没有错的,必须进行仔细的监测以后才能继续开展深入的研究。用其他的异常现象来进行地震预测不是没有道理,但是从科学的角度来说,地震预测毕竟要基于科学的理论。如果遇到上报哪个地方将要发生地震,专家们要会商,国务院要作决定,这都是很严肃的事情。如果进行了地震预报,疏散了几百万人口,但是没有地震发生,这必定会引起公众骚乱和社会动荡。
 
美国伊利诺大学香槟分校(UIUC)中美地震中心主任埃尔纳赛近期表示,有些人称自己掌握了预测地震的模式,但后来都证明方法失败。对真正成功的地震预测来说,必须预测到地震等级、发生的时间与地点;这些项目如果错误,则将可能产生严重后果。埃尔纳赛举例说,如预测到A城市会发生大地震,A城市的人们撤离到B城市,结果最后却是B城市发生地震;或预测上午9时会发生地震,人们准时撤离,但却发现地震未发生,在隔天回家后反而发生地震;或是预测这是一场7级大地震,学校、政府机关、商店都关门,结果只是个2级地震;因此,只要有一个项目错误,就都会让预测产生负向效果,而非正向效果。而到目前为止,还没有人能正确预测地震。但是,在小范围进行长期的观测和试验,应该予以鼓励。
 
科技导报:所以,在地震带上还是应该以防为主?
 
史保平:我认为是以防为主。严格按照建筑标准,以防为主;或者在一些大的断裂带,不适合人居住的话就不要居住了。不适合盖水电站、核电厂等各种重大设施的地方,也一定要避开这方面的建设。
 
美国有这方面的例子。20世纪70年代,美国北加州要建核电厂,地质学家突然发现那个地方有条活动断层,历史上曾经发生过地震,不过发现的时候已经投了几亿美金进去,但是当时还是立即叫停了这个工程。这是必须停的,因为如果地震发生,核电厂一旦发生核泄漏,整个生态环境将不堪设想。其他的核设施、大型的水坝、桥梁都是如此。
 
科技导报:这是一个成功的案例。有失败的例子吗?
 
史保平:这方面,印度有过失败的例子。印度某个地方有断层,曾经发生过地震,但当地政府偏要在那里建水坝。20世纪90年代的时候,Brune博士知道这件事后,立即就给当地政府提出强烈的反对意见,认为这个地方肯定会有地震发生,不能建水坝。结果当地政府没有采纳他的意见,上世纪末的时候,那里果然发生了大地震,水坝受到了严重的损坏。
 
采用以“防”为主成功的例子比较多,最有代表性的是,2001年,中国昆仑山发生大地震,断层裂开500多km。随后,2002年,美国阿拉斯加发生了规模相当的大地震。当时,英国石油公司从阿拉斯加北面修建的一条输油管道,却没有受到任何影响。因为管道必须穿过断层,当时修建时就知道这条断层今后会发生地震,于是设计的时候就把管道设计成了S型,避开了断层。地震发生之后,管道安然无恙,输油管没有受到任何破坏。
 
另外一个例子是地震预警系统。1983年,美国Idaho 州发生7.3级地震。早期地质地球物理的研究表明,该地区的断层是活动的,未来有地震的潜在危险。因此,建立在该州的原子能实验室安装了地震预警系统,地震来临时实验室的所有设备得以及时关闭,避免了灾难的发生。在测震学中,地震波由体波和面波组成;体波包括了P波和S波,对建筑物造成破坏的是S波,而P波的传播速度比S 波快。因此,当测震仪器接收到P波时,通过触发有关的控制系统,就关闭了所有的实验装置。这是比较成功的例子。
 
发达国家在防止地震灾害时,体现的是以人为本,房屋建筑一定要按照标准施工。在加州,建筑施工一定要按政府规划的设计图去做,不能偷工减料。我国也有地震危险性区划图,哪个地方地表运动量大也都标示出来了。这些地方的建筑和工程应该特别注意,必须严格按照规范施工。华北地区、北京地区都是地震高危地区,这些地方未来的建筑设计和施工都应按照地震抗震规范来做。
 
科技导报:西方对中国海城地震的预报成功有什么看法?
 
史保平:西方的地震教科书都提到了这次地震预报,但仅仅把它看作是一次经验,而不是一个理论。因为后来的渤海地震、唐山地震,还是没有预测到,之后也没有临震预报的成功记录了。所以说,海城地震的预报成功只是概率很小的一次偶然事件,临震预报还是很难的。
 
李四光先生在世的时候,邢台地震之后,他也预测到华北地区在一定时期之内会有地震,但是到底是哪一天在哪一个断层会动,还是无法具体预测。临震预测难在我们无法从物理上完全了解地球内部的运动规律。
 
地球物理就是研究地球内部的物理过程,我带的研究生就是想研究断层是怎么运动的,怎么破坏,破坏以后是怎么回事,并从数据上、物理上予以解释,然后在地震观测中检验。如果地震天天来,积累数据量足够多,也许了解得就深入一些、快一些。但这是偶发事件。8级以上的大地震,全世界平均一年也就一次。
 
科技导报:现在仪器的观测有什么新的方向吗?
 
史保平:一个是这几年发展起来的GPS应用比较广泛。GPS是空对地的大地测量,比如测量整个地球、华北地区或者云贵川地区每年的地壳形变有多大,比我们一般的大地测量精度要高很多。另外,高精度激光测距仪、多分量井下数字地震仪、强震仪、海底地震仪、无线传感网络、光纤通讯加速度仪等,都已应用于对地震和火山活动的监测。
 
科技导报:仪器观测需要在哪些方面拓宽思路?
 
史保平:把仪器放在地下去看,这样可以把地表的干扰屏蔽掉。20世纪90年代,美国加州已经将地震检测仪放置到2 km的深井中记录微震;近期的工作包括穿越圣安德烈斯断层的10 km深的深井钻探计划,将相关的监测仪器逐步放入断层内部,有望对断层的运动获得全新的认识。另外,仪器要做好的话,硬件很重要,就像计算机一样,自主研发新一代数字地震仪是必须的。我们国家在仪器方面,硬件比别人落后一些。
 
科技导报:中国的地震台网目前站点的密度如何?
 
史保平:还不够。美国GPS台站、地震台站密度非常大,特别是对几个主要地震活动区所设立的台站就更多了。EARTHSCOPE计划预计在全美增加的地震台站达8 000个左右。美国国家基金会及美国内政部下属的美国地质调查局(USGS)都在抓紧新的台站建设。美国中部和东部许多著名大学与美国宇航局(NASA)、美国地质调查局(USGS)合作实施一项新的地空观测计划,预计对未来20~50年之内的地震做出准确的预报。这也是一项雄心勃勃的计划。从以前的模拟技术到现代的数字技术,从没有强震台网到密集的强震台网,融合创新技术的各种监测仪器,加上先进的网络通讯,使得他们的监测力量很强。
 
这次第一个报出四川汶川地震的震级和震中的国家是美国,比我们大概早了十几二十分钟。而且当时他们是在深夜的凌晨,而我们是在白天。虚心学习发达国家先进的科学和技术,引入科学的管理体系,是我们迈向强国的第一步。


http://blog.sciencenet.cn/blog-2247-26703.html

上一篇:陈运泰院士详解汶川大地震震级修订原因
下一篇:“我与科协”征文增加抗震救灾征稿内容

0

发表评论 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-7-21 06:17

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部