| 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(guó)國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，北京時(shí)間9月30日1時(shí)48分，南太平洋薩摩亞群島地區(qū)發(fā)生里氏8.0級(jí)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(gè)小時(shí)之后，9月30日18時(shí)16分，印尼西蘇門答臘省附近海域發(fā)生7．6級(jí)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(yàn)，災(zāi)區(qū)重建可能至少需要兩年時(shí)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(shí)間10月8日6時(shí)3分，南太平洋島國(guó)瓦努阿圖附近海域發(fā)生里氏7.8級(jí)地震；15分鐘后，這一海域遭遇里氏7.7級(jí)地震；7時(shí)13分，又發(fā)里氏7.3級(jí)地震。三次強(qiáng)震發(fā)生后不到11小時(shí)，瓦努阿圖再發(fā)強(qiáng)震，震級(jí)為里氏7.0級(jí)。 10月9日上午5時(shí)16分，南太平洋島國(guó)所羅門群島的圣克魯斯群島附近海域發(fā)生里氏6.4級(jí)地震，震源在地表以下10公里處。 10月11日3時(shí)41分南太平洋島國(guó)湯加和薩摩亞群島海域發(fā)生里氏5.9級(jí)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(shí)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(fèi)解的是：時(shí)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?yàn)楹稳绱瞬话?，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(duì)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(diǎn)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(gè)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(zhǎng)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(huì)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(shí)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(shí)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(cuò)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(shí)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(duì)地震起因的理解。美國(guó)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(cè)深的方法（類似于對(duì)病人進(jìn)行CT掃描使用的X射線），對(duì)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(duì)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(huì)產(chǎn)生地震和火山活動(dòng)。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(jí)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(jí)強(qiáng)烈地震，并引發(fā)海嘯，據(jù)英國(guó)《每日電訊報(bào)》報(bào)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(jí)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(jí)地震，造成256人死亡和嚴(yán)重財(cái)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(shí)，沖斷層一邊的地面會(huì)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(shí)候，這種斷層不會(huì)破裂，因?yàn)樵趭A角超過30度的時(shí)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(guó)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(shí)，地球上存在一塊統(tǒng)一的大陸，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)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(cè)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(yùn)動(dòng)導(dǎo)致板塊可以產(chǎn)生、生長(zhǎng)、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(duì)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(dòng)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(zhǎng)場(chǎng)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(gè)板塊相向移動(dòng)、擠壓、對(duì)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(zhǎng)，也不消亡，只有剪切錯(cuò)動(dòng)的邊界，轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育，其運(yùn)動(dòng)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(duì)比較穩(wěn)定，而板塊與板塊交界處則是地殼比較活動(dòng)的地帶，這里火山、地震活動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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(jí)較小，一般不超過5級(jí)。 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(dòng)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(huì)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(huì)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(gè)轉(zhuǎn)換邊界。 從板塊構(gòu)造的觀點(diǎn)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(dòng)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(guó)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(guó)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(dòng)提供了充足的能量。該區(qū)的地質(zhì)活動(dòng)頻繁，地震活動(dòng)活躍，每年有1000多個(gè)地震報(bào)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(jí)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(guó)、印度、馬來西亞等國(guó)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(jí)地震，2007年9月，蘇門答臘又發(fā)生了兩次8級(jí)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(jí)地震，2007年8月9日發(fā)生7.8級(jí)地震，2006年7月17日發(fā)生7.3級(jí)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(jí)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(jí)地震。 印度尼西亞塔勞群島：2009年2月12日發(fā)生7.2級(jí)地震。 瓦努阿圖：2009年10月8日連續(xù)發(fā)生四次7級(jí)以上地震，2007年8月2日發(fā)生一次7.1級(jí)地震。 薩摩亞群島：2009年9月30日發(fā)生8.0級(jí)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(gè)月時(shí)間內(nèi)竟連續(xù)發(fā)生三起7級(jí)以上地震。2008年9月29日，克馬德克群島發(fā)生里氏7.3級(jí)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(jí)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(jí)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(shí)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(shí)非常罕見。 地震的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào) 由于板塊擠壓變形，所集聚的能力就會(huì)不斷釋放出來，但是在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)釋放多大的能量，仍然是一個(gè)令人疑惑的問題。這即是地震預(yù)報(bào)的三要素：何時(shí)、何地、何種震級(jí)。對(duì)于地震發(fā)生的時(shí)間和震級(jí)，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(duì)于地震發(fā)生的確切時(shí)間，科學(xué)家們?nèi)匀缓茈y做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)?，F(xiàn)階段，我們對(duì)地震進(jìn)行預(yù)報(bào)的途徑主要是：深入研究中、小地震的活動(dòng)趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)地下巖體應(yīng)力變化，監(jiān)測(cè)地下水位和水質(zhì)變化，研究地磁場(chǎng)和地電場(chǎng)的變化，測(cè)量地形變化，觀察動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律和地質(zhì)活動(dòng)特點(diǎn)。 美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的地震學(xué)家宋曉東等通過對(duì)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(gè)非常明顯的變化。他們不是測(cè)量地震波從震中傳向地震站所花費(fèi)的時(shí)間，而是測(cè)量面波從一個(gè)地震站旅行到另一個(gè)所花費(fèi)的時(shí)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(gè)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(shí)，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(cè)網(wǎng)絡(luò)，有了這個(gè)全天候的天然來源和地震臺(tái)站之間足夠多的傳播路徑，我們就不但可以看到時(shí)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(shí)間和空間上都發(fā)生了哪些變化。 一個(gè)由歐洲科學(xué)家和中國(guó)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(guó)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(dòng)。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(jì)劃2號(hào)”研究的科學(xué)家們已經(jīng)能夠測(cè)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(duì)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(cè)量精度大大提高，已經(jīng)達(dá)到厘米級(jí)，在某些情況下可以達(dá)到毫米級(jí)，這些如同彩虹條紋一般的干涉影像顯示了地震發(fā)生時(shí)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(dòng)，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(dòng)，而其周圍存在蠕變，那我們就得提高警惕，因?yàn)檫@可能是一個(gè)不好的征兆，這就需要更精心地監(jiān)測(cè)它了。 雖然對(duì)地震災(zāi)害的認(rèn)識(shí)和預(yù)防預(yù)報(bào)方面我們還面臨著巨大的困難，但我們?nèi)匀粓?jiān)信，在不遠(yuǎn)的將來，人類能夠運(yùn)用高科技手段準(zhǔn)確地為地球“把脈”，不斷認(rèn)識(shí)地球，并改造地球，減少災(zāi)害，造福全人類。 |
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