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標題: 地震科學的幾個發展趨勢(2) [打印本頁]

作者: ramosdaniel1253 時間: 2010-8-24 22:57 標題: 地震科學的幾個發展趨勢(2)

3 從觀測（observation）向模擬（modeling）研究過渡
在地震預報研究方面，中國地震學家曾經有過輝煌。1975年，因成功的地震預報，發生在人口密集地區的海城7.3級地震造成的人員傷亡僅佔人口總數的0.32％，這次成功的預報震動了整個世界。經聯合國教科文組織評審，中國作為唯一對地震做出過成功短臨預報的國家，被載入史冊。海城地震預報的成功，主要根源於對觀測的重視。
通過對大量觀測資料及其與以往地震相關關係的經驗性分析，判斷未來地震的時間、地點和震級，這種經驗性地震預報的思路，在全世界也產生了重要的影響。但是，經驗的局限性、震例數量的有限性以及對地震物理機理認識的不足等，使得經驗性地震預報在過去的30多年中基本上滯留在一個水平上，成功的預測案例與不斷發生的重大地震災害相比，微乎其微。
美國在地震預報方面則採取了另外的做法。他們在深入研究聖安德烈斯斷層的基礎上，發展了產生地震的理論斷層模型，提出了特徵地震和地震重複週期的概念，並企圖將這種加州的模型推廣到全世界。20多年來，洛馬普列塔地震、蘭德斯地震和北嶺地震等都是這種做法受到挫折的例子。擁有全球最先進數字化設備、最密集形變和地震監測台網以及最豐富斷層鑽探資料的帕克菲爾德地震預報實驗的失敗，不啻為對經驗性地震預測的沉重打擊。
儘管1997年10月之後，因《科學》（Science）雜誌專門刊載了關於地震能不能預報的十幾篇文章[3]，引發了國際地震學家在地震預測方面的激烈爭論，但各國對地震預測領域的探索並沒有因此而停滯，反而由於災害性地震接連不斷地襲擊全球多個人口密集地區，加速發展的社會突顯出薄弱的地震抵禦能力，使得地震學家對地震預報領域比任何時期都更加關注。在這個方面，中國地震學家需要改變從觀測到觀測的做法，在進行常規的經驗性地震預測的同時，大力探索從觀測向理論模擬的過渡。但是，這種模擬和美國學者的做法不盡相同，除了繼續增強監測力度並吸取其他國家在地震預測方面的教訓之外，要發展對地震發生環境物理特徵的模擬，利用有限的測點資料獲取全方位的模擬結果。
不僅僅是地震預報，地震學在其他許多方面，也面臨從觀測到模擬的過渡。例如，為了深入認識大陸動力學特徵，推進地震減災定量化進程，國際岩石圈計劃（ILP）於1998年開始了一項新的工作，即綜合利用來自不同觀測渠道和模擬技術的大量數據，編製全球應變速率圖。這項工作由美國紐約州立大學石溪分校（SUNY Stony Brook）的W.Holt博士和英國劍橋大學的海恩斯（J.Hames）博士負責。目前用於估算應變速率的全球模型中使用了1600多個GPS、SLR、VLBI、DORIS速度數據。模型中尚未加入第四紀斷層數據，而是利用哈佛CMT目錄給出應變速率的方向。目前這個工作小組正準備將斷層方向、斷層活動觀測數據、洋底擴張速率和海洋轉換方位角等資料加入到全球模型中。
所有這些利用現有觀測數據進行數值模擬的工作，一方面通過各種實驗室分析或海量的計算印證或否定了以往的一些地震學推測，另一方面也為地震學研究從點的觀測、場的推測、三維的反演，逐步走向物理內涵豐富的數值模擬階段提供了契機。
4 從地震危險性（hazard）向地震危害性（risk）研究的過渡
減輕地震災害一直是地震科學發展的重要推動力。早期時認為，地震災害主要是由於房屋建築倒塌引起的，因此，地震學和工程學相結合，發展了地震工程學，其主要目的是進行地震危險性分析，提供採取合理的、經濟的工程措施的基礎依據。
近年來，兩個事實改變了這種研究的趨勢。
第一，近年來在許多國家，地震災害造成的損失記錄不斷被刷新。例如：1994年美國北嶺地震突破了美國歷史自然災害損失的記錄；1999年台灣的集集地震造成的損失也創下了台灣地區地震損失的新紀錄；2001年印度古吉拉特邦7.7級地震是迄今為止記錄到的最大的板內地震之一，也是印度歷史上傷亡最慘重的地震之一，造成的經濟損失也使印度經濟受到了沉重的打擊。地震災害總是伴隨著巨大的生命和財產損失，全球經濟的發展，創造了大量的社會財富，使得地震災害襲擊的對象發生了巨大的變化，尤其是現代社會遭受地震災害的易損性方面，變得越來越脆弱。在20世紀，隨著時間的推移，地震災害造成的損失有越來越大的趨勢。殘酷的現實要求地震學家更多地研究地震災害本身，研究地震風險（risk）。
第二，隨著世界人口城市化進程的不斷加快和世界經濟的持續發展，破壞性地震造成的社會災害損失不僅越來越嚴重，而且開始打破長期以來形成的以建築物破壞為代表的工程損失占主導的地震災害格局，尤其對於人口密集、經濟發達的大城市，工程災害在未來的地震中很可能只佔一小部分。替代地震造成的"工程災害"，出現了地震造成的"社會災害損失"這一概念。長期以來，房屋、建築物破壞等造成的工程損失一直是地震災害損失中最主要的部分，也是地震學中研究較多的一個重點，但隨著城市化的發展，地震損失越來越不限於工程損失，商業中斷、社會功能癱瘓。信息丟失等非工程損失所佔比例越來越大。1995年1月17日日本阪神地震，造成了6000多人死亡和超過1000億美元的損失，其中建築物和設施破壞等工程損失造成了480多億美元的損失。由於處於震中區的大阪是日本的重要大港口，因此由震後交通中斷、經濟癱瘓、進出口貿易中斷等因素造成的經濟損失達600億美元之多，而且造成了嚴重的社會心理動盪、失業及人民對政府救災不力引起對政府信任度下降。由此可見，在經濟發達、城市化水平高的地區，一旦發生破壞性地震將會造成巨大的社會綜合損失，損失也不再局限於簡單的工程損失。1995年RMS（Risk Management Solution Inc，RMS）曾經對1923年日本關東地震在原地以同樣大小重複發生將會產生的後果進行了模擬，分析結果驚人地顯示，地震綜合損失會達到21000億美元，而建築物及內部設施的損失僅為10000億美元，不足50％。對於大多數地區而言，工程災害損失仍是地震災害中最主要的部分，但在城市化程度較高、經濟發達的地區或毗鄰區域發生破壞性地震，工程災害所佔比例就會明顯下降，所造成的社會災害損失將越來越嚴重。而隨著人口向城市大量集中和社會經濟迅速發展，這種以社會損失為主體的災害必將打破長期以來形成的以建築物破壞為代表的工程災害占主導的震災損失格局。因此，有必要提出地震造成的"社會災害"這一概念，它應當是指一次地震對人類社會的綜合影響，既包括建築物破壞等工程災害，也包括商業、交通中斷等非工程災害和後續對經濟、社會、民眾心理等長期影響。
目前，減輕地震災害的研究工作正在從面對工程災害向面對社會災害方面的轉變。這方面的研究分化為兩個突出的發展方向，一個是日本、中國等地震多發國家大規模地在重要經濟區、人口密集區開展城市地震危險性評價工作，例如，地震活動斷層探測、地表形變分析、場地響應分析等；另外一個發展方向則是政府與地震學家密切配合，制訂大地震應急響應方案，建設震後響應系統與救助系統。
結束語
隨著監測技術的不斷進步，數字化資料的迅速積累，地震學正向著關注板塊邊界帶、深淺部速度結構的結合、理論數值模擬和地震危害性研究的方面發展。

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