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揭秘2011年日本Mw9.0级地震：成因、导火索与后劲
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在正文开始前，先解答网友常问的一个问题，“成因”和“机制”是什么意思？
简而言之，“成因”指某事儿形成的原因，“机制”指某现象内部组织和运行变化的规律。从词义的解释看，“机制”比“成因”更有内涵，因为前者强调的是“规律”，要搞明白某现象的变化规律，前提是知道原因。有时，这两个词儿常同时使用，如地震的成因机制等。
还是以“地震的成因机制”为例进一步解读吧。何谓“地震的成因机制”呢？这得要回答：在什么东东的作用下，某对象发生了神马样的事儿，这件事儿有什么样的规律。
有学者认为，地震是因为在地幔热对流作用下，相邻板块挤压碰撞的结果。其实，这主要解释了驱动力来源的问题，还不是对地震成因的完整解释。要说明白成因，还要进一步回答如下问题：在该驱动力作用下，板块间什么介质承载能量积累？在积累过程中介质发生了什么变化？其力学行为是什么？
在此基础上，若能找到行为的规律性，就上升了一个层次，到了“机制”层面了。
一、地震参数与灾难
2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生Mw9.0级地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失。地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区。地震造成日本福岛第一核电站1~4号机组发生核泄漏事故。4月1日，日本内阁会议决定将此次地震称为“东日本大地震”。
Earthquake Details
9.0 | |
· Friday, March 11, 2011 at 05:46:24 UTC · Friday, March 11, 2011 at 02:46:24 PM at epicenter | |
38.297°N, 142.372°E | |
30 km (18.6 miles) set by location program | |
NEAR THE EAST COAST OF HONSHU, JAPAN | |
129 km (80 miles) E of Sendai, Honshu, Japan | |
horizontal +/- 13.5 km (8.4 miles); depth fixed by location program | |
NST=350, Nph=351, Dmin=416.3 km, Rmss=0.1 sec, Gp= 29°, | |
· USGS NEIC (WDCS-D) | |
usc0001xgp |
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2011/usc0001xgp/#details
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/dyfi/events/us/c0001xgp/us/index.html
恐怖的灾难
（图片来自网络，无商业目的，在此致谢）
二、孕育过程
基于板间地震区初划原则与合理性检验原则，整合了原划定的日本地震区和堪察加地震区，重新厘定了地震区边界，并重命名为北海道-勘察加地震区。该地震区沿鄂霍次克板块与太平洋板块边界走向展布（图1），曾发生ML≥8.5级地震8次（表1），最近一次是2011年3月11日日本本州岛东海岸附近MW9.0级地震，造成约15000人死亡，约10000人失踪，30多万栋房屋损坏(董治平等, 2012)。
图1 苏瓦-惠灵顿、新几内亚岛-所罗门群岛、爪哇岛-马鲁古群岛、台湾岛-菲律宾群岛、梅莱凯奥克、琉球群岛-台湾岛、北马里亚那群岛与北海道-堪察加地震区地震构造图
从上图看出，日本主要受北海道-堪察加（Mw≥9.2级地震危险区）、北马里亚那群岛（Mw8.8级地震危险区）与琉球群岛-台湾岛（Mw9.0级地震危险区）三个地震区的威胁。
表1 北海道-堪察加地震区地震区ML≥8.5级地震事件
编号 | 日期 | 纬度,经度 （°） | 深度 （km） | 震级 | 震级类型 | 换算震级（ML） |
1 | 869-7-13 | 38.50,143.80 |
| 8.6 | MS | 8.6 |
2 | 1737-11-4 | 55.50,163.00 | 20.0 | 9.2 | MW | 9.2 |
3 | 1896-6-15 | 39.50,144.00 |
| 8.5 | MW | 8.5 |
4 | 1898-6-5 | 38.00,143.00 | 60.0 | 8.7 | Muk | 8.7 |
5 | 1923-2-3 | 53.85,160.76 | 35.0 | 8.5 | MW | 8.5 |
6 | 1952-11-4 | 52.76,160.06 | 22.1 | 9.0 | MW | 9.0 |
7 | 1963-10-13 | 44.76,149.80 | 26.0 | 8.6 | MW | 8.6 |
8 | 2011-3-11 | 38.30,142.37 | 29.0 | 9.0 | MW | 9.0 |
需要说明的是，关于1737年11月4日堪察加东部近海MW9.2级地震的震级参数，目前有Muk7.8级(宋治平等, 2011)和MW9.2级(Gusev andShumilina, 2004)两种表述。若该地震实为Muk7.8级，则意味着该地震区在短短不到100年内，于1952年和2011年先后发生2次9.0级地震，而该区自有地震记载以来的144年至1952年的千年尺度，未发生过一次M≥9.0级地震，这显然不合理。若1737年地震为MW9.2级，则较合理，可认为该震是上一轮孕育周期的主震事件。由于该周期历史地震目录严重缺失，难以分析主震事件的孕育过程。
图2示出了该地震区当前孕育周期多锁固段逐次累进性破裂过程中巨震事件之间的力学联系。可看出，根据1898年6月5日日本海沟附近Muk8.7级地震发生前的CBS值，可较准确地连续预测到1952年11月4日堪察加东部近海附近MW9.0级地震与2011年3月11日日本本州岛东海岸附近MW9.0级地震的临界CBS值。计算表明，1952年和2011年两次MW9.0级地震释放能量均远低于其各自发震前该地震区积累能量，故我们判断这两次MW9.0级地震都不是主震事件。该地震区当前孕育周期应存在第3锁固段，当其损伤累积至峰值强度点时，应有更大地震事件发生。
总结下，1952年勘察加Mw9.0级震群事件，是2011年日本Mw9.0级地震的直接导火索。计算表明，2011年日本Mw9.0级地震发生前，该地震区积累的能量能发生一次约Mw9.5级地震，而实际震级偏小，这是为什么呢？这是因为受到第三锁固段约束的原因所致。所以啊，该地震区当前周期主震事件还未发生，老鼠拉木锨——大头在后边。因该区未来还有更大地震发生，故水涨船高，后续preshock事件的上限震级也很猛。后劲究竟有多大呢？接着往下看，就晓得啦。
三、后劲有多大？
截止到2015年1月31日，该地震区CBS监测值约为6.32E+10J1/2，远离临界值9.81E+10J1/2。对该地震区未来震情预测结果如下：震级：MW9.2~9.7级；震中位置：图1中O区所示预测发震区域；发震时间窗口：长期。预计向临界状态演化过程中，该地震区还将发生不超过MW8.8级的preshock事件。我们将跟踪该地震区地震活动性动态，期望对震中位置和发震时间窗口有更准确的判断。
图2 北海道-堪察加地震区地震区1753.2.10-2015.1.31之间CBS值与时间关系
（数据分析时选取ML≥6.1级地震事件；横坐标对应的时间减去3000年为实际年份；误差修正已被考虑。）
预计该区未来大震与巨震们的主战场会向北转移，Preshock事件多集中在千岛群岛一带。屋漏偏受连阴雨，黄鼠狼专咬病鸭子，地震们的脾气就是这样。日本和勘察加人民必须紧绷防震减灾这根弦。
参考
秦四清, 李培, 薛雷等.2015.环太平洋地震带巨震预测. 地球物理学进展,30(2):540-558,doi: 10.6038/pg20150210
https://blog.sciencenet.cn/blog-575926-896863.html
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