Shigeko Segawa

動 態(tài)

日本3·11大地震促使人們重新思考相關(guān)地震理論＊

Shigeko Segawa

日本2011年3月發(fā)生的破壞性地震在科學(xué)史上留下了深深的印記，其觸動了已被廣泛接受的地震理論，并促使地震預(yù)報員和研究者重新評估海底韌性斷層面發(fā)生大地震的幾率。

3·11大地震發(fā)生的地點(diǎn)令人費(fèi)解，地震學(xué)家們曾認(rèn)為該處不可能發(fā)生大地震。此外，2個板塊相對滑動了50m，而這是有記錄以來的最大值。京都大學(xué)防災(zāi)研究所的科學(xué)家Mori表示，此前從未見過如此大距離的地質(zhì)斷層面滑移。即使是智利1960年發(fā)生的9.5級地震，斷層滑移也只有20m。50m的滑移使得地殼發(fā)生形變，海床被抬升，同時引發(fā)大海嘯。

該地震現(xiàn)在日本國內(nèi)被稱為東日本大地震。直到其發(fā)生前，已被人們普遍接受的地震理論認(rèn)為，大地震只發(fā)生在構(gòu)造板塊邊界深度為20～50km之間的地方。在該深度，剛性板塊相互碰撞，聚集起大量應(yīng)力；在地震期間，這些板塊發(fā)生運(yùn)動，并釋放出應(yīng)力。地震學(xué)界普遍認(rèn)為，大地震不可能發(fā)生在更淺或更深的地方。

較大滑移通常發(fā)生在日本海溝附近，大洋板塊在此處向大陸板塊下俯沖（其板塊邊界距離海洋表面7km）。一般認(rèn)為，沉積于海溝的松散沉積物是一種潤滑劑，可以潤滑板塊的接合處并防止板塊間的粘合。由于摩擦的減少，板塊將持續(xù)滑動，而不會產(chǎn)生大的地震?？茖W(xué)家們認(rèn)為，在這種情況下，只有一些特定類型的地震可能發(fā)生，如沿海溝出現(xiàn)的慢滑。

對于3·11大地震這一全球第四強(qiáng)震，有2種可能的解釋。這些解釋不僅涉及板塊邊界的更深部，同時也涉及其較淺部。第一種解釋認(rèn)為，板塊實(shí)際上在海溝附近發(fā)生了粘合，同時不斷積累應(yīng)力，因?yàn)榈卣鸷痛蟮乇O(jiān)測網(wǎng)的缺陷，這些特征沒有被注意到。第二種解釋認(rèn)為，發(fā)揮作用的一些機(jī)制允許板塊突然間的一個大幅運(yùn)動，而不僅僅是應(yīng)力的小幅累積。

直到2011年，幾乎沒有地震學(xué)家關(guān)注第二種解釋。在3·11大地震中，板塊最開始時沿日本列島附近的較深處滑動，之后在距日本海溝的較遠(yuǎn)處發(fā)生了大距離滑移。

“地球號”（Chikyu）鉆探船對此次地震附近海床取樣發(fā)現(xiàn)一種軟粘土礦物即蒙脫石。對此，日本筑波大學(xué)地球物理學(xué)家Ujiie認(rèn)為，如果同時存在水，那么來自板塊滑動的摩擦熱將促進(jìn)水的擴(kuò)散，同時也可能推動沿斷層的運(yùn)動向更遠(yuǎn)距離發(fā)展。京都大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教授Kimura同意Ujiie的觀點(diǎn)，他也認(rèn)為板塊邊界處可能含有水。

過去，研究者已經(jīng)在宮城縣外海的某些地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了重復(fù)發(fā)生的7級地震。因此認(rèn)為，一些機(jī)制可能對地震的進(jìn)一步發(fā)展起到了“剎車”作用，幫助抑制了觸發(fā)點(diǎn)附近的地震活動。但是，在3·11大地震中，所有這些7級地震的觸發(fā)帶及其附近區(qū)域也同時發(fā)生了運(yùn)動，制動機(jī)制似乎明顯失效，而且更廣泛的區(qū)域也突然發(fā)生了運(yùn)動。為什么？制動機(jī)制失效了嗎？

最近，地震學(xué)界關(guān)注的一個焦點(diǎn)是滑動速率，即滑動的兩側(cè)相對于對方的運(yùn)動速度。實(shí)驗(yàn)研究表明，兩個巖石的高速滑動將使摩擦力變小，促使各自進(jìn)行更遠(yuǎn)距離的滑動。日本建筑研究所（BRI）的首席科學(xué)家Bunichiro Shibazaki通過對3 000年間的地震周期的模擬研究表明，當(dāng)高速滑動發(fā)生的時候，摩擦力下降，所有7級地震震源及其附近區(qū)域?qū)⒁黄疬\(yùn)動，進(jìn)而引發(fā)一次大型地震。

同時，Shibazaki的模擬預(yù)測表明，7級地震的復(fù)發(fā)間隔是幾十年，而9級地震是900年。但是，Shibazaki的模擬基于很多假設(shè)，如存在多少摩擦力。盡管模擬過程中的平衡非常精細(xì)，但是數(shù)值的微小調(diào)整都將影響虛擬地震的大小和發(fā)生頻率。這提醒人們，預(yù)測大地震是多么的困難。

3·11大地震為什么發(fā)生在宮城縣外海，這有原因嗎？具有類似隱伏斷層的地區(qū)可能發(fā)生類似的大地震嗎？科學(xué)家對答案的質(zhì)疑才剛剛開始。

資料來源：http：∥ajw.asahi.com／article／0311 disaster／analysis／AJ201211200011

原題：2011quake sparked new study，rethink of seismic theory

（中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館蘭州分館／中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心 趙紀(jì)東 編譯）

（譯者電子信箱，趙紀(jì)東：zhaojd＠llas.ac.cn）

P315；

D；

10.3969／j.issn.0235-4975.2013.04.001

2012-12-19。