地震頻發(fā)：地球緣何如此不安

修一切 2011-02-11

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地震頻發(fā)：地球緣何如此不安

作者：馬志飛（北京市地質(zhì)研究所）

原文發(fā)表于《生命與災(zāi)害》2009年11期

據(jù)中國國家地震臺網(wǎng)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(qū)發(fā)生里氏8.0級地震，震源深度約33公里。地震隨后引發(fā)海嘯，導(dǎo)致至少184人死亡。太平洋海嘯預(yù)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(fā)生7．6級強(qiáng)烈地震。據(jù)西蘇門答臘省災(zāi)害管理部門10月7日晚上公布的數(shù)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(jīng)濟(jì)損失達(dá)2億多美元，根據(jù)以往經(jīng)驗，災(zāi)區(qū)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(fā)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(fā)里氏7.3級地震。三次強(qiáng)震發(fā)生后不到11小時，瓦努阿圖再發(fā)強(qiáng)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(fā)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(fā)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(xué)家相信，10月8日發(fā)生地多起地震與9月29日的強(qiáng)震似乎沒有關(guān)系，但是在時間和空間上如此集中的地震災(zāi)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(fā)作和空間上的聚集效應(yīng)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(fā)？
對于近日不斷發(fā)生的幾次地震，科學(xué)家們給出了多種解釋。比較趨于一致的觀點認(rèn)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(fā)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(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)這一交匯帶已經(jīng)有200多年沒有通過地震釋放過能量了，因此他們一直認(rèn)為這一地區(qū)會發(fā)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(yuǎn)未釋放出上述兩大板塊互相擠壓時發(fā)出的能量，因此，科學(xué)家們預(yù)言，在未來幾年內(nèi)，西蘇門答臘還可能發(fā)生更嚴(yán)重的地震災(zāi)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(yuǎn)的瓦努阿圖連續(xù)發(fā)生了強(qiáng)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(chǎn)生包括三種成因：構(gòu)造成因，這種地震又被稱為斷裂地震，是由地下巖石突然發(fā)生錯斷所引起，這種類型的地震分布最廣，其強(qiáng)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(fā)時由于氣體的沖擊力所引起的地震，這種地震強(qiáng)度較小，只是在火山周圍地區(qū)有較顯著的影響，火山地震占地震總數(shù)的7%；陷落成因，在石灰?guī)r發(fā)育的地區(qū)，巖石被地下水溶蝕形成巨大空洞，或礦產(chǎn)資源開采形成采空區(qū)，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(shù)的3%。
發(fā)表于2009年8月6日《自然》雜志上的研究擴(kuò)展了我們對地震起因的理解。美國猶他州大學(xué)能源和地球科學(xué)研究所的地球物理學(xué)家使用一種稱為大地電磁測深的方法（類似于對病人進(jìn)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(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)水對地震的產(chǎn)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(fā)，產(chǎn)生了新的構(gòu)造板塊，不斷增加的新巖石就像傳送帶一樣逐漸遠(yuǎn)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(chǎn)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(jìn)一步破壞巖石，擴(kuò)大裂縫。這種斷層破裂的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)削弱了地殼的穩(wěn)定性，促進(jìn)新的走滑斷層的形成。在這里，過去的200年里曾發(fā)生過接近8級的大地震，這些地震都與走滑斷層有關(guān)。2009年7月15日，新西蘭南島發(fā)生7.8級強(qiáng)烈地震，并引發(fā)海嘯，據(jù)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(nèi)皮爾曾發(fā)生里氏7．8級地震，造成256人死亡和嚴(yán)重財產(chǎn)損失
這些區(qū)域的斷層是沖斷層，也就意味著在地震發(fā)生時，沖斷層一邊的地面會上升，超過另外一邊。巖石力學(xué)的規(guī)律表明，當(dāng)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(fā)生新西蘭附近的大地震的斷層傾角角度遠(yuǎn)超過了55度。這就說明了，是水促進(jìn)了地震在這么陡峭的斷層帶上發(fā)生，流體的作用使得地殼變形，并為地震的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。
全球板塊和地震帶的分布
1912年德國地質(zhì)學(xué)家魏格納最先提出大陸漂移說。他認(rèn)為在前寒武紀(jì)時，地球上存在一塊統(tǒng)一的大陸，在漫長的地質(zhì)歷史時期，古大陸逐漸分漂移并分離，相距越來越遠(yuǎn)，逐漸發(fā)展成現(xiàn)代的大洋和大陸。但該學(xué)說一度受到人們的質(zhì)疑。1968年，劍橋大學(xué)的麥肯齊和派克、普林斯頓大學(xué)的摩根和拉蒙特觀測所的勒皮雄等人聯(lián)合提出一種新的大陸漂移說——板塊構(gòu)造學(xué)說，給早期的大陸漂移說注入了新的生命力。

板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)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(xué)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(guī)模水平運動導(dǎo)致板塊可以產(chǎn)生、生長、消亡，它們的邊界是洋中脊、轉(zhuǎn)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(kuò)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(xué)性質(zhì)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(qū)，它是巖石圈板塊的生長場所，也是海底擴(kuò)張的中心地帶，在地貌上表現(xiàn)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(qū)，在地貌上表現(xiàn)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(zhuǎn)換斷層發(fā)育，其運動方式類似地表的走向滑移斷層。

研究發(fā)現(xiàn)，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(nèi)部，地殼相對比較穩(wěn)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(fā)生。而環(huán)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(nèi)的主要地震帶有三條：環(huán)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(huán)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(zhuǎn)換斷層上，所有地震均產(chǎn)生于巖石圈內(nèi)，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(zhuǎn)換邊界。
從板塊構(gòu)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(fā)生的大小地震不下數(shù)千次。澳洲大陸處于印度－澳大利亞板塊內(nèi)部，距離板塊邊緣比較遠(yuǎn)，因此，澳洲大陸的地震均屬板內(nèi)陸震，這與我國大陸內(nèi)部地震在成因和性質(zhì)上近似。但處于板塊交界地帶的新西蘭卻是地震多發(fā)國家。新西蘭位于環(huán)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(qū)的地質(zhì)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(fā)生了里氏9級地震，并引發(fā)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(qiáng)地震
最近幾年，南太平洋地震頻發(fā)，其中印度尼西亞災(zāi)害最為嚴(yán)重。
印度尼西亞蘇門答臘：2005年3月蘇門答臘北部發(fā)生8.5級地震，2007年9月，蘇門答臘又發(fā)生了兩次8級強(qiáng)烈地震。這三次地震分別發(fā)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(fā)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(fā)生7.3級地震，2007年8月9日發(fā)生7.8級地震，2006年7月17日發(fā)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(xù)發(fā)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(fā)生7.1級地震。
印度尼西亞塔勞群島：2009年2月12日發(fā)生7.2級地震。
瓦努阿圖：2009年10月8日連續(xù)發(fā)生四次7級以上地震，2007年8月2日發(fā)生一次7.1級地震。
薩摩亞群島：2009年9月30日發(fā)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(qū)域?qū)儆诘卣鸲喟l(fā)地帶，短短幾個月時間內(nèi)竟連續(xù)發(fā)生三起7級以上地震。2008年9月29日，克馬德克群島發(fā)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(fā)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(qū)發(fā)生7.3級地震，震源深度約33公里。
其他島嶼在歷史上曾發(fā)生過強(qiáng)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(fā)的強(qiáng)地震在歷史上確實非常罕見。
地震的監(jiān)測和預(yù)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(yù)報的三要素：何時、何地、何種震級。對于地震發(fā)生的時間和震級，隨著科學(xué)研究的不斷進(jìn)步，已經(jīng)取得了豐碩的成果，但對于地震發(fā)生的確切時間，科學(xué)家們?nèi)匀缓茈y做出準(zhǔn)確預(yù)測?，F(xiàn)階段，我們對地震進(jìn)行預(yù)報的途徑主要是：深入研究中、小地震的活動趨勢，監(jiān)測地下巖體應(yīng)力變化，監(jiān)測地下水位和水質(zhì)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(yīng)等。其中，最根本的問題還是了解清楚地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握板塊運動規(guī)律和地質(zhì)活動特點。
美國伊利諾伊大學(xué)的地震學(xué)家宋曉東等通過對3次最大和最近發(fā)生在印尼蘇門答臘的地震進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在每一次地震之后很大面積范圍內(nèi)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(shù)使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)地震波速度的微小變化。這個發(fā)現(xiàn)不僅讓我們能夠了解地表發(fā)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(qū)域的，而且可以知道它如何影響其周圍區(qū)域。當(dāng)然，這還需要進(jìn)一步增強(qiáng)密集的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，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(fā)生了哪些變化。
一個由歐洲科學(xué)家和中國科學(xué)家組成的聯(lián)合小組，正研究利用衛(wèi)星雷達(dá)數(shù)據(jù)，監(jiān)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(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和一種稱之為干涉合成孔徑雷達(dá)的技術(shù)，并結(jié)合全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，參加歐空局“龍計劃2號”研究的科學(xué)家們已經(jīng)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(dá)對同一地面位置進(jìn)行兩種或兩種以上影像的結(jié)合，使得測量精度大大提高，已經(jīng)達(dá)到厘米級，在某些情況下可以達(dá)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(fā)生時和震后的地面位移變化，如果某區(qū)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(qū)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(jiān)測它了。
雖然對地震災(zāi)害的認(rèn)識和預(yù)防預(yù)報方面我們還面臨著巨大的困難，但我們?nèi)匀粓孕?，在不遠(yuǎn)的將來，人類能夠運用高科技手段準(zhǔn)確地為地球“把脈”，不斷認(rèn)識地球，并改造地球，減少災(zāi)害，造福全人類。

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