小棍的杂货篮子: May 2009

嗯，这是一篇拖了好久的文章了，本来年初就想写，可是后来事情太多，写写改改，最后成了这样。不过好处是，中间又查了很多东西，虽然现在有很多问题还是不能很确定，但是多数我尽力考察过了。最后还是声明，我不是正经研究地震的，虽然上过一些课，所以文中肯定有各种问题，希望有识之士不吝指正。

然后，推荐一篇文章，小刺猬和地震达人我室友都在不同场合推荐过，里面有对我室友前老板和系里最资深的地震学家金森博雄的采访，能代表现阶段主流地震学观点；但同时也有对声音最强的几个非主流地震学研究人士的采访，不同的声音都有，是我现阶段见过的最全面的。

说地震，还是先讲这样一件事：我在来球系之前，四川发生了大地震。当时bbs上有人讨论地震预报的问题。于是有在日本上过学的人上来说：

“以前在日本订过地震预报的电话通知，后来经常晚上电话开始响，接了以后听见倒计时：现在距地震5，4，3，2……折腾两次实在扛不住，就退了”

（这是在水木上看到的，原文大意如此。原来在特快版，还被转到过joke，可惜现在回去找已经找不到原文了）

当时看这个，并不是很理解，觉得笑话的成分多些。这个观点直到年初Berkeley的Richard Allen到球系做了一个报告才得到澄清。

*临震早期预警

Richard Allen在Berkeley建立了一套系统，叫ElarmS，原理是：地震波分横波和纵波，纵波振动小一些，但是跑得快，横波振动大些。他们在北加湾区附近布了非常密集的地震台站，用高速网络与Berkeley的中央计算机相连。一旦地震发生，当快速的纵波传到第一个台站，整个系统会自动警觉并初步计算震级和烈度，当第二个台站也感到纵波，系统会视震级自动停止危险项目，如工厂，核电站，地铁系统等等；当第三个台站也感到纵波，整个系统就可以确定震级，烈度并向公众发出预警。原则上，因为电磁波比有破坏力的地震波传播要快，只要台站够密，是可以向公众发出准确信息的，但是时间不会很长，这就是为什么收到警报以后，只有几秒钟的倒计时时间。

按照定义，Richard Allen的系统并不是地震预报（prediction）系统，而是一个早期预警（early warning）系统。预报系统是在地震没有发生时就发出警报，而早期预警只有当地震发生了，才会发出信号，而且原理上，早期预警系统总会有一个在震中附近的盲区，但这一区域又是震动最强的区域。但是，现在看来，这是我们能做到的最有效的系统了。

这个系统效果如何呢？ Richard Allen讲了下面的故事：

Berkeley在07年10月中旬把这个实验系统安装好了，结果10月30号，在湾区San Jose就发生了一起5.6级的地震，距离安装好系统只有不到两周。当时Berkeley的图书馆里的书都被从书架上掀了下来（有校报照片为证）。但是该系统在地震波传到学校前10秒左右就给出了信号，这个时间已经够人远离危险物品了。

首战告捷，Richard Allen和同事们很兴奋。于是他们又想办法把南加的一部分地震网和北加的连起来，希望做一个整个加州的预警系统。在他们调试的时候，08年夏天，南加的Chino Hill又发生了一次5级左右的地震，造成不小恐慌。这次他们的系统也预报到了这次地震——只不过，比地震波传来晚了几秒。事后追查原因，发现是南加的网络在调试，地震台密度太稀，所以准确度和时效都下降。

吸取教训，Berkeley又联合了南加的若干学校和地质局的台站，把网络密度提高了不少。在我来了球系之后，08年12月考完期末考试，在北边的沙漠里又发生了一起不到5级的地震。这次地震连我都感受到了。可是这一次早期预警系统又出了问题，不仅预报的时间晚了10秒，而且震级估计为6级，能量差了数百倍。后来查原因，发现是原来的台站用的是公制单位（厘米），而新加入的台站用的是英寸。

日本人听说有这套系统，于是也引进了一套连在他们的地震网上。日本的地震网堪称是这个地球上最密最好的了。引入新系统后半年不到，在仙台附近也发生了一次地震，当时的效果是，提前几秒种，开往震中方向的新干线全部紧急刹车。这一次算是成功了，但是一个月后，在差不多同一位置也发生了地震，新干线也停车了，但是晚了十几秒，不过万幸的是地震并没有对铁路带来威胁。最近的一次预警是在09年初，东京湾发生了一次小地震，按照日本地震台网的标准，有一个台站收到足够强地震波信号，公共交通系统和大型工业要停止运行，如果有两个台站收到信号，就要向公众发出警告。因为只有一个台站收到了信号，所以就只是把东京的地铁停了。但是当时正是上下班高峰，事后还是造成了不小的混乱。事后日本人展开调查，发现是收到信号的那个地震台安装时标定出了问题。

预警系统在美国和在日本各做了三次预警，在两地都是一次成功两次失败，但是这已经是现在能达到的最好的精度了。也许以后随着地震台网的进一步密集，会更加完善些。需要指出的是，布地震台和联线高速计算机，都是要烧很多钱的家伙。中国大陆估计只有北京周边有这个条件。

说完了早期预警系统，再来说说预报。网上有人说，地震预报除了中国没有人做了，其实也不完全是，以前系里的老师Kerry Sieh也做过一些所谓Prediction的东西。他们的原理和国内一部分做“可公度”方法的人差不多：用地质学方法调查南加的San Andreas断层历史上的地震情况（直到1000-1500年之前）。因为现有的地震台网的历史还很短，只有几十年，所以用现有的地震数据进行分析肯定有很大误差，如果向前推一千年左右，从统计意义上会好些。

但是即便如此，统计的结果也不能令人满意：我算了一下链接中提供的San Andreas断层某一段大地震的重复发生周期，平均是133年发生一次,但是这个平均的方差是99年，也就是说，预测值和预测的误差是一个量级的，这种预测几乎没有什么统计规律可言。类似的，Wiki上也给出了一个Parkfield的例子：以前人们发现这一带的地震及其有规律，后来根据这个进行预测，但是最后预测失败，这也间接促成了美国不再进行地震预报的研究（详情在《地震预测真相》一文和wikipedia中有讲）。使用这种可公度，或者类似的统计/寻找数字规律方法进行地震预测，至少当前对中国是不可行的。

*地震局还可以做什么/遇到地震怎么办

其实除了正常的地震数据收集，科学研究以及推动科普工作，地震局还可以做这样一件事：对地震灾害进行评估及制图（Hazard Map），进一步对高危地区建筑进行规范。比如说，在地震相对高危区Pasadena，教学楼要建成什么样才安全。

先上一张照片：

这是我们学校正在修的化学系系馆。请注意钢筋的颜色，如果有经验的话，也请回忆一下自己小学初中高中大学时候，如果学校修教学楼，用的是什么钢筋。顺便说一下，不是只有私立学校会如此烧钱修楼，前一段时间去一个稍远些的China town（Monterey Park，不是很有钱的社区）吃饭，饭店外面正在修一个停车场，也用这样的钢筋。

南加地区现在把大部分超过10层的楼上都装了传感器，我知道的包括我校图书馆和UCLA的生物楼。这些传感器不断监测小振动下楼的各个部分的振动扭曲情况，继而评估楼的振动模式，以及坚固程度之类。这些数据可以保证以后的楼更加抗震。

一年之前，似乎有好事者拍了一些汶川地震倒塌房屋的照片传到网上，不过似乎现在都和谐了。其实如果合适的话，我觉得木头房子是一个可以考虑的选择。加州这边木头房子挺多的。如果是平房，木头房子倒了不会太重，也不至于压死很多人。建筑用的木头可以浸很多防腐剂，据说矗立70年不成问题。当然我对这个更加不懂，所以就不妄加评论了。可能国内没有很多木头，因为森林都被开荒成耕地了，而耕地都被开发商拉去盖楼了。

另外地震局的另一个重要任务是组织大家进行防震疏散演习。汶川地震里，有一个学校因为经常进行演习，结果没有师生伤亡，一时被传为佳话。去年11月23号，整个南加地区也进行了地震疏散演习（ShakeOut）。其实地震演习很简单，就是要求大家在听到警报后，首先迅速卧倒钻到桌子或者床下面，然后握紧桌脚或者床腿（所谓Drop-Cover-Hold on原则），最后，有序按照建筑物中的指示从逃生通道疏散到安全区域。当然对于这个Drop-Cover-Hold on原则，有人也有不同观点，认为应该躲在桌子或床的侧面（所谓生命三角），但是就我所知，日本和加州的应急规程上都是写，地震来了要躲在桌下防止外物砸伤，也有人称所谓生命三角的说法统计不完善，几率上并不比躲在桌下生存率更高。但不管怎么样，地震来的时候，保持镇定，不要乱跑，迅速找掩蔽，震动停止后有序疏散是保证自己生命安全的最好方法——但是实现这一目标并不容易，不是所有人在真正地震中都会做到这些，这也是为什么我们需要地震演习的原因。

不过说到地震演习，确实很惭愧，演习头天我通宵写作业，结果演习睡过了……醒了以后去系里，发现按照演习标准我已经“被砸死在床上了”。前几天LA downtown发生了一次4.7级地震，我在系馆写作业，系馆突然开始晃，我第一反应是钻到桌子下面，系馆不晃了之后，我没有往楼外跑，而是先掏出电话来打。第二天我跟系里老师说这件事，结果被喷了，按照标准流程，我做的是很不对的——假如真有大地震来了，自己都保不住，煲电话粥一点用都没有。所以我觉得不断强化地震应急反应，经常组织演习，是一件很有用的事。

顺便发发牢骚，我以前的高中组织过防火演习，结果大家就像春游一样有说有笑晃晃就下去了，还有高三不参加类似演习活动，再后来好像没听说过了。如果真组织类似ShakeOut的大规模活动，估计抱怨耽误事的比认真参加的要多——虽然我相信这在美国也是一样，但是USGS一直在组织类似的活动，相比之下，国内的地震局似乎和谐许多，恐怕是地震局名声已经很臭了，不想再揽一个“又添乱”的骂名吧。这一点地震局要向男足学习，脸皮厚一点，到时候演习能多救一个人就是多救一个人。

其实地震局也挺惨，清水衙门，没钱，没事大家想不到他，组织个演习估计困难重重，出了事还要来挨骂，做的工作也很枯燥。在美国，USGS的地质调查员还是一份体面的工作。在国内，山沟里放一个地震台，然后还要派几个有技术的大学毕业生天天去守着，然后出了事，一群人出来喷他们——有多少人能足够有爱坚持做这个工作的？其实地球物理毕业生除此之外，还有很多地方可以去，比如石油公司，怎么说苦个几年挣够钱也就可以享清福了。

之前跟我室友讨论，他说国内的地方地震局确实有类似的问题，守地震台不全是民工工作，必须要懂一些地球物理知识，但是真正有这个技能的人很多也都能找到更加有前途的工作。于是现在各个省台都掌握了大量的数据，但是就是看不懂——用我室友的话说就是震源机制（断层的倾斜情况，最基本的地震学）都解不对。所以据说科大现在经常替各个省台培训青年技术骨干。他们回去以后，可以把之前的数据都分析一下，这样就可以对该省的断层分布情况更加清楚些，继而也慢慢可以画本地的Hazard Map。但是只要地球物理学继续不得到尊重，吸引不到人，高考没人愿意报球系，报了也要想办法转系，专业地震学研究单位就还是不能留住人。希望这一切都能慢慢能好起来。

再放两张中国地震分布图：

这两张图，一张是上世纪70年代及以前的地震分布，另一张较新的彩图是1999-2008的地震分布。重大的地震都标了震级。大家可以对照一下，看看自己家是不是离历史上发生大地震的地方很近。其实从图中可以看出，在青藏高原边缘地带地震比较多，这是因为印度板块和亚欧板块在此碰撞，升起青藏高原的同时，也在周围造成很多应力积累以及断层。

仔细想想，地震是天灾，我们是没有办法，但有很多人祸其实完全可以避免，只要：

——建筑部门仔细设计施工，不偷工减料
——中小学，医院等公共机构建立有效的疏散渠道，组织演习。
——地震局认真监测，建立早期预警系统，尽力宣传科普，鼓动大家都去认真学习遇到灾害该怎么做
——假如地震真来了，不慌张，有序疏散

总之就是，大家都尽力做好自己的工作，我相信很多悲剧都可以避免。

先写这么多。过几天再写一部分关于国内地震预报的文章。

5/30

于Pasadena 宅