“抓住”一场地震
创始人
2025-04-08 11:41:26
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地震,那仿佛是大地的怒吼,瞬间抓住了整个世界。大地剧烈颤抖,仿佛被一只无形的巨手猛烈摇晃,房屋开始摇晃、倾斜,仿佛随时都会崩塌。人们惊恐地奔跑着,尖叫着,那绝望的呼喊声仿佛被地震的力量紧紧抓住,在空中久久回荡。地面出现一道道可怕的裂缝,仿佛大地在痛苦地挣扎,想要挣脱束缚。地震如同一头凶猛的野兽,无情地抓住每一个角落,将平静的生活瞬间撕裂,留下的是一片废墟和人们心中深深的恐惧与震撼,那抓住人心的力量,久久难以消散。


如果你所在的城市在过去8400年都没发生过地震,你认为这里是更安全,还是更危险?

2025年3月28日12点50分许,缅甸曼德勒市西南方向发生地震,中国地震台网测定,地震震级7.9级,震源深度30公里。这是今年以来全球最大的地震,也是全球近十年来大陆最强地震。截至4月6日,地震已造成3471人死亡,另有4671人受伤,214人失踪。

中国地质大学(武汉)熊熊教授、单斌教授等学者在2017年预测到缅甸实皆断裂带上有两个位置地震风险很高,此次地震就发生在其中一处。他们研究发现,震中实皆市所在的活跃地震带上,有一些积累了相当多能量,有强发震能力,但很长一段时间没有发生地震的区域。他们认为这些区域在不久的将来有发生大地震的危险性。

在地震研究领域,这样的区域被称为“地震空区”。地震空区是地震中长期预测最主要的方法,也是圈定地震危险区的主要手段之一。

围绕地震空区,全球的地震研究者们收集了千百年来活跃地震带的历史地震资料,使用了地球物理、地球化学和大地测量等一系列方法尝试预测大地震会在多久后来临。但当人们将预测的精度聚焦到一年,一个月,甚至几天,这门关于地震预测的学科却往往让追求确定性的人们碰壁,单斌将之比喻为“上天有路,入地无门”。

地震到底能不能预测?如何预测?哪些地方是最危险的地方?我们还能做些什么?

以下是正面连接与单斌教授的对话——

缅甸地震被预测到了?

正面连接:缅甸地震发生在实皆断裂带,它被认为是世界上最活跃的断层之一,您所在的团队在2017年就发现了这条地震带上可能发生地震的位置。请简单介绍一下你们的研究。

单斌 :当地球板块运动,沿断裂面两侧岩层发生的显著的相对位移,就会形成“断层”。板块间的相对运动包括垂直方向的挤压、拉伸,和水平方向的错动。这也导致三种不同类型的地震,逆冲型、正断型、走滑型。缅甸地震就是一次走滑型地震。

假设地壳板块是光滑的,即使运动,也不会积累能量,但如果把中间用胶水给粘住了,那么能量就会全部集中在粘连的地方。当能量足够大,胶水“粘”不住了,地震就会发生。

这个板块间的能量被称为“库伦破裂应力”。我们2017年的论文研究的就是缅甸地震所在的实皆断裂带历史地震所导致的“库伦破裂应力”(能量)释放和重新分布的过程。(Xiong, X., B. Shan, Y. M. Zhou, S. J. Wei, Y. D. Li, R. J. Wang,and Y. Zheng, “Coulomb stress transfer and accumulation on the Sagaing Fault, Myanmar, over the past 110 years and its implications

for seismic hazard”, Geophysical Research Letters, 2017)

一条断裂带也不是处处都能积累能量。只有在闭锁的断层,也就是被“粘”住的区域,能量才会积累。

地震后,断裂带上的能量也并非均匀释放,有的骆驼身上的货卸下来了,有的骆驼身上的还没有,后面这些就是值得关注的区域。我们就要通过应力分析的方式,去研究这条断层周边的能量分布,是在积累,还是减少,是不是其他骆驼会把货物卸下来,又加到了这只已经背负了很多货物的骆驼身上。也就是关注“压死骆驼的那最后一根稻草”。

缅甸的实皆断裂带过去百年强震最为活跃。根据gps测定,实皆断裂带的滑动速率达到了20毫米/年,而一般七级地震会导致岩石沿断裂面发生约5-6米的错动,我们可以用5米除以20毫米(0.02米),来估算这里平均多少年会发生一次大地震。结论就是这里地震的重复周期大概在200-300年。

对比智利所在的东太平洋地震带,太平洋板块俯冲到美洲板块之下,每年断层两侧的运动速率达到40-50毫米,位移明显,导致能量积累特别快,每几十到上百年间就会发生一次地震。

在2017年的研究中,我们圈定了这条断裂上哪些地方能量已释放,哪些地方积累还比较多,之后发现主要有三个区域能量积累最多。

这其中,北侧的密铁拉段(Meiktila segment)和南侧的勃固段(Bago segment)在过去113年中未发生大地震。古地震数据研究显示,该段地震复发间隔为160年。也就是说,在今后几十年内这里具有较高的地震危险性,这样的“有地震风险但一直没有发生地震”的区域被称为“地震空区”。

同时,我们的模拟显示,历史地震所导致的能量积累会让密铁拉段和勃固段的破裂提前,在密铁拉段的南北两侧分别会提前10年。

2025年3月28日,缅甸地震的震中就位于密铁拉段的北侧。

但是,就像天气预报一样,今年夏天会不会发生洪水?具体发生洪水的概率有多少?这是很难准确预测的。所有地震概率模型都是高度简化的,可能存在较大误差。在缅甸实皆断裂带的地震上,古地震数据、我们的计算,和实际今年发生地震的时间,也有差别。

地震空区是最危险的地方吗?

正面连接:地震空区的定义是什么,如何判定地震空区?

单斌 :地震空区是指有强发震能力,即能积累发生地震所需的能量,但已有很长一段时间没有发生地震的断裂带。划定空区是地震中长期预测最主要的方法,也是圈定地震危险区的主要手段之一。

前面我们讲到缅甸地震的空区,通俗地讲,有些地方的骆驼已经把货物卸下来了,有些地方的骆驼还背着,那么背着货物的骆驼累死的可能性是不是更高一些,后面这些地方就是地震空区。

如何找到地震空区,最理想情况下是把一整条断裂带历史上发生的地震全部拿出来画一张图。横坐标是随经纬度延展的断裂带长度,纵坐标为时间,从而获得某一段断层的活动条带——也就是说这一段每隔几百年就会破裂一次。

如果它在过去都是每500年、每1000年破裂一次,那么理论上我们就能推测出历史地震周期,如果现在时间近了,却还没有破裂,就会认为它是地震空区。

这种方法对于地震特别频繁的地区,比如喜马拉雅地震带的尼泊尔地区,或者日本,智利这些地震几十上百年就重复一次的地方,就比较理想,可查资料特别多。

空区的划定是与震级相关的,即多少年来没有发生多少级的地震了。比如,发生汶川地震这个8.2级大地震前,龙门山断裂带也发生过多次4、5级地震,所以它只是7级以上地震的空区。

正面连接:国际上有哪些重要的地震空区?

单斌 :国际上,比如土耳其北安纳托利亚断裂马尔马拉海段都是重要的地震空区。

学者也预测到了2010年震级9.0的东日本大地震是发生在地震空区。这是太平洋板块俯冲到北美洲板块形成的逆冲型地震,断裂带两侧的相对滑移速率很快,学者预测7、80至100年就会发生一次地震,当时已经到达临发生地震的边缘了。

当时日本最担心的是海洋性地震会带来的海啸,根据地震预测重新评估了防潮堤。但是,东日本大地震的破裂面太浅了,产生的能量比人们想象中更大,激发的海啸浪高也超过预期防潮堤高度,才带来了那么大的破坏力。

正面连接:发现地震空区后,我们如何进行进一步的监测?

单斌 :除了展开地球物理的应力分析,也还会做地球化学和大地测量等领域的传统研究。

地球化学观测就比如对地震区地下水稀有元素的探测。地震发生前,地下会发生变化,稀有元素可能会随着地下水来到了地表。还有大地测量,比如通过重力场,监测断层形变。地震前,地形会有小的变形,可以通过精密重力仪器测出。

也有一种方法,是通过地震前几十天的“前震”或地震活动性进行地震预报。

地震发生分几个阶段,孕震期,就是地震积累应力的几十至几百年,地震空区发生在这个阶段。另一个是发震阶段,包括前震 、主震 ,余震,一般是几十天的尺度。地震空区是一种中长期预测,“前震”是一种短临预报的方法。

一种理论认为,大地震的破裂会从一系列小破裂开始,传导连为一整个大的破裂。那么,如果一个区域进入了“沉默期”,即地震数量突然减少,然后突然进入“高发期”,那么高发期后,有可能会产生大地震。

2020年,玉树地震的前几天,就发生了很多4、5级地震。但是,地震局数据显示,很多小震之后也不伴随大地震,所以,也无法通过观测这些小地震,就确定这是“前震”了,这就是地震预测的难度。

美国加州帕克菲尔德(Parkfield)有一个著名的例子。当时,学者非常准确地计算到,这里每隔几十年就会发生一次地震,美国人也想能“抓住”下一次地震,就在这里建立了一个地震实验场,用超级深钻,钻到地震发生的发震层,实时探测。这个实验持续了十几年,地震一直没来,赞助单位的经费已经不支持了,最后大部分人员都撤走了,才发生了一个7.1级的地震。所以地震学界有一种说法就是,地震往往发生在你意想不到的时间和地点。

正面连接:此次缅甸地震震中位于实皆市,从地图上看,处于您研究中划定密铁拉段的北侧。但是,同样“坨着很多货物”的南部勃固段也是地震空区,却没有发生地震。研究者已经发现,本次缅甸地震是从北向南破裂的,可以说下一场地震即将发生在那边吗?

单斌 :不能这么说。能量积累可能会更高,但地震什么时候发生很难说。

同样一个地震,可能不会一次就把所有的地震空区都破裂完。前几年比较出名的尼泊尔8.1级大地震位于加德满都附近,在地震发生前,国际上已经在加德满都开了会,基于空区理论,预测到这里即将要发生地震了。

但是地震结束后,有学者写了一篇文章,说这次发生的地震是我们预测中的,但又不是那个。这是什么意思呢?说它是,是预测到了这个地方会发生地震;但说它不是,是因为我们预测的空区非常大,这次地震只破裂了其中的四分之一。剩下的四分之三会不会地震,会马上发生大地震吗?这变成了一个新的科学问题。

那么怎么对剩余的地震空区进行研究呢,就会到我们刚才说的胶水的概念,虽然这个地震空区这么大,但是“粘住”的区域就这么小一点,在这些区域,断裂带是闭锁的,积累的能量就会很大。但另一些区域,虽然也在地震空区,没有粘住,板块动,它也动,它就不会积累能量。

正面连接

:我国川滇地区有一条鲜水河-小江断裂带,有学者研究了上面的地震空区。这条断裂带跨越西昌、昆明等城市,距离成都、雅安也很近,这条断裂带地震危险性如何?(郑勇等,“川滇主要地震空区危险性的研究现状及思考”,《中国科学: 地球科学》,2024)

单斌

:鲜水河-小江断裂带实际上是四条断裂带,处在中国最活跃的南北地震带的南段。

1713年以来的两三百年来,沿这条断裂带发生过很多次七级以上的强震。基于这些地震的空间分布,就可以确定这里有哪些地震空区,它也成了中国地震学研究的热点区域,地震局和一些研究机构在这里构建了川滇地震实验场,希望能“抓住”一次地震。

这里历史上可能是地震空区,比如康定—道孚段,还有小江段的南段(靠近雅安),地震局也比较重视。但是地震空区毕竟只是统计上的概念,危险不危险,还要结合断层自己的力学性质,比如是否闭锁(是否被“粘”住,能量是否会积累)。对此学界还有争议。

正面连接:2018年,有学者在华北盆地发现了一个平静期超过8400年的160km地震空区,中心就在天津。怎么看待这个空区的危险性?(A.Yin, X.J.Yu, ZG.K.Shen, J.Liu-Zeng, “A Possible Seismic Gap and High Earthquake Hazard in the North China Basin”, Geology, 2015. doi:10.1130/G35986.1)

单斌

:华北盆地属于学界所称的河间断裂区域,主要受到唐山大地震影响,获得学界重视。

空区平静期8400年,说明这里断层两侧相对运动非常的慢,和发生汶川地震的龙门山断裂带一样,可能只有每年滑动一两毫米。由于GPS测量会有1毫米的误差,同样是一个7级地震(5-6米位移),从除以0.1变为除以0.2,地震重复周期会由1万年变成2万年,很难测量。

如果周期是10000年,已经过去了8400年,表明这里可能挺危险。那如果是2万年呢?

8400年的平静期已经超过了人类历史的记载,测量它要依靠同位素测年法。科学家沿着断裂往下挖了一个坑,到达一定深度后,寻找上一次地震的痕迹,即地震摩擦带来的高温对岩石造成的变质。向地壳内深挖的成本相对较高,科学家可能只能在断裂面取少数几个观测点,获取非常准确数据的难度也比较大。

地震是可以被预测的吗?

正面连接:回到中国的地震研究,学者是否预测到了汶川大地震的发生?

单斌 :汶川地震的很多研判都是地震发生以后的事情。如果想要事前对它的危险性进行预测,也会比缅甸地震要难。

这是因为,汶川地震发生在位于中国南北地震带中部的龙门山断裂带上面。南北地震带被视为中国最活跃的地震带,北起鄂尔多斯周边,穿过龙门山断裂带,一直到云南,相当于是中国第一级阶梯的边缘。

不同于实皆断裂每年相对运动20毫米,龙门山断裂带每年相对移动只有1-2毫米。断层相对运动慢,学者计算的地震重复周期是8000-10000年,有人类文字记载的时段里,这个断层都没有地震记录,也是因此,汶川地震属于大陆地震中中长期预测难度很高的。

另一方面,断裂带相对移动的数值是通过gps在断裂带一侧的板块上测出来的,gps的测量误差在1毫米/年左右,对于实皆断裂带20毫米/年的位移而言,误差只有1/20,这对地球物理学界来说是较为准确的,但是龙门山断裂带两侧的相对速度只有1-2毫米,误差就显得特别大,这也导致预测困难。

回到胶水的比喻,由于断裂两侧板块间粘度很高,积累了这么久的能量,破坏力还是很大。

正面连接:地震预测与地震强度有关系吗?是不是更大的地震就更容易被预测,比如,会出现更明显的前兆?

单斌 :没有什么关系。预测中,主要从两个角度来看地震强度。首先,这个地震空区有多长,假设这么长的断裂带一起发生破裂,大致相当于一个多大震级的地震。另外,这个地区历史上发生过的最大震级地震是多大。

地震前兆和震级之间没有必然联系,因为不同地区地质构造不一样,甚至并不是说大地震就一定有前兆。至于中小型地震,也无法说就一定没有前兆。只是大家往往更关注强震。

正面连接:总体而言,地震是可以被预测的吗?

单斌 :地震预测分为短临预报、中期预测和长期预测,中期是未来5-10年,长期是未来几十年。我们使用地球物理方法,主要是进行中长期地震危险性的预测。但地球物理的弊端在于,它不是一门特别准确的科学,简化后的模型计算出的结果都会有误差。正所谓“上天有路,入地无门”。

在中长期预测这块,中国地震局每年年底会开一个地震趋势会商会。主要两个工作,一是结合我们前面说的所有的地球物理观测数据、包括应力触发模型的推测,在地震空区的基础上,判断来年1-12月份中国最危险的地区,每年会圈出10-20个。第二项工作是把去年圈定的危险区和当年发生的地震进行一个比较,看预测得对不对。

中国地震局发布的2016-2025年中国大陆地震重点危险区判定结果(据中国地震局地震预测研究所《中国大陆强震中长期危险区预测研究》,2018年)

相比中长期预测,短临预报更是非常难,可以说是为之努力的最高目标,目前,比如5、6级震级的地震,一年几十个,其中可能有一个能说对。

各国对地震能否预报也形成了两派观点。一派认为,地震不可预报,因为它存在非线性因素。

线性指当我们把位置和时间输入函数,就可以得到结果。但地震预报中,有一些项目它是完全随机和概率的,使得地震预报充满不确定性。就像天气预报一样,可能有蝴蝶效应,一个非常微小的因素会导致一场大地震发生,非线性因素的影响太大了。

持这派观点的国家主要有美国和日本。在这些国家,地震预报隶属于政府其他机构,比如美国的地震调查局,在日本甚至是由气象局来负责。

另一派观点则认为,地震是可以或者应该被预报的,我国也在朝着预报的方向努力。

短临预报方面,中国有被认为是非常成功的案例:1975年的海城地震,7.3级。地震当天凌晨,辽宁省地震办公室发布了带有临震预报性质的简报,上午,辽宁省也向全省发出电话通知,暂停一些公共场所的活动,有影院门口也张贴了公告,“可能发生地震”,电影露天放映。

但那次地震确实有一些特殊性,可能因为附近地质构造比较特殊,人类所能记录到的各种地震前兆,像动物不愿意回巢,地下发出声音,晚上天空明亮,都发生了。但对于这些原因,学界现在也没有具体定论。人们一度特别骄傲,但仅仅一年后的1976年,就发生了人员伤亡惨重的7级唐山大地震。

其实唐山大地震前,也有学者做过地震空区的预测。但是这样圈出来的区域太多了,不可能说我们因此把唐山、北京的人全部搬走。在全世界也不可能,比如美国旧金山和洛杉矶都在地震带,他们也无法做到举州转移。

现在,我们的测量仪器更准确,对地震预测的理解也更深了。我们可以做的是提高建筑防震等级,比如中国国家地震局做了《中国地震烈度区划图》,新一版区划图的编制会在2025年完成。显示了各地区潜在的地震危险性,再比如说《中国地震动峰值加速度区划图》,规定了建筑物的抗震设防分区等级。但至于在有可能发生灾害时提前疏散人群,是否会带来更大的恐慌或社会损失,怎么去做,是值得商榷的。

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