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地震频发：地球缘何如此不安
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作者：马志飞（北京市地质研究所）
原文发表于《生命与灾害》2009年11期
据中国国家地震台网测定，北京时间9月30日1时48分，南太平洋萨摩亚群岛地区发生里氏8.0级地震，震源深度约33公里。地震随后引发海啸，导致至少184人死亡。太平洋海啸预警中心说，美属萨摩亚附近海域起浪高度超过正常海面1.57米。
约17个小时之后，9月30日18时16分，印尼西苏门答腊省附近海域发生7．6级强烈地震。据西苏门答腊省灾害管理部门10月7日晚上公布的数字，此次地震造成该省巴东市和帕里亚曼市共739人死亡，295人失踪。地震造成近9万所房屋受损，经济损失达2亿多美元，根据以往经验，灾区重建可能至少需要两年时间。
更为不可思议的是，在此后的几天里，南太平洋却越来越不太平。北京时间10月8日6时3分，南太平洋岛国瓦努阿图附近海域发生里氏7.8级地震；15分钟后，这一海域遭遇里氏7.7级地震；7时13分，又发里氏7.3级地震。三次强震发生后不到11小时，瓦努阿图再发强震，震级为里氏7.0级。
10月9日上午5时16分，南太平洋岛国所罗门群岛的圣克鲁斯群岛附近海域发生里氏6.4级地震，震源在地表以下10公里处。
10月11日3时41分南太平洋岛国汤加和萨摩亚群岛海域发生里氏5.9级地震，震源在地表以下10公里处。
尽管很多科学家相信，10月8日发生地多起地震与9月29日的强震似乎没有关系，但是在时间和空间上如此集中的地震灾害还是吸引了全世界的目光，令人费解的是：时间上的集中发作和空间上的聚集效应难道真的是一种巧合么？我们的地球为何如此不安，被称为“平静的海洋”的太平洋为何如此的不平静？
地震因何而发？
对于近日不断发生的几次地震，科学家们给出了多种解释。比较趋于一致的观点认为：9月30日印尼西苏门答腊省附近海域地震可能并非因板块冲突而发生，而是由深埋在欧亚板块和印度－澳大利亚板块之下的一个古老断层引起的。这是由于苏门答腊岛位于印度－澳大利亚板块和欧亚板块交汇带的延长线上，而科学家们通过研究发现这一交汇带已经有200多年没有通过地震释放过能量了，因此他们一直认为这一地区会发生一次大地震。但此次地震距板块交汇带有500公里，并且震源深度也在板块交汇带之下，它远未释放出上述两大板块互相挤压时发出的能量，因此，科学家们预言，在未来几年内，西苏门答腊还可能发生更严重的地震灾害。
或许真的是巧合，刚过了短短8天的时间，就在距离印尼不远的瓦努阿图连续发生了强烈地震，一次又一次袭击地球上无辜的生命。
一般而言，地震的产生包括三种成因：构造成因，这种地震又被称为断裂地震，是由地下岩石突然发生错断所引起，这种类型的地震分布最广，其强度也最大，地球上约90%的地震和破坏性最大的地震都属于断裂地震；火山成因，即火山喷发时由于气体的冲击力所引起的地震，这种地震强度较小，只是在火山周围地区有较显著的影响，火山地震占地震总数的7%；陷落成因，在石灰岩发育的地区，岩石被地下水溶蚀形成巨大空洞，或矿产资源开采形成采空区，上覆岩层坍塌引起地震，这种地震影响范围小，破坏性不大，约占地震总数的3%。
发表于2009年8月6日《自然》杂志上的研究扩展了我们对地震起因的理解。美国犹他州大学能源和地球科学研究所的地球物理学家使用一种称为大地电磁测深的方法（类似于对病人进行CT扫描使用的X射线），对南太平洋上的太平洋板块与澳大利亚板块的俯冲带进行研究，发现水对地震的产生具有重要作用。
太平洋板块与澳大利亚板块，约有100英里厚，包括地球的地壳和上地幔的一部分，由于大洋中脊的火山爆发，产生了新的构造板块，不断增加的新岩石就像传送带一样逐渐远离大洋中脊。在这些传送带的另一端，大洋板块与大陆板块碰撞，海底板块俯冲，以向下约45度角的方向潜入大陆板块之下，这一过程就会产生地震和火山活动。在新西兰南岛东海岸的下面，太平洋板块开始潜入澳洲板块之下，大概在地下10英里处，水合矿物里所含的水被释放出来，大部分的水向上上升到澳洲板块的地壳以上，进一步破坏岩石，扩大裂缝。这种断层破裂的网格状结构削弱了地壳的稳定性，促进新的走滑断层的形成。在这里，过去的200年里曾发生过接近8级的大地震，这些地震都与走滑断层有关。2009年7月15日，新西兰南岛发生7.8级强烈地震，并引发海啸，据英国《每日电讯报》报道，地震使新西兰向澳大利亚靠近了约30厘米。这次地震是新西兰78年来震级最高的一次。1931年2月2日，新西兰北岛东部城市内皮尔曾发生里氏7．8级地震，造成256人死亡和严重财产损失
这些区域的断层是冲断层，也就意味着在地震发生时，冲断层一边的地面会上升，超过另外一边。岩石力学的规律表明，当很陡峭的时候，这种断层不会破裂，因为在夹角超过30度的时候，它就很难将一块地面推覆到另外一块之上，除非有水存在。然而，发生新西兰附近的大地震的断层倾角角度远超过了55度。这就说明了，是水促进了地震在这么陡峭的断层带上发生，流体的作用使得地壳变形，并为地震的产生创造了条件。
全球板块和地震带的分布
1912年德国地质学家魏格纳最先提出大陆漂移说。他认为在前寒武纪时，地球上存在一块统一的大陆，在漫长的地质历史时期，古大陆逐渐分离并漂移，相距越来越远，逐渐发展成现代的大洋和大陆。但该学说一度受到人们的质疑。1968年，剑桥大学的麦肯齐和派克、普林斯顿大学的摩根和拉蒙特观测所的勒皮雄等人联合提出一种新的大陆漂移说——板块构造学说，给早期的大陆漂移说注入了新的生命力。
板块构造学说认为，地球的岩石圈由六大板块拼合而成：太平洋板块、欧亚板块、印度－澳大利亚板块、非洲板块、美洲板块（后来科学家将其分为北美洲板块、南美洲板块）和南极洲板块，另有若干小板块。六大板块中除太平洋板块几乎完全是海洋外，其余五大板块既包括大块陆地，又包括大片海洋。板块的大规模水平运动导致板块可以产生、生长、消亡，它们的边界是洋中脊、转换断层、俯冲带和地缝合线。由于地幔的对流，板块在洋中脊分离、扩大，在俯冲带和地缝合线处下冲、消失。
岩石圈活动带的板块边界可以分为三种类型：拉张型边界、挤压型边界和剪切型边界，从力学性质来说，它们分别代表着拉张、挤压和剪切三种基本方式。拉张型边界，是板块相互拉张的地区，它是岩石圈板块的生长场所，也是海底扩张的中心地带，在地貌上表现为裂谷等，主要以大洋中脊为代表；挤压型边界，这里是两个板块相向移动、挤压、对冲的地带，板块相互挤压的地区，在地貌上表现为海沟、火山岛弧、褶皱山脉等；剪切型边界，这种边界是岩石圈既不生长，也不消亡，只有剪切错动的边界，转换断层发育，其运动方式类似地表的走向滑移断层。
研究发现，地震并非均匀分布于地球上，而是集中于板块的边界地带。一般说来，在板块内部，地壳相对比较稳定，而板块与板块交界处则是地壳比较活动的地带，这里火山、地震活动以及断裂、挤压褶皱、岩浆上升、地壳俯冲等频繁发生。而环太平洋板块边界的板块活动最为活跃，所以地震作用和火山作用也最为频密。世界范围内的主要地震带有三条：环太平洋地震带，分布于濒临太平洋的大陆边缘和岛屿，全世界约80%的浅源地震、90%的中源地震几乎全部深源地震和全球大部分特大地震，释放的能量约为全世界地震释放能量的80%；地中海－喜马拉雅－印尼地震带，又称为“欧亚地震带”，横跨欧亚非三洲，全长两万多公里，集中了除环太平洋地震带以外几乎所有的中源地震和大的浅源地震，释放的能量占全球地震总能量的15%；洋脊地震带，位于洋中脊与转换断层上，所有地震均产生于岩石圈内，均为浅源地震，震级较小，一般不超过5级。
印度－澳大利亚板块是两块板块的合称，其中包含了澳大利亚大陆及周围海域，并向西北延伸，涵盖印度次大陆与附近水域。此板块可分成较大的澳大利亚板块与较小的印度板块，两者之间为一道低度活动边界。太平洋板块是一块海洋地壳板块，大部分位于太平洋海面下。西面与欧亚板块之间存在会聚边界，其中靠北方的一边沉入欧亚板块之下，中间部分则与菲律宾板块形成马里亚纳海沟（世界上最深的海沟，最深处距离海平面11034米）。西南面与印度－澳大利亚板块形成会聚形式的边界，并于新西兰北方沉入印度－澳大利亚之下，两者之间造成了一个转换边界。
从板块构造的观点来看，印尼位于太平洋地震带和欧亚地震带的交界处，大陆板块在这里交接，地震和火山活动频繁，每年发生的大小地震不下数千次。澳洲大陆处于印度－澳大利亚板块内部，距离板块边缘比较远，因此，澳洲大陆的地震均属板内地震，这与我国大陆内部地震在成因和性质上近似。但处于板块交界地带的新西兰却是地震多发国家。新西兰位于环太平洋地震带上，太平洋板块与印度－澳大利亚大陆板块相撞为火山活动提供了充足的能量。该区的地质活动频繁，地震活动活跃，每年有1000多个地震报告。
2004年12月26日，在印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生了里氏9级地震，并引发了破坏力惊人的地震海啸，波及印度尼西亚、孟加拉、斯里兰卡、泰国、印度、马来西亚等国家，造成22.5万余人丧生。
南太平洋近年来的强地震
最近几年，南太平洋地震频发，其中印度尼西亚灾害最为严重。
印度尼西亚苏门答腊：2005年3月苏门答腊北部发生8.5级地震，2007年9月，苏门答腊又发生了两次8级强烈地震。这三次地震分别发生在2004年12月26日，2005年3月28日和2007年9月12日。地震都发生在苏门答腊俯冲带，在这里印度板块俯冲向欧亚板块下方。
印度尼西亚塔劳群岛：2009年2月12日发生7.2级地震。
瓦努阿图：2009年10月8日连续发生四次7级以上地震，2007年8月2日发生一次7.1级地震。
萨摩亚群岛：2009年9月30日发生8.0级地震。
新西兰克马德克群岛：克马德克群岛位于新西兰北岛以北1000公里处，岛上没有常住居民。这一区域属于地震多发地带，短短几个月时间内竟连续发生三起7级以上地震。2008年9月29日，克马德克群岛发生里氏7.3级地震，震源在地表以下33公里处。2008年12月9日，该群岛发生里氏7.0级地震，震源深度约35公里。2009年02月19日，该地区发生7.3级地震，震源深度约33公里。
其他岛屿在历史上曾发生过强烈地震，只是在时间上和空间上比较分散，类似于近几年来如此集中爆发的强地震在历史上确实非常罕见。
地震的监测和预报
由于板块挤压变形，所集聚的能力就会不断释放出来，但是在什么时间、什么地点释放多大的能量，仍然是一个令人疑惑的问题。这即是地震预报的三要素：何时、何地、何种震级。对于地震发生的时间和震级，随着科学研究的不断进步，已经取得了丰硕的成果，但对于地震发生的确切时间，科学家们仍然很难做出准确预测。现阶段，我们对地震进行预报的途径主要是：深入研究中、小地震的活动趋势，监测地下岩体应力变化，监测地下水位和水质变化，研究地磁场和地电场的变化，测量地形变化，观察动植物的异常反应等。其中，最根本的问题还是了解清楚地球内部结构，掌握板块运动规律和地质活动特点。
美国伊利诺伊大学的地震学家宋晓东等通过对3次最大和最近发生在印尼苏门答腊的地震进行研究，发现在每一次地震之后很大面积范围内的表面波波速都有一个非常明显的变化。他们不是测量地震波从震中传向地震站所花费的时间，而是测量面波从一个地震站旅行到另一个所花费的时间。由于站与站之间的距离是固定的，该技术使研究人员能够发现地震波速度的微小变化。这个发现不仅让我们能够了解地表发生的变化，而且能看到一定深度下的变化。同时，不仅可以知道它是如何影响破裂区域的，而且可以知道它如何影响其周围区域。当然，这还需要进一步增强密集的监测网络，有了这个全天候的天然来源和地震台站之间足够多的传播路径，我们就不但可以看到时间的变化，还可以看到空间的变化。所以，就有可能帮助我们搞清楚大地震之前和之后在时间和空间上都发生了哪些变化。
一个由欧洲科学家和中国科学家组成的联合小组，正研究利用卫星雷达数据，监控中国大陆断裂带的地面变形，以更好地了解地震的周期和断层的活动。使用合成孔径雷达卫星数据和一种称之为干涉合成孔径雷达的技术，并结合全球定位系统数据，参加欧空局“龙计划2号”研究的科学家们已经能够测量去年五月汶川地震所造成的地面变形。干涉合成孔径雷达对同一地面位置进行两种或两种以上影像的结合，使得测量精度大大提高，已经达到厘米级，在某些情况下可以达到毫米级，这些如同彩虹条纹一般的干涉影像显示了地震发生时和震后的地面位移变化，如果某区域在地震之后正缓慢地移动，那么，就可以确定这没有在积累能量，并可以相信这是安全的。但是，如果断裂带的某区域没有滑动，而其周围存在蠕变，那我们就得提高警惕，因为这可能是一个不好的征兆，这就需要更精心地监测它了。
虽然对地震灾害的认识和预防预报方面我们还面临着巨大的困难，但我们仍然坚信，在不远的将来，人类能够运用高科技手段准确地为地球“把脉”，不断认识地球，并改造地球，减少灾害，造福全人类。
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