專家解讀汶川地震地質(zhì)運(yùn)動(dòng)與震級(jí)度量；預(yù)測(cè)地震依然是世界性難題

2008年5月12日14點(diǎn)28分04.1秒，災(zāi)難降臨。北緯30.95度，東經(jīng)103.40度，四川省汶川縣境內(nèi)，大地的力量開始肆虐。隨之而來的，是巨大的人員傷亡。

地震，又一次在中國的大地上撕開了一道深深的傷口。人們難免要問，為什么我們依然無法制服這股暴虐的力量呢？

事實(shí)上，預(yù)測(cè)地震依然是個(gè)世界性難題。我們但不得不承認(rèn)，人類對(duì)地震之源———大地深處的那些秘密所知甚少。至今人類探地的最深點(diǎn)，不過12千米深，如果把地球比喻成個(gè)雞蛋，那么蛋殼都還沒被鉆破呢。

1 工作

以防震監(jiān)測(cè)為主

汶川地震發(fā)生之后，不少網(wǎng)民將指責(zé)的矛頭對(duì)準(zhǔn)了中國的地震學(xué)家們。很多人簡單地將地震臺(tái)等同于“氣象臺(tái)”，將地震工作看成是關(guān)于大地的“天氣預(yù)報(bào)”。在大家的想象之中，地震工作者應(yīng)該時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)著地震儀，像氣象工作者一樣對(duì)云圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，精確預(yù)報(bào)未來幾天內(nèi)可能發(fā)生的地震。

然而，中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所孫安輝研究員卻表示地震工作者的工作與這些想象完全不同。地震帶分布情況的分析、地震特點(diǎn)的研究、地震發(fā)生原因的研究，都在地震工作者日常工作范圍內(nèi)。

目前地震工作者主要是依據(jù)各種地震所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)科學(xué)研究的分析，統(tǒng)計(jì)各地地震情況的樣本，類似修正地震帶分布情況，“地震帶上，我們就會(huì)加強(qiáng)地震的監(jiān)測(cè)工作。”同時(shí)還有把觀測(cè)到的現(xiàn)象、不正常的現(xiàn)象與地震的關(guān)系進(jìn)行研究，進(jìn)而能對(duì)地震成因、發(fā)生的所謂預(yù)兆作出更好的了解。

在汶川地震發(fā)生之后，中國地震局迅速公布了這次地震的基本情況：震中位置、發(fā)生時(shí)間、震級(jí)……這正是依賴于分布在全國各地的1000多個(gè)測(cè)震臺(tái)站提供的地震波數(shù)據(jù)。而這一切為隨后而來的救援活動(dòng)贏得了時(shí)間。同時(shí)，地震工作者也為各個(gè)城市的新建建筑制定了抗震標(biāo)準(zhǔn)。

目前，中國地震局地質(zhì)研究所研究員李志強(qiáng)已隨地震局其他工作人員抵達(dá)此次地震重災(zāi)區(qū)之一的綿陽，就地展開了地震監(jiān)測(cè)工作。對(duì)他們來說，震后的監(jiān)測(cè)工作也是地震研究的重要部分。“現(xiàn)在我們主要是在綿陽布置流動(dòng)的地震儀，以便監(jiān)測(cè)余震。”這里的監(jiān)測(cè)效果會(huì)更好，也能更及時(shí)地獲得余震數(shù)據(jù)，并為未來的地震預(yù)報(bào)提供經(jīng)驗(yàn)。

2 起因

龍門山地震帶釋放能量

有關(guān)地震的古代記載也相當(dāng)豐富。“燁燁震電，不寧不令。百川沸騰，山冢崒崩。高岸為谷，深谷為陵。”《詩經(jīng)·十月之交》有古代中國人對(duì)地震現(xiàn)象的最早描述。

其實(shí)，地震是地殼任何一部分的快速顫動(dòng)，以地震波形式在巖石圈中迅速釋放和傳播能量的地球物理現(xiàn)象。它是一種經(jīng)常發(fā)生的有規(guī)律性的自然現(xiàn)象，是地殼運(yùn)動(dòng)的一種形式。地震強(qiáng)烈震動(dòng)區(qū)會(huì)出現(xiàn)地表變形、地面開裂；不穩(wěn)定的斜坡發(fā)生滑坡、崩塌；不穩(wěn)定的巖溶發(fā)育區(qū)和采空區(qū)發(fā)生地面塌陷；飽和砂土區(qū)發(fā)生砂土液化、噴砂冒水，軟土區(qū)發(fā)生軟土震陷等。

“地震易發(fā)地帶主要處于板塊斷裂帶上。”孫安輝指出。我國有6大亞板塊斷裂帶，主要為青藏高原、華南地區(qū)、華北地區(qū)3塊。

四川省汶川縣就在一片地震活躍地區(qū)之內(nèi)。它處于我國一個(gè)大地震帶，南北地震帶上。該地震帶涉及地區(qū)包括從寧夏經(jīng)甘肅東部、四川西部直至云南。更具體點(diǎn)說，汶川縣又處在四川龍門山地震帶上。“因此，這里發(fā)生地震的幾率較高。”從歷史記錄來看，盡管龍門山主體沒有發(fā)生過大地震，但它北邊的松潘在上個(gè)世紀(jì)初曾經(jīng)發(fā)生過強(qiáng)震。1933年里氏7.5級(jí)的松潘大地震發(fā)生，岷江甚至被截?cái)喽纬伞隘B溪海子”這一自然奇觀。

而此次汶川地震很可能是龍門山地區(qū)應(yīng)力蓄積到了一定程度，地殼破裂而導(dǎo)致的。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員邊千韜還指出，汶川所在之地存在著一個(gè)“低速帶”。這個(gè)低速帶可能與此次地震的發(fā)生有密切聯(lián)系。研究人員曾對(duì)天山地震區(qū)活動(dòng)區(qū)進(jìn)行過研究，發(fā)現(xiàn)地殼內(nèi)地震大都發(fā)生在上地殼低速帶與下地殼高速區(qū)之間的梯度帶附近。

3 沖擊

不同震波各自搖晃

從汶川傳回的信息顯示，鄰近震中之處，幾乎所有房屋全都倒塌了。而在離震中有一定距離的地區(qū)，也受到了不同程度的破壞。這一切，事實(shí)上都是地震波在作祟。

地震波是指由地震震源發(fā)出的在地球介質(zhì)中傳播的彈性波。地震發(fā)生時(shí)，震源區(qū)的介質(zhì)發(fā)生急速的破裂和運(yùn)動(dòng)，這種擾動(dòng)構(gòu)成一個(gè)波源。由于地球介質(zhì)的連續(xù)性，這種波動(dòng)就向地球內(nèi)部及表層各處傳播開去，形成了連續(xù)介質(zhì)中的彈性波。

一般來說，按傳播方式的不同，地震分為三種類型：縱波、橫波和面波。

而縱波和橫波合稱體波。

其中，縱波(P波)是推進(jìn)波，地殼中傳播速度為每秒5.5千米至7千米，最先到達(dá)震中，“P波使地面發(fā)生上下振動(dòng)。”孫安輝指出。

而橫波是剪切波(S波)在地殼中的傳播速度為每秒3.2千米—4.0千米，第二個(gè)到達(dá)震中。“它使地面發(fā)生前后、左右抖動(dòng)。因此這種波的破壞性較強(qiáng)。”相比之下，縱波的傳播速度較快，在遠(yuǎn)離震源的地方這兩種波動(dòng)就分開。通常，縱波先傳到地面，橫波次之。

除了縱波和橫波外，還有第三種地震波，那就是面波。面波又稱L波，是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波。其波長大、振幅強(qiáng)，只能沿地表面?zhèn)鞑ァ＿@種面波可能會(huì)引起人眩暈的感覺。孫安輝推測(cè)說，這可能是汶川地震的面波向外傳遞時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)。

“不過，面波的發(fā)育是有條件的。”只有當(dāng)?shù)卣鸬恼鸺?jí)達(dá)到一定程度，能量很大時(shí)，才能發(fā)育出面波。

這種地震波的傳播速度比體波慢，因此往往比體波晚到，但振幅往往很大，振動(dòng)周期較長。面波的速度隨周期而異，研究者用群速度和相速度來衡量它的傳播速度，而不是單一的速度值。它的速度比體波中的橫波慢，所以在地震圖上面波往往在橫波后面。

而此次汶川地震屬于大型板塊斷層活動(dòng)。印度洋板塊向亞歐板塊俯沖，能量從青藏高原向內(nèi)陸釋放。由于聚集的巨大能量，突然間釋放，能量沿著板塊裂縫傳遞，對(duì)各板塊進(jìn)行擠壓，地層破裂尺度較大。同時(shí)，由于此次地震的震源距離地表只有10千米，屬于淺源地震，破壞性較大，并使地震波由體波發(fā)育成了面波，進(jìn)而導(dǎo)致其他地區(qū)都有震感。

根據(jù)全球地震網(wǎng)絡(luò)(GSN)部分臺(tái)網(wǎng)對(duì)此次汶川地震震波的監(jiān)測(cè)，研究人員分析指出，此次地震的縱波和橫波大概推進(jìn)了1萬千米左右，而面波則在近 1小時(shí)內(nèi)推進(jìn)了將近1.8萬千米———幾乎傳到了地球那一頭的南美洲。

4 度量

要看震級(jí)，也要看烈度

5月12日14點(diǎn)40分左右，美國地質(zhì)勘測(cè)局(USGS)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖顯示，四川東部汶川附近地區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)方框，方框上面的標(biāo)注是 “M7.8”(震級(jí)7.8級(jí))。在之后的12小時(shí)，這個(gè)方框的附近又多了4個(gè)小方框，分別代表當(dāng)?shù)匕l(fā)生的4次較大余震。

通常，震級(jí)是人們衡量地震強(qiáng)度的指標(biāo)。但孫安輝告訴記者，事實(shí)上還有一個(gè)并不那么為人熟知的指標(biāo)，烈度，被用來衡量地震造成的破壞水平。所以，要全面衡量一次地震的危害，不僅要看震級(jí)，還要看它波及的范圍以及地震烈度。

孫安輝表示，在地震研究中，震級(jí)和烈度是有區(qū)別的。其中，震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱的量度，即地震發(fā)生后所釋放的能量水平，通常用字母M表示。

比如一個(gè)6級(jí)地震，其釋放的能量相當(dāng)于美國投擲在日本廣島的原子彈所具有的能量。

震級(jí)有很多種，里氏震級(jí)是目前較常用的一種。它是由兩位來自美國加州理工學(xué)院的地震學(xué)家里克特(CharlesRichter)

和古登堡(Beno Gutenberg)于1935年提出的。它根據(jù)離震中一定距離所觀測(cè)到的地震波幅度和周期，并且考慮從震源到觀測(cè)點(diǎn)的地震波衰減，經(jīng)過一定公式，計(jì)算出來震源處地震的大小。

根據(jù)USGS的數(shù)據(jù)，目前世界已知最強(qiáng)地震為9.5級(jí)，于1960年5月22日發(fā)生于智利，該數(shù)據(jù)是1977年美國加州理工學(xué)院的金森博雄教授 (HirooKanamori)估測(cè)得到的。

然而，同一地震，不同地區(qū)的破壞程度又不相同。孫安輝指出，除了地震震級(jí)的區(qū)分外，還有烈度這一“標(biāo)尺”。烈度由該地點(diǎn)與震中的距離、震源的深度、土壤結(jié)構(gòu)，以及斷層運(yùn)動(dòng)種類等因素來決定。“每次地震震級(jí)只有一個(gè)，但各地的烈度卻是不同的。”

1976年唐山地震，震級(jí)為7.8級(jí)，震中烈度為XI度。而在此次地震中，北京、天津等地都受到影響。但由于地點(diǎn)與震中距離的不同，各地的烈度也不同。受唐山地震的影響，天津市地震烈度為VIII度，北京市烈度為VI度，再遠(yuǎn)到石家莊、太原等就只有IV至V度了。

目前，汶川地震各地區(qū)烈度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)尚未明確。

但USGS根據(jù)其組織的搖晃程度調(diào)查結(jié)果，給出了部分中國城市烈度數(shù)據(jù)。震源附近的綿陽市烈度為IX，成都的烈度為VII，而包括北京、上海、香港及臺(tái)北在內(nèi)的中國大部分地區(qū)的烈度在I至III.

5 前景

預(yù)測(cè)是世界難題

張衡發(fā)明的“候風(fēng)地動(dòng)儀”一直被視為中國古代文明的驕傲。“其實(shí)，張衡地動(dòng)儀還是很粗略的科學(xué)儀器，現(xiàn)在我們監(jiān)測(cè)地震的儀器已經(jīng)發(fā)達(dá)多了，比張衡的不知精確了幾倍，只是預(yù)測(cè)地震依然很難。”孫安輝顯得有些無奈。

監(jiān)測(cè)工作的嚴(yán)密、監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)達(dá)并不意味著對(duì)地震預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確。中國地震局地質(zhì)研究所研究員李志強(qiáng)指出，現(xiàn)在科學(xué)家可以觀察地球板塊的運(yùn)動(dòng)，但這還并不等于可以預(yù)測(cè)地震。

預(yù)測(cè)地震之所以難，主要有三方面的原因：一是觀察困難。人們都說“上天容易入地難”，由于探索手段的限制，科學(xué)家對(duì)地球深處的認(rèn)識(shí)還很簡單。“天氣預(yù)報(bào)是可以根據(jù)風(fēng)云的變化來預(yù)測(cè)的，但都經(jīng)常預(yù)報(bào)錯(cuò)。而深入到地球內(nèi)部的觀測(cè)則更難了。”李志強(qiáng)表示。

二來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地震孕育、發(fā)生、發(fā)展的過程十分復(fù)雜，在不同的地理構(gòu)造環(huán)境、不同的時(shí)間階段，不同震級(jí)的地震都顯示出相當(dāng)復(fù)雜的孕育過程。

三來，雖然地震每時(shí)每刻都在發(fā)生，但具有破壞性的強(qiáng)震依然不多。李志強(qiáng)指出，盡管全球每年都會(huì)發(fā)生數(shù)十上百起強(qiáng)地震，但對(duì)某一個(gè)具體地區(qū)來說，地震發(fā)生的重復(fù)性時(shí)間是很長的，屬于突發(fā)事件。這給地震預(yù)報(bào)增加了難度。孫安輝表示目前地震研究人員依然延續(xù)使用老一輩的中國地震帶分布情況，近幾年來只是做些修正工作。“畢竟這是要根據(jù)數(shù)據(jù)來得出結(jié)論的，而大地震的概率還是比較少。”

德國波茲坦地學(xué)研究中心金特教授表示，預(yù)測(cè)地震也是個(gè)世界難題。此前在接受媒體采訪時(shí)，他指出，目前世界上還沒有哪個(gè)國家的科學(xué)家能夠成功預(yù)測(cè)地震。中國的科學(xué)家有過多次試驗(yàn)，其中也成功過幾次，但是地震預(yù)測(cè)還是不可能的。因?yàn)槲覀儗?duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解還太少。

其實(shí)，別說是預(yù)測(cè)地震，就是對(duì)已經(jīng)發(fā)生了的地震的確認(rèn)，都需要一定的過程。“汶川地震發(fā)生后，USGS對(duì)其震級(jí)就進(jìn)行過修訂，我國地震局也修訂了此地地震的震級(jí)數(shù)據(jù)。這就是根據(jù)收集到的不同數(shù)據(jù)逐漸得出的。”孫安輝指出，這種數(shù)據(jù)都是越往后看越精確。

新知專題采寫 本報(bào)記者 李健亞

本專題感謝：孫安輝(中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所研究員) 李志強(qiáng)(中國地震局地質(zhì)研究所研究員) 邊千韜(中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員)