專家解讀汶川地震地質運動與震級度量；預測地震依然是世界性難題

2008年5月12日14點28分04.1秒，災難降臨。北緯30.95度，東經103.40度，四川省汶川縣境內，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？

事實上，預測地震依然是個世界性難題。我們但不得不承認，人類對地震之源———大地深處的那些秘密所知甚少。至今人類探地的最深點，不過12千米深，如果把地球比喻成個雞蛋，那么蛋殼都還沒被鉆破呢。

1 工作

以防震監(jiān)測為主

汶川地震發(fā)生之后，不少網民將指責的矛頭對準了中國的地震學家們。很多人簡單地將地震臺等同于“氣象臺”，將地震工作看成是關于大地的“天氣預報”。在大家的想象之中，地震工作者應該時時監(jiān)測著地震儀，像氣象工作者一樣對云圖數據進行分析，精確預報未來幾天內可能發(fā)生的地震。

然而，中國地震局地震預測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。

目前地震工作者主要是依據各種地震所得的數據進行各項科學研究的分析，統計各地地震情況的樣本，類似修正地震帶分布情況，“地震帶上，我們就會加強地震的監(jiān)測工作。”同時還有把觀測到的現象、不正常的現象與地震的關系進行研究，進而能對地震成因、發(fā)生的所謂預兆作出更好的了解。

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)生時間、震級……這正是依賴于分布在全國各地的1000多個測震臺站提供的地震波數據。而這一切為隨后而來的救援活動贏得了時間。同時，地震工作者也為各個城市的新建建筑制定了抗震標準。

目前，中國地震局地質研究所研究員李志強已隨地震局其他工作人員抵達此次地震重災區(qū)之一的綿陽，就地展開了地震監(jiān)測工作。對他們來說，震后的監(jiān)測工作也是地震研究的重要部分。“現在我們主要是在綿陽布置流動的地震儀，以便監(jiān)測余震。”這里的監(jiān)測效果會更好，也能更及時地獲得余震數據，并為未來的地震預報提供經驗。

2 起因

龍門山地震帶釋放能量

有關地震的古代記載也相當豐富。“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·十月之交》有古代中國人對地震現象的最早描述。

其實，地震是地殼任何一部分的快速顫動，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象。它是一種經常發(fā)生的有規(guī)律性的自然現象，是地殼運動的一種形式。地震強烈震動區(qū)會出現地表變形、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。它處于我國一個大地震帶，南北地震帶上。該地震帶涉及地區(qū)包括從寧夏經甘肅東部、四川西部直至云南。更具體點說，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世紀初曾經發(fā)生過強震。1933年里氏7.5級的松潘大地震發(fā)生，岷江甚至被截斷而形成“疊溪海子”這一自然奇觀。

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

中國科學院地質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“低速帶”。這個低速帶可能與此次地震的發(fā)生有密切聯系。研究人員曾對天山地震區(qū)活動區(qū)進行過研究，發(fā)現地殼內地震大都發(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)出的在地球介質中傳播的彈性波。地震發(fā)生時，震源區(qū)的介質發(fā)生急速的破裂和運動，這種擾動構成一個波源。由于地球介質的連續(xù)性，這種波動就向地球內部及表層各處傳播開去，形成了連續(xù)介質中的彈性波。

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)是推進波，地殼中傳播速度為每秒5.5千米至7千米，最先到達震中，“P波使地面發(fā)生上下振動。”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，第二個到達震中。“它使地面發(fā)生前后、左右抖動。因此這種波的破壞性較強。”相比之下，縱波的傳播速度較快，在遠離震源的地方這兩種波動就分開。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)產生的混合波。其波長大、振幅強，只能沿地表面?zhèn)鞑ァ＿@種面波可能會引起人眩暈的感覺。孫安輝推測說，這可能是汶川地震的面波向外傳遞時產生的效應。

“不過，面波的發(fā)育是有條件的。”只有當地震的震級達到一定程度，能量很大時，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。印度洋板塊向亞歐板塊俯沖，能量從青藏高原向內陸釋放。由于聚集的巨大能量，突然間釋放，能量沿著板塊裂縫傳遞，對各板塊進行擠壓，地層破裂尺度較大。同時，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，進而導致其他地區(qū)都有震感。

根據全球地震網絡(GSN)部分臺網對此次汶川地震震波的監(jiān)測，研究人員分析指出，此次地震的縱波和橫波大概推進了1萬千米左右，而面波則在近 1小時內推進了將近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，也要看烈度

5月12日14點40分左右，美國地質勘測局(USGS)的實時數據圖顯示，四川東部汶川附近地區(qū)出現了一個方框，方框上面的標注是 “M7.8”(震級7.8級)。在之后的12小時，這個方框的附近又多了4個小方框，分別代表當地發(fā)生的4次較大余震。

通常，震級是人們衡量地震強度的指標。但孫安輝告訴記者，事實上還有一個并不那么為人熟知的指標，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，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，震級和烈度是有區(qū)別的。其中，震級是表征地震強弱的量度，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6級地震，其釋放的能量相當于美國投擲在日本廣島的原子彈所具有的能量。

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

和古登堡(Beno Gutenberg)于1935年提出的。它根據離震中一定距離所觀測到的地震波幅度和周期，并且考慮從震源到觀測點的地震波衰減，經過一定公式，計算出來震源處地震的大小。

根據USGS的數據，目前世界已知最強地震為9.5級，于1960年5月22日發(fā)生于智利，該數據是1977年美國加州理工學院的金森博雄教授 (HirooKanamori)估測得到的。

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，除了地震震級的區(qū)分外，還有烈度這一“標尺”。烈度由該地點與震中的距離、震源的深度、土壤結構，以及斷層運動種類等因素來決定。“每次地震震級只有一個，但各地的烈度卻是不同的。”

1976年唐山地震，震級為7.8級，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)烈度的統計數據尚未明確。

但USGS根據其組織的搖晃程度調查結果，給出了部分中國城市烈度數據。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、香港及臺北在內的中國大部分地區(qū)的烈度在I至III.

5 前景

預測是世界難題

張衡發(fā)明的“候風地動儀”一直被視為中國古代文明的驕傲。“其實，張衡地動儀還是很粗略的科學儀器，現在我們監(jiān)測地震的儀器已經發(fā)達多了，比張衡的不知精確了幾倍，只是預測地震依然很難。”孫安輝顯得有些無奈。

監(jiān)測工作的嚴密、監(jiān)測儀器的發(fā)達并不意味著對地震預測的準確。中國地震局地質研究所研究員李志強指出，現在科學家可以觀察地球板塊的運動，但這還并不等于可以預測地震。

預測地震之所以難，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，科學家對地球深處的認識還很簡單。“天氣預報是可以根據風云的變化來預測的，但都經常預報錯。而深入到地球內部的觀測則更難了。”李志強表示。

二來，科學家發(fā)現地震孕育、發(fā)生、發(fā)展的過程十分復雜，在不同的地理構造環(huán)境、不同的時間階段，不同震級的地震都顯示出相當復雜的孕育過程。

三來，雖然地震每時每刻都在發(fā)生，但具有破壞性的強震依然不多。李志強指出，盡管全球每年都會發(fā)生數十上百起強地震，但對某一個具體地區(qū)來說，地震發(fā)生的重復性時間是很長的，屬于突發(fā)事件。這給地震預報增加了難度。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。“畢竟這是要根據數據來得出結論的，而大地震的概率還是比較少。”

德國波茲坦地學研究中心金特教授表示，預測地震也是個世界難題。此前在接受媒體采訪時，他指出，目前世界上還沒有哪個國家的科學家能夠成功預測地震。中國的科學家有過多次試驗，其中也成功過幾次，但是地震預測還是不可能的。因為我們對地球內部結構了解還太少。

其實，別說是預測地震，就是對已經發(fā)生了的地震的確認，都需要一定的過程。“汶川地震發(fā)生后，USGS對其震級就進行過修訂，我國地震局也修訂了此地地震的震級數據。這就是根據收集到的不同數據逐漸得出的。”孫安輝指出，這種數據都是越往后看越精確。

新知專題采寫 本報記者 李健亞

本專題感謝：孫安輝(中國地震局地震預測研究所研究員) 李志強(中國地震局地質研究所研究員) 邊千韜(中國科學院地質與地球物理研究所研究員)