| 地震頻發：地球緣何如此不安 |
| 作者：馬志飛（北京市地質研究所） 原文發表于《生命與災害》2009年11期 據中國國家地震臺網測定，北京時間9月30日1時48分，南太平洋薩摩亞群島地區發生里氏8.0級地震，震源深度約33公里。地震隨后引發海嘯，導致至少184人死亡。太平洋海嘯預警中心說，美屬薩摩亞附近海域起浪高度超過正常海面1.57米。約17個小時之后，9月30日18時16分，印尼西蘇門答臘省附近海域發生7．6級強烈地震。據西蘇門答臘省災害管理部門10月7日晚上公布的數字，此次地震造成該省巴東市和帕里亞曼市共739人死亡，295人失蹤。地震造成近9萬所房屋受損，經濟損失達2億多美元，根據以往經驗，災區重建可能至少需要兩年時間。 更為不可思議的是，在此后的幾天里，南太平洋卻越來越不太平。北京時間10月8日6時3分，南太平洋島國瓦努阿圖附近海域發生里氏7.8級地震；15分鐘后，這一海域遭遇里氏7.7級地震；7時13分，又發里氏7.3級地震。三次強震發生后不到11小時，瓦努阿圖再發強震，震級為里氏7.0級。 10月9日上午5時16分，南太平洋島國所羅門群島的圣克魯斯群島附近海域發生里氏6.4級地震，震源在地表以下10公里處。 10月11日3時41分南太平洋島國湯加和薩摩亞群島海域發生里氏5.9級地震，震源在地表以下10公里處。 盡管很多科學家相信，10月8日發生地多起地震與9月29日的強震似乎沒有關系，但是在時間和空間上如此集中的地震災害還是吸引了全世界的目光，令人費解的是：時間上的集中發作和空間上的聚集效應難道真的是一種巧合么？我們的地球為何如此不安，被稱為“平靜的海洋”的太平洋為何如此的不平靜？ 地震因何而發？ 對于近日不斷發生的幾次地震，科學家們給出了多種解釋。比較趨于一致的觀點認為：9月30日印尼西蘇門答臘省附近海域地震可能并非因板塊沖突而發生，而是由深埋在歐亞板塊和印度－澳大利亞板塊之下的一個古老斷層引起的。這是由于蘇門答臘島位于印度－澳大利亞板塊和歐亞板塊交匯帶的延長線上，而科學家們通過研究發現這一交匯帶已經有200多年沒有通過地震釋放過能量了，因此他們一直認為這一地區會發生一次大地震。但此次地震距板塊交匯帶有500公里，并且震源深度也在板塊交匯帶之下，它遠未釋放出上述兩大板塊互相擠壓時發出的能量，因此，科學家們預言，在未來幾年內，西蘇門答臘還可能發生更嚴重的地震災害。 或許真的是巧合，剛過了短短8天的時間，就在距離印尼不遠的瓦努阿圖連續發生了強烈地震，一次又一次襲擊地球上無辜的生命。 一般而言，地震的產生包括三種成因：構造成因，這種地震又被稱為斷裂地震，是由地下巖石突然發生錯斷所引起，這種類型的地震分布最廣，其強度也最大，地球上約90%的地震和破壞性最大的地震都屬于斷裂地震；火山成因，即火山噴發時由于氣體的沖擊力所引起的地震，這種地震強度較小，只是在火山周圍地區有較顯著的影響，火山地震占地震總數的7%；陷落成因，在石灰巖發育的地區，巖石被地下水溶蝕形成巨大空洞，或礦產資源開采形成采空區，上覆巖層坍塌引起地震，這種地震影響范圍小，破壞性不大，約占地震總數的3%。 發表于2009年8月6日《自然》雜志上的研究擴展了我們對地震起因的理解。美國猶他州大學能源和地球科學研究所的地球物理學家使用一種稱為大地電磁測深的方法（類似于對病人進行CT掃描使用的X射線），對南太平洋上的太平洋板塊與澳大利亞板塊的俯沖帶進行研究，發現水對地震的產生具有重要作用。 太平洋板塊與澳大利亞板塊，約有100英里厚，包括地球的地殼和上地幔的一部分，由于大洋中脊的火山爆發，產生了新的構造板塊，不斷增加的新巖石就像傳送帶一樣逐漸遠離大洋中脊。在這些傳送帶的另一端，大洋板塊與大陸板塊碰撞，海底板塊俯沖，以向下約45度角的方向潛入大陸板塊之下，這一過程就會產生地震和火山活動。在新西蘭南島東海岸的下面，太平洋板塊開始潛入澳洲板塊之下，大概在地下10英里處，水合礦物里所含的水被釋放出來，大部分的水向上上升到澳洲板塊的地殼以上，進一步破壞巖石，擴大裂縫。這種斷層破裂的網格狀結構削弱了地殼的穩定性，促進新的走滑斷層的形成。在這里，過去的200年里曾發生過接近8級的大地震，這些地震都與走滑斷層有關。2009年7月15日，新西蘭南島發生7.8級強烈地震，并引發海嘯，據英國《每日電訊報》報道，地震使新西蘭向澳大利亞靠近了約30厘米。這次地震是新西蘭78年來震級最高的一次。1931年2月2日，新西蘭北島東部城市內皮爾曾發生里氏7．8級地震，造成256人死亡和嚴重財產損失 這些區域的斷層是沖斷層，也就意味著在地震發生時，沖斷層一邊的地面會上升，超過另外一邊。巖石力學的規律表明，當很陡峭的時候，這種斷層不會破裂，因為在夾角超過30度的時候，它就很難將一塊地面推覆到另外一塊之上，除非有水存在。然而，發生新西蘭附近的大地震的斷層傾角角度遠超過了55度。這就說明了，是水促進了地震在這么陡峭的斷層帶上發生，流體的作用使得地殼變形，并為地震的產生創造了條件。 全球板塊和地震帶的分布 1912年德國地質學家魏格納最先提出大陸漂移說。他認為在前寒武紀時，地球上存在一塊統一的大陸，在漫長的地質歷史時期，古大陸逐漸分漂移并分離，相距越來越遠，逐漸發展成現代的大洋和大陸。但該學說一度受到人們的質疑。1968年，劍橋大學的麥肯齊和派克、普林斯頓大學的摩根和拉蒙特觀測所的勒皮雄等人聯合提出一種新的大陸漂移說——板塊構造學說，給早期的大陸漂移說注入了新的生命力。 板塊構造學說認為，地球的巖石圈由六大板塊拼合而成：太平洋板塊、歐亞板塊、印度－澳大利亞板塊、非洲板塊、美洲板塊（后來科學家將其分為北美洲板塊、南美洲板塊）和南極洲板塊，另有若干小板塊。六大板塊中除太平洋板塊幾乎完全是海洋外，其余五大板塊既包括大塊陸地，又包括大片海洋。板塊的大規模水平運動導致板塊可以產生、生長、消亡，它們的邊界是洋中脊、轉換斷層、俯沖帶和地縫合線。由于地幔的對流，板塊在洋中脊分離、擴大，在俯沖帶和地縫合線處下沖、消失。 巖石圈活動帶的板塊邊界可以分為三種類型：拉張型邊界、擠壓型邊界和剪切型邊界，從力學性質來說，它們分別代表著拉張、擠壓和剪切三種基本方式。拉張型邊界，是板塊相互拉張的地區，它是巖石圈板塊的生長場所，也是海底擴張的中心地帶，在地貌上表現為裂谷等，主要以大洋中脊為代表；擠壓型邊界，這里是兩個板塊相向移動、擠壓、對沖的地帶，板塊相互擠壓的地區，在地貌上表現為海溝、火山島弧、褶皺山脈等；剪切型邊界，這種邊界是巖石圈既不生長，也不消亡，只有剪切錯動的邊界，轉換斷層發育，其運動方式類似地表的走向滑移斷層。 研究發現，地震并非均勻分布于地球上，而是集中于板塊的邊界地帶。一般說來，在板塊內部，地殼相對比較穩定，而板塊與板塊交界處則是地殼比較活動的地帶，這里火山、地震活動以及斷裂、擠壓褶皺、巖漿上升、地殼俯沖等頻繁發生。而環太平洋板塊邊界的板塊活動最為活躍，所以地震作用和火山作用也最為頻密。世界范圍內的主要地震帶有三條：環太平洋地震帶，分布于瀕臨太平洋的大陸邊緣和島嶼，全世界約80%的淺源地震、90%的中源地震幾乎全部深源地震和全球大部分特大地震，釋放的能量約為全世界地震釋放能量的80%；地中海－喜馬拉雅－印尼地震帶，又稱為“歐亞地震帶”，橫跨歐亞非三洲，全長兩萬多公里，集中了除環太平洋地震帶以外幾乎所有的中源地震和大的淺源地震，釋放的能量占全球地震總能量的15%；洋脊地震帶，位于洋中脊與轉換斷層上，所有地震均產生于巖石圈內，均為淺源地震，震級較小，一般不超過5級。 印度－澳大利亞板塊是兩塊板塊的合稱，其中包含了澳大利亞大陸及周圍海域，并向西北延伸，涵蓋印度次大陸與附近水域。此板塊可分成較大的澳大利亞板塊與較小的印度板塊，兩者之間為一道低度活動邊界。太平洋板塊是一塊海洋地殼板塊，大部分位于太平洋海面下。西面與歐亞板塊之間存在會聚邊界，其中靠北方的一邊沉入歐亞板塊之下，中間部分則與菲律賓板塊形成馬里亞納海溝（世界上最深的海溝，最深處距離海平面11034米）。西南面與印度－澳大利亞板塊形成會聚形式的邊界，并于新西蘭北方沉入印度－澳大利亞之下，兩者之間造成了一個轉換邊界。 從板塊構造的觀點來看，印尼位于太平洋地震帶和歐亞地震帶的交界處，大陸板塊在這里交接，地震和火山活動頻繁，每年發生的大小地震不下數千次。澳洲大陸處于印度－澳大利亞板塊內部，距離板塊邊緣比較遠，因此，澳洲大陸的地震均屬板內陸震，這與我國大陸內部地震在成因和性質上近似。但處于板塊交界地帶的新西蘭卻是地震多發國家。新西蘭位于環太平洋地震帶上，太平洋板塊與印度－澳大利亞大陸板塊相撞為火山活動提供了充足的能量。該區的地質活動頻繁，地震活動活躍，每年有1000多個地震報告。 2004年12月26日，在印度尼西亞蘇門答臘島附近海域發生了里氏9級地震，并引發了破壞力驚人的地震海嘯，波及印度尼西亞、孟加拉、斯里蘭卡、泰國、印度、馬來西亞等國家，造成22.5萬余人喪生。 南太平洋近年來的強地震最近幾年，南太平洋地震頻發，其中印度尼西亞災害最為嚴重。 印度尼西亞蘇門答臘：2005年3月蘇門答臘北部發生8.5級地震，2007年9月，蘇門答臘又發生了兩次8級強烈地震。這三次地震分別發生在2004年12月26日，2005年3月28日和2007年9月12日。地震都發生在蘇門答臘俯沖帶，在這里印度板塊俯沖向歐亞板塊下方。 印度尼西亞爪哇島：2009年9月2日發生7.3級地震，2007年8月9日發生7.8級地震，2006年7月17日發生7.3級地震。 印度尼西亞巴布亞群島：2009年1月4日印度尼西亞巴布亞群島北部連續發生兩次7級以上地震。 印度尼西亞米納哈薩半島：2008年11月17日發生7.1級地震。 印度尼西亞塔勞群島：2009年2月12日發生7.2級地震。 瓦努阿圖：2009年10月8日連續發生四次7級以上地震，2007年8月2日發生一次7.1級地震。 薩摩亞群島：2009年9月30日發生8.0級地震。 新西蘭克馬德克群島：克馬德克群島位于新西蘭北島以北1000公里處，島上沒有常住居民。這一區域屬于地震多發地帶，短短幾個月時間內竟連續發生三起7級以上地震。2008年9月29日，克馬德克群島發生里氏7.3級地震，震源在地表以下33公里處。2008年12月9日，該群島發生里氏7.0級地震，震源深度約35公里。2009年02月19日，該地區發生7.3級地震，震源深度約33公里。 其他島嶼在歷史上曾發生過強烈地震，只是在時間上和空間上比較分散，類似于近幾年來如此集中爆發的強地震在歷史上確實非常罕見。 地震的監測和預報 由于板塊擠壓變形，所集聚的能力就會不斷釋放出來，但是在什么時間、什么地點釋放多大的能量，仍然是一個令人疑惑的問題。這即是地震預報的三要素：何時、何地、何種震級。對于地震發生的時間和震級，隨著科學研究的不斷進步，已經取得了豐碩的成果，但對于地震發生的確切時間，科學家們仍然很難做出準確預測。現階段，我們對地震進行預報的途徑主要是：深入研究中、小地震的活動趨勢，監測地下巖體應力變化，監測地下水位和水質變化，研究地磁場和地電場的變化，測量地形變化，觀察動植物的異常反應等。其中，最根本的問題還是了解清楚地球內部結構，掌握板塊運動規律和地質活動特點。 美國伊利諾伊大學的地震學家宋曉東等通過對3次最大和最近發生在印尼蘇門答臘的地震進行研究，發現在每一次地震之后很大面積范圍內的表面波波速都有一個非常明顯的變化。他們不是測量地震波從震中傳向地震站所花費的時間，而是測量面波從一個地震站旅行到另一個所花費的時間。由于站與站之間的距離是固定的，該技術使研究人員能夠發現地震波速度的微小變化。這個發現不僅讓我們能夠了解地表發生的變化，而且能看到一定深度下的變化。同時，不僅可以知道它是如何影響破裂區域的，而且可以知道它如何影響其周圍區域。當然，這還需要進一步增強密集的監測網絡，有了這個全天候的天然來源和地震臺站之間足夠多的傳播路徑，我們就不但可以看到時間的變化，還可以看到空間的變化。所以，就有可能幫助我們搞清楚大地震之前和之后在時間和空間上都發生了哪些變化。 一個由歐洲科學家和中國科學家組成的聯合小組，正研究利用衛星雷達數據，監控中國大陸斷裂帶的地面變形，以更好地了解地震的周期和斷層的活動。使用合成孔徑雷達衛星數據和一種稱之為干涉合成孔徑雷達的技術，并結合全球定位系統數據，參加歐空局“龍計劃2號”研究的科學家們已經能夠測量去年五月汶川地震所造成的地面變形。干涉合成孔徑雷達對同一地面位置進行兩種或兩種以上影像的結合，使得測量精度大大提高，已經達到厘米級，在某些情況下可以達到毫米級，這些如同彩虹條紋一般的干涉影像顯示了地震發生時和震后的地面位移變化，如果某區域在地震之后正緩慢地移動，那么，就可以確定這沒有在積累能量，并可以相信這是安全的。但是，如果斷裂帶的某區域沒有滑動，而其周圍存在蠕變，那我們就得提高警惕，因為這可能是一個不好的征兆，這就需要更精心地監測它了。 雖然對地震災害的認識和預防預報方面我們還面臨著巨大的困難，但我們仍然堅信，在不遠的將來，人類能夠運用高科技手段準確地為地球“把脈”，不斷認識地球，并改造地球，減少災害，造福全人類。 |
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