一個地震研究博士生眼中的汶川大地震

大地震的每次不約而至，都是對地震工作者自信心的沉重打擊，地震預測是世界難題。Geller（1997）在Science上發表文章說，地震不可預測，掀起了關于地震能不能預測的討論的高潮。雖然國外的地震科學家對地震預測的問題并不是那么熱衷，但是中國的地震科學家一直在努力，不僅僅因為中國有過世界上唯一一次正式的地震預報——1975年成功預報海城地震，更多持續不斷的動力來自于曾經有過的巨大的傷痛。1976年，在地震預報露出些微成功的曙光后的一年，唐山地震成了20世紀死人最多的地震。在經歷地震預報的挫折后，大家對預報這兩個字顯得小心又謹慎，在寫文章的時候盡量不用這兩個字，因為在預報上有太多挫折感。
 
我記得剛看完《中國國家地理》評選的新天府——四川的時候，我發現有些人把過多的贊美之詞給了四川，四川是富饒悠閑的，但是每年的自然災害損失也不小，特別是滑坡泥石流災害。四川地震到底多不多，我以前沒有關注過，但是，這個地震將永遠載入地震學的史冊，又將是一次讓世人銘記的天災。
 
2008年5月12日，四川發生7.8級（USGS測出矩震級7.9）強烈地震（圖1），震中位置大概位于成都北西側80km左右的汶川縣（圖2），震源深度非常淺（USGS測出16km，震源深度的誤差通常比震中的定位誤差大的多）。靠近人口密集區的淺源大地震將會造成巨大的災難。對比唐山地震，震中位于城市中心，震源深度10幾公里，100萬居民死亡24萬。汶川人口有10萬，可能死亡多少人可以略微對比計算。 

圖1 震中位置分布圖

圖2 震中位置及周邊地區地形圖

Mw7.9地震（or 7.8 or以后更新的震級 ）過后，地球內部積蓄已久的能量還沒有釋放完，又沿著斷層破裂面發生近30次5級以上地震（也就一天時間左右）。5級地震相當于1萬噸TNT炸藥釋放的能量，和投放到日本廣島的原子彈能量相當。
 
從圖2看，地震發生的地方是平原和高山交匯處，山體呈北東走向，而余震的排列順序就沿著這個走向（圖3），說明這極有可能是一次和構造相關的構造地震，是因為斷層活動引起的地震。
 
地震更多的時候并不是一個個小區域的點分布，而是一條條線。比如2001年8.1級昆侖山地震，破裂帶長440km。中國科技大學的倪四道曾計算了2004年蘇門答臘地震的地震破裂過程，發現地震破裂就像撕布一樣，沿著破裂面撕得越來越快，一直破裂到1200km遠處，比北京到南京的距離還要長一點，平均破裂速度2.5km/s，也就是說破裂時間持續了500s，文章在Nature上發表。
 

圖3  5級以上的余震分布，呈很好的線性分布

圖4  震區烈度和受影響人口分布（上圖顏色越深，人口密度越大；下圖顏色越深，烈度越高）。震中位置在山區，人口密度不如平原區高

 
震級只有一個，反映的是地震波能量釋放的多少。烈度有多種尺度，反映的是破壞性的強弱，不同的地區烈度有很大不同，距離震中越近的通常烈度越大。地震釋放能量雖然很大，可是真正破壞的區域范圍并不是很廣，就像唐山地震，距離唐山震中100km外的地方，房屋倒塌情況就遠遠降低了。這有些像扔炸彈，炸就炸那么一片。當然，這不同于地震引起的大海嘯。
 
這次地震震中烈度達到了X，和唐山地震震中烈度相同。同樣從圖4可以看到，距離震中約80km的程度，烈度為VI，已經大幅度降低。超過100km的地方，烈度基本上為V。下面是烈度說明：
 
Ⅵ－Ⅶ度：房屋破壞，地面裂縫；
 
Ⅷ－Ⅹ度：房倒屋塌，地面破壞嚴重；
 
Ⅺ－Ⅻ度：毀滅性的破壞。
 
震中地表加速度PGA=0.63G，約630gal，根據以前炸藥爆破經驗，通常我們對幾十個gal就有較強的震感，630gal可以將整個人拋起來。據說北京都有震感。
 
通常天然地震的能量很大，地震波可以繞地球傳播好幾圈，甚至影響到地球的自轉周期。地震波是研究地球內部的最得力的工具，是照亮地球內部的一盞明燈。昨天到IRIS上下載四川地震的全球臺網數據，發現大多數是中國的研究者在下載，看得出大家都很關心這次地震。
 
下面是我根據數據制作的一張地震波的不同震相走時圖。地震波一直傳播到18000km遠（圖5），而通常一噸炸藥爆破，地震波只能傳播300公里左右，真是小巫見大巫。18000km差不多就是地震波繞地球一圈的最遠距離了，其中的R表示面波，在地球的表面或分層界面傳播，它的速度很慢，但振幅很大。傳播時間大約是4000s，也就是1個小時左右，這個地震波才到達地球的對面—南美洲，但是這個時候的地震波的能量還是很強大。因此可以肯定全世界各地的地震臺都可以記錄到這次地震，不可能測不出震級和震中位置。圖6是地震波的傳播路徑圖，其中最遠處的160度約為18000km（1度=111.2km）。
 

圖5 四川地震地震波不同震相的走時圖

圖6 四川地震地震波的傳播路徑圖

圖7 四川及其周邊地區自1970年以來5.5級以上地震的震中分布圖，圖上共94個（中國地震臺網(CSN)統計）。

從圖上看出地震分布很不均，因為活動的斷層存在，有些地方在很有限的區域內大地震發生過很多次。而左邊地震多，右邊是地震空白區，估計是數據的問題（感謝viv的提醒，大家可以到地震數據臺網的網站http://www.csndmc.ac.cn/newweb/plot.htm 去畫震中分布圖，看看小地震是不是也有這樣的分布規律，如果是，是一個說明地震分布很不均的好例子）。 

圖8 每次發生大地震，BBC的記者就會采訪專家，我發現這個家伙就是專門被采訪的地震專家

題外話1：如果三峽周邊發生大地震，結果會怎樣？無法想象。
 
題外話2：為什么中國的地震監測信息部門不能及時發布更多的詳細的地震信息？并不是測震出現問題，我認為是信息整合技術不夠先進，無法把最新的研究資料在第一時間公布出去。
 
地震科學之路，漫漫而遠兮。
 
向地震遇難者表示誠摯的哀悼！自然災害就在我們身邊～有時候離我們很近很近。多一些災害的知識太重要了，請關心身邊的自然災害。
 
末了，說明一下，地震學我還剛入門，若有錯誤，請指正，謝謝。還有很多研究可以做，等資料補全了再寫。
 
PS：地震數據可以到IRIS上下載，有ascii碼的，也有sac等專業格式的。網址：http://www.iris.edu/
 
（作者：空錯 地震研究專業博士生）