地震(Earthquake)預測(Forecast)的新展望

地震(Earthquake)預測(Forecast)的新展望
知識通訊評論第68期

五月間四川發生大地震，再度引起對於地震預測的討論。一個多世紀來，這是地震學家束手無策的問題。最近英國與中國科學家宣稱，他們有了新的方法。


儘管經過百年以上的努力與研究，地球物理學家們至今仍無法準確預報地震可能發生的時間與地點。有人甚至悲觀的認為這個目標根本是一項「不可能的任務」。
近日英國與中國的地球物理學家表示，他們已找出一種新的地震監測方法，能夠預測地震發生的時間、規模甚至地點。根據目前掌握的數據，這種方法能在小型地震發生前一小時，或在大型地震發生前數個月發出警訊。相關研究論文五月間發表在《地質學》（Geology）期刊上。

英國愛丁堡大學的昆平（Stuart Crampin）與研究團隊認為， 關鍵在於將研究焦點從過去專注的地質斷層帶移開，取而代之以更廣的視角。

研究領導者、英國愛丁堡大學的昆平（Stuart Crampin）與研究團隊認為，關鍵在於將研究焦點從過去專注的地質斷層帶移開，取而代之以更廣的視角。他認為監測斷層帶本身無法提供預報地震所需的資訊，而這些資訊卻可在距斷層帶數百公里外之處，藉由監測壓力值而取得。

昆平教授說，過去的地震預報研究多半在調查震源，或用統計方法分析地震模式。但經過一百二十年的嘗試，這兩個方向看來都不成功。為了與傳統方法作區別，研究團隊將新方法命名為「壓力預報」（stress-forecasting，或稱應力預測）。

壓力定位

「壓力預報」法利用一種稱為「剪切波分離」（shear-wave splitting）的現象作為分析基礎。剪切波（S波，橫波，只能於固體中傳播）在傳遞經過上部地殼的微裂隙（microscopic cracks）區域時，會分離成兩個與微裂隙互相平行和垂直的剪切波，這兩個波分別以不同的速度穿越岩層，因此抵達偵測器的時間也就不同。

研究人員表示，微裂隙的順向排列反映了地殼內的壓力大小，壓力越大，排列的裂隙越多，而兩種剪切波到達偵測器的時間差也就越大。

過去研究人員利用衛星照片中地面的位移，間接測量地震帶的壓力，但這終究只能粗略估算地層中的壓力變化。研究人員也曾於斷層帶直接監測，但這些局部性的數據皆無法顯示滑動發生的時間和地點。昆平說，局部性的效應是混亂而難以預測的。

「壓力預報」法利用一種稱為「剪切波分離」（shear-wave splitting）的現象作為分析基礎。

他表示，應用新方法來監測大範圍內的壓力變化，便可將不可預測性降至最低。

一九九九年十月，冰島西南方的地震監測站回報，觀測到剪切波分離時間延長的情形，延長的幅度近似於四個月前曾發生過，芮氏規模五點一的地震。

當時昆平與研究團隊隨即預報，「近期」將可能發生規模相近的地震，抑或在三個月內發生規模六左右的地震。三天後，果然發生一場芮氏規模五的地震。

這顯示剪切波分離的現象可提供預報地震所需的重要資訊。昆平與研究團隊經過進一步研究後表示，透過更詳細的監控，如今將可針對地震發生的時間、規模與地點提出預報。他們並列出發生地點遍及美國加州到中國大陸的十五場地震，幾乎都曾在地震發生前測得模式相近的剪切波分離時間延長的現象，這些都可以作為預告地震發生時間與規模的指標。

他們進一步表示，地震發生的確切位置將可透過其他指標推知，包括剪切波分離時間延長的模式、速度的變化等。這可能肇因於小裂隙受擠壓隱沒於大裂隙破裂時所釋放的壓力。

需更多資料

長期分析統計數據試圖預測地震、美國加州大學戴維斯分校的地球物理學家朗德（John Rundle）認為，任何新方法都需要更多的測試以驗證它的效力。

朗德認為地震預測並非毫無希望，但他認為若從基本的岩石力學著手的話，前景十分艱難。他以為，我們對於監測岩石的特性所知甚淺，而其中所含的變因更是複雜。昆平則認為他避開了此一難題，他考慮的是整個系統，而非個別岩層的力學。

1963-1998全球35萬餘次地震分布圖

然而，這種新方法也有施行上的困難。例如比起傳統方式，它需更多關於地震帶的數據，且數據更必須一致。常用於產生人造震波以測知油藏的地底設備可提供此類數據，然而代價高昂；此類震波產生與感應器亦必須深埋，則更增其成本。

昆平表示，設置一個三孔鑿井壓力監測系統（three-borehole stress-monitoring site）將可監測附近四百公里內所有具破壞性的地震，一座造價大約為四百萬至一千萬美金。昆平及研究團隊已提議建立全球監測網，包括一千五百個這樣的監測系統。他說：「這聽起來野心確實很大，但許多證據證明它的確有效。」