帕克菲尔德:失败的地震预测实验

帕克菲尔德位于美国加利福尼亚州南部,著名的圣·安德烈斯断层从此经过。这条断层是太平洋板块和北美板块的分界,太平洋板块相对于北美板块向北滑移,每年可达35毫米,是地球上地震活动最活跃的地区之一。

到了1970年代末,地震学家注意到一个非常有意思的现象。从1857年以来,这里每隔22年就会发生一次6级左右的地震。到1980年,这里已经发生过6次地震,最后一次是1966年。那么,下一次会在哪一年?1988年?

预测地震

当然,不能仅凭一个相似的周期就做出判断。在预测这次地震之前,地震学家做了大量的研究,尤其是比较了最后三次地震的相似性。

比如,这几次地震的震中基本在同一个位置,断层破裂范围也一样,震级一致(6级左右),造成的地面震动的时间大约为10秒。不仅如此,1966和1932、1922地震的地震波记录也是惊人的类似。

除了地震周期外,还有一个更令人振奋的现象,1966年地震和1934年地震之前,还发生了前震,而且前震和主震时间间隔几乎一样,分别是17分17秒和17分25秒。,前震的地震波记录也是如此类似,震源几乎相同,震级都是5.1级!那么,下次地震还会有前震吗?前震是可以被分辨出来的吗?

地震之后,1934和1966地震的余震发生范围也几乎相同。根据震后调查,1901、1922、1934、1966地震造成了许多位置重复的地裂缝。

惊人的相似!

这些,促使地震学家最终在1985年做出预测,并由美国地质调查局(USGS)向政府及公众发出如下通告:即日起(1985年4月5日)至1993年之间,在帕克菲尔德地区,有超过90%的可能性,发生一次5.5~6级的地震!

科学家信心满满地做出了这样预测。

枕戈待旦

这个预测发出以后,在美国社会引起了强烈的反响,媒体连篇累牍地进行报道,公众参与热情高涨。USGS联合当地政府制定了地震预警计划,分为A、B、C、D四个等级,当达到最高危险等级的A级时,USGS就会通知政府,由政府向民众发布地震预警。此外,当地政府还印发了一本名为《帕克菲尔德地震预测》的小册子,内容包括了地震危害、预报及短期预报、如何应对地震等内容。媒体和政府的努力非常有效,后来了一项调查表明,这一地区几乎所有的人都知道这次地震预测,这也增加了当地人防御地震灾害的意识。

当然,科学家更没有闲着。USGS与多家大学及科研机构合作,在帕克菲尔德布设了大量的仪器,包括地震仪、强震仪、地磁仪、大地测量台网,还有测量大地变形、地下水水位、大地电导率、地下气体(如氡气)、地震沙土液化等的仪器,有些被放置在了地下几百米的钻孔中,安置了几台摄影仪,打算拍摄地震来时地面的反应。这些设备可以用来捕捉地震前兆、记录地震破裂过程以及定量测量地震带来的破坏,为工程抗震设计提供参考。这些数据都会通过无线发射器实时传输到USGS。

总之,帕克菲尔德拥有当时世界上最密集的地震监测网络,其影响也已超出了学术圈,从预报发出那一刻起,就有无数人开始翘首企盼这次地震的到来。

爽约的地震

时间就这样静静地流淌着,1985年过去了,这股热潮慢慢地消退,剩下地震学家进入了漫长的等待。

1990年过去了,地震没来。

1991年,没来。

1992年,没来。

1993年,时间窗口只剩最后一年了。但是,地震还是没有来。

不过,从1992年10月到1993年11月,帕克菲尔德倒是发生了三次4.3级左右的地震,其中有一次,和1966年地震前三天发生的一次前震比较类似,但和前几次的“17分钟”前震差别较大。而到了1994年,这里又发生了一次4.7级的地震。但是,等了十年的 6级主震一直没有来。

怎么办?最终,经过评估,地震学家认为帕克菲尔德在未来一段时间内,仍有相当大的可能性发生一次6级地震,这个项目仍需要进行下去,不过由于经费有限,不得不去掉一些仪器,有些功能做了改变或升级。

到了这个时候,质疑地震预报的人越来越多。而1995年,毫无征兆的日本7.3级阪神大地震更是让这种质疑的声音空前高涨。这次地震就发生在城市下面,造成6000多人死亡。它来得悄无声息,使得日本高涨的地震预报研究戛然而止。

帕克菲尔德地震预报的失败和日本阪神地震的不约而至,严重挫伤了地震学家的信心,一时间,地震不能预报的观点似乎占了上风。这一派的观点以1997年《自然》杂志上的一篇文章为代表,认为地震是一种自组织临界现象,具有随机性,不能实时预报。当然,这种看法遭到了很多人的反对,并引发了1999年《自然》杂志组织一次地震预报大辩论,历时7周,来自7个国家的15位科学家参与,其中包括中国地震局吴忠良研究员。这次争论虽然两派观点相左,但有这样一个共识:我们到现在还不知道地震到底是什么,地震的过程是怎么样的,地震研究还有一段非常长的路要走。这次辩论直接影响了日后各国应对地震的策略,短期预报不再被重视,长期的地震危险性评价成为了主流。

姗姗来迟

就这样,进入了新千年,帕克菲尔德也没有什么的变化,直到2004年9月28日。过去的几天,这里非常平静,连一个0级地震都没有,地震前24小时,也没有记录到任何可识别的前兆信息。下午5点28分,地震就这样无声无息地来了,6级。

这次地震的表现和前几次十分类似,一致的震级,一致的破裂范围,一致的地震波记录,造成的地震震动也持续了大约10秒。

但为什么它来迟了呢?

1983年地震

目前,还没能确定原因。但大都认为,可能是1983年发生在帕克菲尔德东北25公里的地方一次6.5级的地震造成了这次地震的“爽约”。地震是断层上应力积累到一定程度,两侧突然发生错动的产物,错动变形在断层处最大,远离断层处变小,这会造成受影响的地方应力发生变化,有的地方增加,有的地方降低,这叫应力传递。应力降低的地方就会造成地震的延迟。恰好,帕克菲尔德地区位于1983年地震造成的应力降低区,所以地震到来的时间比预期晚了11年。

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