大木圣子

(東京大學(xué)地震研究所)

地震學(xué)科普之窗(七)
——斷層面與凹凸體*

大木圣子

(東京大學(xué)地震研究所)

所謂地震就是地下巖石沿著地下的斷層面快速滑動(dòng)。正如其名稱一樣，“斷層面”是“面”而不是“點(diǎn)”。但在地圖上標(biāo)繪震源時(shí)，使用的卻是“●”或“★”，為什么不標(biāo)成面呢?

1 正斷層、逆斷層、走向滑動(dòng)斷層

大地君我們學(xué)過，所謂地震，就是地下巖石沿著地下的斷層面快速滑動(dòng)。但為什么當(dāng)我們標(biāo)繪震源時(shí)，通常習(xí)慣用點(diǎn)來表示呢?如果用面不是更好嗎?

萊助教你發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很有意思的問題，在解釋理由之前，我們先學(xué)學(xué)關(guān)于斷層類型的知識(shí)。

萊先生在白紙板上畫出了一個(gè)層狀的立方體(圖1)。

萊助教這形狀好像一塊魔芋吧。如果將它斜著切開，從兩邊擠壓會(huì)怎樣呢?

大地君從圖上來看，我覺得右邊會(huì)上升。

萊助教那么，放松壓力，這次向兩端拉伸呢?

大地君右側(cè)就會(huì)落下來。

萊助教對(duì)，這就是作用于斷層上的力與斷層運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。魔芋塊就好比巖石，橫切就是在斷層面兩側(cè)的巖石上施加力。我們把相互擠壓力產(chǎn)生的地震叫逆斷層型地震，把相互拉伸力產(chǎn)生的地震叫正斷層型地震。還有，從自己所在的巖石一側(cè)看，對(duì)方的基巖向右滑動(dòng)的叫右旋斷層，向左滑動(dòng)的叫左旋斷層。

2 斷層面的滑動(dòng)分布與凹凸體

大地君新的問題又出現(xiàn)了。那么大范圍的斷層滑動(dòng)時(shí)，會(huì)一齊活動(dòng)嗎?發(fā)生地震的斷層面不可能是斷面齊齊地呈長(zhǎng)方形狀沉降或上升，斷層的兩端應(yīng)該與滑動(dòng)地面連接著。

萊助教今天你總是不斷提出尖銳的問題呀。就像剛才說的，不會(huì)是一齊滑動(dòng)的，破裂是從某一個(gè)點(diǎn)開始，之后逐漸向外擴(kuò)展傳播，直到停止。

大地君破裂是從斷層的某一個(gè)點(diǎn)開始、傳播、停止。如果持續(xù)觀察，我們看到的地震發(fā)生的瞬間就是這樣。

萊助教對(duì)，斷層面各處并非都是均勻地滑動(dòng)。圖1中，斷層面的各點(diǎn)都是同量、同向運(yùn)動(dòng)的嗎?實(shí)際上這種情況是不會(huì)發(fā)生的。2008年中國(guó)的汶川地震就是例證。8.0級(jí)地震算是內(nèi)陸地震的最大規(guī)模了。從斷層端開始的破裂，向北東方向傳播，最終造成250 km的破裂，這幾乎是斷層的全長(zhǎng)了。

圖1 斷層的類型

大地君250 km呀，差不多是東京到名古屋的距離了。

萊助教可以說是“東京到名古屋的整個(gè)區(qū)域都在震源區(qū)的正上方”了。

大地君這么大的地震呀，要達(dá)到8.0級(jí)了吧。

萊助教這么大范圍的斷層面究竟會(huì)怎樣滑動(dòng)呢?可以說，平均都在數(shù)公里。斷層整體不是均勻活動(dòng)的，在破裂傳播過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些地方1m、某些地方9m的滑動(dòng)，另有許多地方的滑動(dòng)也不完全如此。

大地君還會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)長(zhǎng)達(dá)9m的地方?

萊助教這是最大滑動(dòng)量了。我們把斷層面活動(dòng)的長(zhǎng)度稱之為“滑動(dòng)量”，但由于斷層過長(zhǎng)，其活動(dòng)結(jié)果也可分成兩部分。可以通過解析觀測(cè)到的地震波，來研究地下斷層面的某部分是怎樣滑動(dòng)的。我們把這樣得到的圖像叫做“滑動(dòng)分布”(圖2)。

圖2 中國(guó)四川汶川地震斷層面上的滑動(dòng)分布?！餅槠屏验_始的位置。箭頭表示斷層的上側(cè)面與下側(cè)面是怎樣活動(dòng)的。在深紅色部分有9m的滑動(dòng)。(解析結(jié)果:Koketsu et al.，2010)

大地君就像是等高線一樣。這些明顯的地方是滑動(dòng)很大的地方嗎?

萊助教是的。我們把這些明顯的地方稱之為“凹凸體”。

3 凹凸體與地震的復(fù)發(fā)

大地君用“●”和“★”表示震源，是因?yàn)橥ㄟ^計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理迅速得到的信息是點(diǎn)。專家們要通過準(zhǔn)確分析地震波，搞清破裂從哪開始、向哪個(gè)方向擴(kuò)展傳播，以及斷層面的哪個(gè)部位發(fā)生了怎樣的滑動(dòng)。

新堂教授對(duì)。繪制出的斷層面圖不能只是給出陸地上發(fā)生的“內(nèi)陸地殼內(nèi)地震”的畫面。還有海洋板塊向陸地板塊下俯沖時(shí)發(fā)生的“板塊邊界地震”，那么，這種地震的斷層面在哪里呢?

大地君就是海洋板塊和大陸板塊的邊界面本身。我們學(xué)過，在因巨大壓力而緊緊附著的邊界面，由于海洋板塊自身俯沖的原因以及相互推擠力的作用，逆斷層型的地震多發(fā)。

新堂教授是的，也有例外，但大多是逆斷層型的。我們把緊緊附著叫做“粘著”。順便還想提一個(gè)問題，海洋板塊經(jīng)常移動(dòng)，即使是緊緊附著的“粘著區(qū)”也會(huì)有突然分開的活動(dòng)，這就會(huì)發(fā)生地震。你能用凹凸體解釋“經(jīng)常移動(dòng)卻緊緊附著”這個(gè)現(xiàn)象嗎?

大地君嗯，就是說板塊邊界面是緊緊粘在一起的，如果它們突然分開的話，就是發(fā)生了特大地震，對(duì)吧?有些地方經(jīng)?；顒?dòng)，有些地方粘在一起，這樣周圍就會(huì)不停地運(yùn)動(dòng)，所以，在粘著區(qū)就會(huì)積累應(yīng)變，到一定程度，那里就會(huì)突然裂開，發(fā)生地震。這種粘著區(qū)大概就是板塊邊界地震的凹凸體吧。

新堂教授回答正確。研究追溯地震歷史，我們就可以明白，各個(gè)凹凸體的大小對(duì)于反復(fù)發(fā)生的地震起著決定性作用。關(guān)于板塊邊界地震，無論是地震發(fā)生的地點(diǎn)還是范圍，人們的認(rèn)識(shí)都在逐步加深。

斷層面的巖石破裂引發(fā)地震。通過研究地震波，可以仔細(xì)分析并再現(xiàn)破裂模式和斷層面的走滑運(yùn)動(dòng)。不僅如此，關(guān)于板塊邊界地震，還可以搞清發(fā)生地震區(qū)域的凹凸體的地點(diǎn)和大小以及相同的凹凸體反復(fù)引發(fā)地震的問題。我要向“波形分析”挑戰(zhàn)了。

圖3 板塊邊界地震的凹凸體

(原圖均為彩圖)

摘譯自:日本《地震本部新聞》2010年11月號(hào)原題:謎解き地震學(xué)

網(wǎng)址:http:∥outreach.eri.u－tokyo.ac.jp/ul/nazotoki/nazotoki_11.pdf

(北京市地震局彭巖譯;盧振恒校)

(譯者電子信箱，彭巖:pybj1201@yahoo.com.cn)

P315;

E;

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.02.007

2011-12-05。