互动科普

日本东部大地震

警钟早已响起

夺去无数生命、引发严重核泄漏事故的日本东部大地震，让全世界震惊；但东北地区太平洋沿岸一带的调查早就指出，日本将有引发大海啸的地震发生。

撰文 中岛林彦

翻译 薄锦

3月11日，电视上播出了日本东部发生大地震、仙台平原的田园地区遭受海啸吞噬的画面，不少地震学者为此哑然。但也有部分研究人员在收看报道时，心情极为苦涩：“终于发生了吗”。

早在1 100多年前，日本就发生过史称“贞观地震”的大型地震（地震发生于公元869年，即日本贞观11年），地震引发的海啸席卷了三陆沿海至东北地区南部沿海一带。由日本东北大学、产业技术综合研究所活动断层与地震研究中心、大阪市立大学等机构进行的地质调查披露了这一史实。产业技术综合研究所基于此项调查结果进行的模拟研究发现，海啸在当时侵入内陆平原地区的距离可达3千米～4千米。据推算，当时引发海啸的地震规模达到了里氏8.4级以上。

迄今为止，日本西部地区曾多次发生南海地震、东南海地震等大地震，太平洋沿海地区也遭受过大海啸的侵袭，日本国民对此均耳熟能详。而日本东部也曾发生过同等规模的地震与海啸，却不是所有地震学者都有共识。

产业技术综合研究所在日本东北一带太平洋沿海广大地区的地质调查中还发现，包括贞观海啸在内，从古坟时代（公元400年前后）到室町时代（公元1500年前后）这段期间，至少发生过4次颇具规模的海啸。在这之后，就在几年前，产业技术综合研究所下属的研究小组又在论文中及学会上发表观点：既然东北至关东一带沿海地区每隔500～1 000年就要遭遇一次大海啸，而距今最近的贞观海啸发生在1 100年前，那么=这一地区恐怕会再次迎来同样的大地震与大海啸。东北大学与大阪市立大学的研究人员，也发出了大海啸很快就会再来的警告。

去年，日本的各大报纸引用了产业技术综合研究所在地震学会上发表的言论，报道了日本东部太平洋沿海遭受大海啸侵袭的可能。日本政府设立的地震调查研究推进总部，原定于今年4月发表日本制订防灾对策的参考数据报告《地震活动的长期评估》，其中也将采用针对贞观地震的相关研究成果。为此，该机构一直在与宫城县、福岛县等地联络。

只可惜地震不等人。3月11日，在宫城县牡鹿半岛东南东约130千米、深约24千米的地下深处出现了巨大断层，并以此处为起点开始移动，演变成百年难遇的9.0级特大地震。日本东部太平洋海域的海床，在岩手海域至千叶海域之间南北距离超过500千米的范围内不断起伏（参见第24页图），海水受到剧烈波动，涌向沿海海岸，形成了浪高超过10米的大海啸。

岩手县至宫城县北部的三陆沿海一带，在海啸防护方面的建设一向被认为是万无一失，事实看来并非如此。

三陆沿海曾在1896年的明治三陆地震与1933年的昭和三陆地震等自然灾害中屡受海啸侵袭。基于这些教训，三陆沿海各地均修建了高达10米（相当于三层建筑高度）的防波堤，并备有周全的避难设施。以炼铁闻名的岩手县釜石市，斥资1 200亿日元（约合人民币94亿元），在港口处修建了全长2千米、露出水面高达8米（水下最深达63米）、厚达20米的巨型加固防波堤。

另一方面，由于石卷以南的宫城县南部至福岛县沿海一带多为平原，因此从来没有人料想过，这里也会遭受到与三陆沿海同样的海啸侵袭。人们普遍认为，震源在福岛县海域的地震最多达到7级，绝对不会超过8级。

然而，面对这次大海啸，不要说准备不足的宫城县与福岛县的平原地区，即便是自认为已作好万全准备的三陆沿海各市，也全都被海啸吞噬。耗费了30年的时光，于2009年建成的釜石防波堤，没能挡住海啸来袭，反而被海啸冲垮。

此次的平成大海啸与贞观海啸一样，夺去了无数性命，此外日本当时还不存在的三座核电站也都遭到侵袭。东京电力公司福岛第一核电站有4组核反应堆设施出现重大故障，引发了世界最高等级的核电站安全事故。放射性物质的泄露量已超越美国三里岛核电站事故，规模仅次于有史以来最严重的切尔诺贝利核泄露事故。

为什么会发生这次大型地震？事先就没有察觉到任何征兆吗？所谓情形类似的贞观地震是怎么回事？还有这次的强烈地震令日本各岛的地下应力平衡发生了改变，是否也有诱发其他地区地震的隐忧？我们将向大家披露这项早已敲响日本东部大地震警钟的研究全貌。

日本东部与西部的不同

不论是这次特大地震，还是历史上的贞观地震，均属于发生在太平洋板块俯冲带上的海沟型地震（参见右页说明）。由于海沟型地震规模较大，且会引发海啸灾害，相关研究为数众多。不过，同是海沟型地震，因太平洋板块的俯冲而在日本海沟沿线引发的海沟型地震，与菲律宾海板块在南海海槽与相模海槽引发的海沟型地震，在类型上又有诸多不同，这一点已经得到了公认。

差别之一是震源区（在地震中发生移动的断层）的大小。菲律宾海板块地震的震源区，每一处都非常宽阔。南海海槽沿线有东海、东南海及南海共三处震源区。相模海槽沿线也有一处。震源区的面积越大，地震的等级越高，上述四处震源区引发的地震均为8级大小。并且，南海海槽沿线的三处震源区在今后30年内发生地震的概率均在60%以上，形势相当紧迫。

另一方面，日本海沟沿线的地震震源区，从三陆海域北部到房总海域之间，又被划分成八处。其中8级地震的震源区两处，7级的4处（震级每增加一级，地震能量就增大约31倍，震级增加两级，能量就增大约1 000倍），史上没有大型地震记录、无法预估发生概率的震源区有两处（参见第32页图表）。与南海海槽沿线相比，这一带震源区的面积大多较小。两处8级震源区在今后30年内发生地震的概率在20%以下。

第二处差别则是地震的连锁性。南海海槽沿线曾出现过东海、东南海、南海三处震源区在同一期间发生连锁地震的先例，例如1707年的宝永地震。在这种情况下，震源区横贯约600千米，地震等级随之上升（宝永地震为8.5级）。当地也已开始进行这方面的防灾训练，以应对宝永地区可能再度发生的地震。

日本海沟沿线的情况则相反，通常认为这里不会发生多处震源区连锁活动的大型地震。查看东北地区以往的地震记录，到目前为止，尚未发现任何能够证实这里曾有断层活动长达数百千米的大地震发生的有力证据。基于这种认知，大家会把注意力全放在日本西部地区，也不是完全没有道理的。

地壳变动透露出的讯息

自2000年以来，开始有研究提出，日本海沟沿线也同样有发生震源区连锁型大型地震的可能。这是研究人员对广大地区内的地壳变动进行观测后得出的结论。

日本国土地理院在日本全境铺设了全球定位系统（GPS）观测网，从1994年开始进行连续观测。此举有助于对日本各地的地壳变动进行三维勘探，利用这些数据，便可以在整体上掌握日本列岛的地下应变蓄积情况。由于太平洋板块的俯冲带位于大洋深处，研究人员无法直接观测海床的地壳变动，但只要结合东北地区的地壳变动数据与太平洋板块的位移情况（可根据位于该板块的各个岛屿的年间位置变化得知）进行分析，便可推算出海床震源区的应变蓄积速度。

日本国土地理院地理地壳活动研究中心的研究主任西村卓也等人的调研结果显示，名为“宫城县海域”的震源区内，每年所蓄积的应变量都足以引发一场7.5级的地震（参见第26页图文）。该地区每隔40年左右便会发生一次7.5级地震（宫城县海域地震），可以这种速度来看，每次地震释放出的应变量不过是蓄积总量中很小的一部分罢了。

宫城县海域东临被称作“三陆海域南部近海沟处”的另一震源区（参见第32页图文），该地区每隔100年左右便会发生一次7.7级地震。在日本海沟沿线曾发生过的地震当中，只有这两处震源区被认为有发生连锁活动的可能。然而，即便把发生连锁地震的情况也考虑在内，应变在该地区的蓄积量与释放量仍然没有达到平衡。

那么，蓄积下来的多余的应变会如何释放出来？目前认为有两种可能。一种是断层在非常缓慢的位移中引发的“慢地震”，另一种是应变在经过很长一段时期的蓄积后最终爆发的大型地震。“不过，我们很难弄清楚到底哪一种才是实情，”西村卓说。

慢地震有时孤立发生，有时在普通地震之后发生，基本不会像普通地震那样发生剧烈的波动，因此人们感觉不到慢地震。即使在此过程中释放出的应变能量很大，令土地出现了隆起与沉降现象，也不致于发生会令房屋遭到破坏的灾害。所以历史上没有留下任何记录。GPS观测虽是检测慢地震发生的有效方式，但最早的观测数据只能追溯到1994年。

另一方面，若是一两百年前发生的剧烈地震，尚有古代文献可查，理解起来还算比较容易；可地震若是发生在数百年甚至1 000年前，要调查相关实情就变得格外困难。不过，唯一获得了公认的是，在1 000多年前，日本的确发生过一场大地震，《日本三代实录》中，曾用了不少篇幅来记载那场地震——那就是贞观地震。

走近贞观海啸

日本东北地区的太平洋沿岸在平安时代称为陆奥国。国府位于多贺城内，是座名副其实的“城堡”（多贺城便是今天的宫城县多贺城市，位于仙台市东北侧，靠近仙台港）。

据《日本三代实录》记载，贞观十一年五月二十六日（公元869年7月13日）夜里，发生了一场大地震，倒塌下来的房屋压死了很多人。地震同时引发了大规模海啸，城下几乎化为一片海洋，溺死人数达1 000人以上。基于这段记载，便有了“贞观地震”和“贞观海啸”这样的叫法。

贞观地震的存在自古以来便广为人知，但从地震学角度正式对它进行研究，则是在进入20世纪90年代以后。日本东北电力大学及东北大学的箕浦幸治教授等人曾对仙台平原的地质进行了调查，确认此处的确有贞观海啸带来的堆积物，《日本三代实录》中的记载得到了证实。海啸会刮擦海床及海岸等处，卷起那里的沙砾，运送并堆积于内陆地面。由此形成的堆积物就叫作海啸堆积物，专家通过分析研究，可以分辨出堆积物的成因到底是洪水还是海啸。

问题在于，贞观海啸的规模到底有多大？仙台平原一带虽已得到了确认，可是到底有多少地区遭到了波及？不把所有状况都了解清楚的话，就很难确定引发海啸的地震规模及震源区所在。箕浦教授等人在福岛县相马市，也发现了贞观海啸造成的堆积物，但要弄清这个问题，仍需要在包括上述两处地点在内的更多地区进行有关贞观海啸的调查。

于是，产业技术综合研究所活断层与地震研究中心自2005年开始，正式开展了为期5年的调查计划。调查范围从石卷平原－仙台平原开始，途经福岛县沿海地区，一直深入到茨城县北部地区（见前页图）。首先靠人力或机械对地面进行挖掘，获取柱状的堆积物采样，也就是岩芯（见下图）。接下来会调查岩芯中含有的堆积物种类，利用放射性碳年代测定法测定堆积物的形成年代，一步步揭开该地区的历史面纱。

在贞观地震之后不到50年，公元915年，东北地区十和田湖的火山开始喷发，许多地区都发现了由白色颗粒组成的火山灰层（十和田a火山灰）。产业技术综合研究所活断层与地震研究中心海沟地震履历研究组组长宍仓正展介绍说：“如果在岩芯的调查中发现，十和田a火山灰的正下方就是海啸带来的泥沙，那就是贞观海啸的堆积物了。”反之，如果没有发现十和田a火山灰与贞观海啸堆积物层的组合，那么该地区在平安时代很可能还是一片海洋。对上述调查结果和沿海的地形特征进行分析以后，便可推算出当时的海岸线所在。为了获知堆积物的分布状况，有时也会使用雷达对地下进行探测。

结果发现，贞观海啸的堆积物广泛分布于石卷平原至仙台平原及福岛县南相马市一带（东北大学等机构在南相马市以南约10千米处的福岛县浪江町的地层中也发现了贞观海啸堆积物）。海啸在不同地区从当时的海岸线向内陆侵入，侵入距离达到三四千米，甚至更远。

在该地区也检测到了地壳变动。比如在南相马市的岩芯采样中，含有一种名为珪藻的微生物遗骸，对该遗骸种类进行的分析研究发现，在贞观海啸之后很长一段时期所对应的地层中，都找不到在贞观海啸发生前的地层中经常出现的淡水珪藻，反而会发现生活在汽水区（一般指河流入海口区域．那里水流大，氧气足）到海水区中的珪藻品种。产业技术综合研究所活断层与地震研究中心海沟地震履历研究组研究主任泽井祐纪说：“贞观地震造成了地面下沉，海水涌入。”

研究小组通过模拟实验，提出了能够充分解释上述地质调查数据的地震与海啸模型。研究显示，如果在宫城县海域到福岛县海域之间有块长200千米、宽100千米的逆断层型断层向上抬升约7米的距离，就可以很好地解释上述调查数据的成因。据估计，地震规模应在8.4级以上。

这样的地震模型意味着，分布在日本海沟沿线的八处震源区中，有三处发生了连锁活动。当时那起由贞观地震引发的海啸，一直侵入到了地质调查地点所在的内陆地区（参见第29页图文）。很显然，贞观地震是一次完全无法用日本海沟沿线地震的原有认知加以解释的大型地震。

产业技术综合研究所的调查对象中，并不包括位于石卷平原以北的三陆沿海地区。山脉沉入海底后形成的三陆沿海地区，没有可以形成海啸堆积物的平原。不过，在海岸线后方的湿地与平静无波的浅海地带，也有很多地方发现了堆积物层的存在。一支由大阪市立大学原口强副教授等人带领的研究小组，从2004年就开始在三陆沿海地区内组织地质调查。他们在石卷以北约100千米的岩手县大槌湾内，发现了可能是贞观海啸所造成的堆积物。对海底采样进行放射性碳年代测定要难于对陆地采样的测定，不过原口副教授等人基于一定的假设条件，对采样进行了年代推算。推算结果表明，这里的堆积物有很大可能是平安时代前期、也就是贞观海啸发生时期的产物。

在三陆沿海各个地区当中，位于石卷以北约60千米处的宫城县气仙沼一带，流传着关于某次大海啸的传说，一般认为其中所说的就是贞观海啸。把这项传说与原口副教授等人的研究结果摆在一起来看，恐怕谁都无法否定贞观海啸曾侵袭三陆沿海地区这一可能的存在。此外，在福岛县磐城市、茨城县大洗町等地也有同样的传说。

假如三陆沿海与茨城县北部都曾遭受过贞观海啸的侵入，那么贞观地震的震源区在南北方向上要比产业技术综合研究所推测的范围更广，地震的规模则接近9.0级。也就是说，贞观地震基本与这次的东部大地震规模相同。

大海啸再次出现

产业技术综合研究所的调查表明，日本在过去的3 000年里，包括贞观海啸在内，总共遭受过4次大海啸的侵袭。距今最近的一次便是发生在公元1500年前后的室町时代的海啸，往前就是贞观海啸，再往前的海啸发生在公元400年前后的古坟时代，年代最久远的那次则发生在公元前400年前后的弥生时代。

据知，这4次海啸中，古坟时代的海啸与贞观海啸一样，发生的同时也伴随着地壳变动，有很大可能是由与贞观地震同类型的海沟型大地震引发。另一方面，研究人员至今仍未找到任何证据证明，室町时代与弥生时代的海啸源自地壳变动，因此，这两次海啸也可能是以房总海域为震源区的地震所引发的，或是南美智利等极远处的大地震引发的海啸横渡太平洋而来。

产业技术综合研究所的研究小组基于以上分析，得出了如下结论：贞观地震这种类型的大地震大约每隔500到1 000年便会发生一次，如果把贞观地震视为距今最近的一次，那么下一场大地震的发生很可能就在不久的将来。

另一方面，大阪市立大学的原口副教授等人除了在怀疑是贞观海啸遗留堆积物的发现地大槌湾之外，还在宫古及南三陆町志津川、气仙沼等三陆沿海各地发现了大量非贞观海啸时期的海啸堆积物。在比较了6 000年前至2 000年前不同时期的堆积层后发现，导致广大地区形成海啸堆积物的大型地震很有可能每隔500至700年便会发生一回。东北大学的箕浦教授等人也曾发表研究称，由仙台平原的调查结果来看，在过去的3 000年里曾发生了3次大海啸，其中距今最近的一次便是贞观海啸。只不过，日本地震界每年发表的研究成果多如牛毛，有关贞观地震的报告并没有引起足够的关注。

如果能在日本政府的地震调查研究推进总部定于今年4月发表的《地震活动的长期评估》中，采用产业技术综合研究所等机构有关贞观地震的研究成果，唤起日本政府与地方自治体及相关学会的危机意识，针对大型海啸思考对策，事态或许会有所改变。只可惜，地震不等人。

日本海沟附近板块边界的剧烈活动似乎始于3月9日。当天上午11点45分左右，三陆海域发生了7.3级的海沟型地震，三陆沿海各地与大船渡市分别观测到了高达20厘米～30厘米与60厘米的海啸。震源则位于日本海沟沿线分布的八处震源区中的“三陆海域南部近海沟处”（见右图中编号3所示），深度约为10千米。起因则普遍被认为是太平洋板块与陆地板块边界面处出现的断层发生了位移。

这片震源区的西边便是约隔40年就会发生一次7.5级地震的“宫城县海域”震源区（见图中编号4所示）。日本海沟沿线发生地震虽然较为罕见，但早就有研究人员指出，这两处震源区有可能发生连锁活动，届时引发的地震最大可达到8级上下。

又过了两天，时间来到3月11日，同样是“三陆海域南部近海沟处”，在9日地震中发生位移的板块边界面靠近陆地一侧深约24千米处又开始出现断层活动。发生地震时，通常并不是震源区的所有断层在同一时间内一起移动，而是先以某处为起点开始移动，再逐渐波及四周的其他断层。在3月11日的地震中，断层的位移没有停留在“三陆海域南部近海沟处”区域，一直在向“宫城县海域”内不断蔓延。到这里为止，情况还在人们的预料范围内。不过，断层的移动并未就此终止，而是顺日本海沟沿线，向着南北方向不断蔓延。

震源断层的范围及动向（震源模型）可通过观测到的地震波和海啸、地壳变动等数据分别进行推算。大多数推算结果表明，这次地震的震源区北起“三陆海域中部”（图中编号2所示），南至“茨城县海域”（图中编号6所示），“三陆海域北部－房总海域近海沟处”（图中编号8所示）部分区域也包含在内。这比产业技术综合研究所推算的贞观地震震源区的范围还要广阔。震源区南北距离长达500千米，相当于新干线从东京行驶到京都的距离。

在如此宽广的震源区内，断层视不同方位而定，最大抬升位移达到了20米。不过，由于断层的倾角与水平方向夹角极小，大部分的位移只在海床上造成了很小的隆起。即便如此，假若根据日本国土地理院基于地壳变动数据得出的震源模型进行推算，震源区附近海床上发生的隆起最高可达5米，靠近内陆方向的海床则发生了深约2米的沉降（参见第24页图与右页下部图）。两者之间的高度差将近10米。

海底地面在短时间内发生如此剧烈的变化，带动海水大幅波动，大海啸因此发生，在靠近震源的沿海地区及三陆沿海等处，海面升高了10米以上。贞观地震发生当时，石卷平原与仙台平原等处的海岸线比如今还要深入内陆1～1.5千米，不过，“我们模拟出的贞观海啸水淹区，与此次仙台、石卷平原的海啸水淹区基本是吻合的”，产业技术综合研究所活断层与地震研究中心海沟地震履历研究小组研究员行谷佑一说。考虑到自平安时代以来，几乎没有出现过整个地区的隆起或沉降，或许可以认为，这次的海啸波高与贞观海啸的波高大体相同。

诱发地震

日本东部大地震之后，离震源区较远的日本东部各地也发生了多起地震，其中不乏震级达7级、6级者。到4月上旬，地震活动仍在继续。这些地震可分为两种类型。

一种是引发9.0级地震的那些震源断层当中，未能释放出全部应变的部分断层，经过一段时间延迟后发生位移所引发的地震——也就是我们所说的余震。三陆北部海域在9.0级主震的20分钟后发生的7.4级地震，又过了10分钟后在茨城县海域发生的7.7级地震，都是这一类型地震的代表。

另一种类型是在与大型地震震源断层不同的地区发生的地震。由于9.0级大地震导致大片地区内断层剧烈活动，日本列岛地下的应力平衡发生了改变，诱发了这一类型的地震。

太平洋板块不断地撞向陆地板块并向下俯冲，除板块边界外，两块板块的内部都一直处于应力的作用之下。于是，板块内部的大片区域内出现了大量断层，应变在断层处不断蓄积。大型地震导致地应力平衡发生改变，虽然有些断层处的应力会相应减小，但也有些断层处的应力反而增加，加速了应变的蓄积。后者中一些断层无法承受增大后的应力，从而导致地震发生——这就是诱发地震，也可视为一种广义上的余震。

日本海沟沿线一带，震源分别位于9.0级地震震源断层以北的三陆海域北部以及9.0级震源以南的房总海域等处的地震，均属于这一类型。在9.0级大地震发生了40分钟以后，日本海沟以东的太平洋板块上所发生的7.4级地震同样是此种类型。内陆方面，3月12日长野县北部发生的6.7级地震、50分钟后秋田县海域发生的6.4级地震、3月15日静冈县东部发生的6.4级地震等，也都是具有代表性的诱发地震。横跨福岛、茨城两县的沿海地区也发生了多起地震，震源的位置要浅于9.0级地震的震源断层，这些地震也都被归为被其他断层诱发活动的诱发地震。

当前仍需多加留意

京都大学防灾研究所地震预测研究中心的远田晋次副教授评估了此次特大地震带给日本各地现有断层的影响（参见本页左上图文）。

“这次地震达到了里氏9.0级，震级之大极为罕见，影响将波及近半个日本列岛，”远田副教授说。研究者通过观察位于日本海沟沿线向南北方向延伸的大型地震震源断层的周围环境发现，震源北侧（三陆海域北部）与东侧（日本海沟东侧）、南侧（房总海域）的应力均有所增强，西侧的应力则与之相反，呈现出减弱的趋势。这与现实当中曾发生诱发地震的地区分布情况十分吻合。

值得注意的是，不光是海床内部，内陆方面也有部分地区的地下应力数值大增，那就是位于9.0级地震震源断层西北侧的岩手县北部，以及震源断层西南侧的关东地区。此外，伊豆半岛至富士山一带、位于中部地区内陆的系鱼川静冈构造线等处的应力，也出现了一定程度的增加。

从以上地区已发生的数起地震来看，在9.0级大地震发生之后，这些地区的地震发生频率均有所增加，并且也观测到了一些规模相对较大的地震（参见左页下方图文）。

诱发地震的发生概率会随着时间的增加而降低，不过目前仍须多留意一段时间。1896年6月15日，三陆海域北部发生8.2级海沟型地震，沿海受海啸侵袭，死者人数将近2万（明治三陆地震）；同年8月31日，也就是两个半月后，又以秋田县东部为震源，发生了一起7.2级的内陆直下型地震“陆羽地震”，近200人在这起地震中丧生。

今年2月22日在新西兰克赖斯特彻奇近郊发生的6.3级地震令人记忆犹新。市内房屋发生了倒塌，近30名日侨在地震中丧生。“这起地震有很大可能是受去年9月4日克赖斯特彻奇以西约40千米处发生的7.0级地震诱发所致，”曾于今年3月远赴当地进行现场调查的远田副教授说。若是这样的话，那么到诱发地震发生为止，时间差大约在半年上下。

本文目前所提到过的诱发地震，均是板块内部的断层活动所致。板块边界处发生的海沟型地震也有可能是受诱发引起。那就是菲律宾海板块相关地震所受到的影响。

据远田副教授分析，在这次的特大地震中，虽然相模海槽沿线的震源断层所受应力有所减弱，但南海海槽沿线方向的应力有所增加。应力的增量值为0.1巴（bar，1巴约等于1个标准大气压）。当前研究表明，应力增量值一旦达到0.1巴以上，便有可能对地震的发生产生影响。而这一次，在远田副教授看来，“正处于一种要影响不影响的临界点上”。

不过，分布于南海海槽沿线的三处海沟型大型地震（东海地震、东南海地震、南海地震）的震源区，早在这次东部大地震发生之前，就已蓄积了相当程度的应变；预计在不久的将来，该处很有可能发生另一场大地震。地震调查研究推进总部的资料显示，东海地震、东南海地震、南海地震在今后30年内的发生概率分别为约90%、70%、60%。即使没有足够的应力增量，这三处震源区提前发生大地震的可能性也并非为零。3月15日静冈县东部发生的6.4级地震（震源几乎就位于富士山的正下方），已被确认与预想中的东海地震没有直接关联，不过仍须继续留意南海海槽沿线的震源区，并施以高度监控。

另一方面，相模海槽沿线发生的关东地震在今后30年内的发生概率，原本就在2%以下，在这次的日本东部大地震之后，该处的应力又进一步减少。不过，目前对于关东地区正下方的地下构造仍然了解得不多，很难判断该地区今后发生地震的概率是否会真的有所降低（见本页上方说明）。

如果将这次的日本东部大地震视作贞观地震的重现，那么对贞观地震震后情况的了解，将成为地震今后发展趋势研究的一大线索。对记载了贞观地震的《日本三代实录》进行查阅后发现，就在发生了贞观地震的9年后，关东又发生了一起大地震，又过了9年之后，南海也发生了地震。

贞观地震发生后的第三年，位于日本东北地区日本海一带的鸟海山发生了火山喷发。由于火山活动也与地下应力平衡的改变有关，当时的喷发可能多少也受到了贞观地震的影响。

    这次名为“3·11”的日本东部大地震，早就已经有人敲响了警钟。只可惜，并不是所有的地震学者与行政部门都对此有所认识。地震发生后，全日本的地震学者一直在进行现场调查。如果事先对地震波与地壳变动的数据进行各种角度的解读与分析，便有可能发现某些预兆性的变化。5月22日起在千叶市幕张即将拉开帷幕的日本地球行星科学联合大会（地震学会与地测学会、地质学会、气象学会等学会联合举办的大会）上，将召开有关此次日本东部大地震的临时会议，发表多项相关的调查研究报告。

P1

大型地震引发的海床变动

日本国土地理院根据陆地地壳变动数据，推算出大型地震震源断层的活动情况，并由此计算出了海床的变动情形。等高线差为0.5米，红色表示隆起，蓝色表示沉降。海床发生变动的区域位于岩手县三陆沿海到千叶县房总半岛沿海之间。

P2

日本东部大地震

地震概要

正式名称：平成23年东北地区太平洋海域地震

发生时间：2011年3月11日14时46分前后（东京时间）

震源：宫城县牡鹿半岛以东130千米、深24千米处

震级：9.0

主要城市的地震烈度

烈度7：宫城县栗原市

烈度6：仙台、宇都宫、日立、水户、筑波

烈度5：盛冈、秋田、福岛、前桥、琦玉、千叶、东京、横滨、甲府

烈度4：钏路、带广、函馆、青森、山形、静冈、长野、新泻、名古屋

主要余震

3月11日 7.7级（茨城县海域）

       7.5级（三陆海域），7.4级（岩手县海域）

4月7日   7.1级（宫城县海域）

受灾情况概要（截至4月12日，日本警察厅调查数据）

受灾地区：北海道至关东一带，四国的东南地区

死者人数：13 219人

失踪人数：14 274人

伤者人数：4 742人

受损房屋：完全或部分损坏64 689栋

完全或部分烧毁／淹水／部分破损等：158 503栋

受损房屋（非住宅）：8 505栋

避难人数：142 936人

海啸导致的水淹面积（4月8日，国土地理院公布）

807平方千米

损失总额：160亿～250亿日元（政府估算，核电站事故损失未计在内）

【P3】

1前震 7.3级 2主震 9.0级  3日本海沟 4 100千米  5国土地理院

6 板块边界蓄积的应变       综合GPS所提供的地壳变动数据与太平洋板块的活动情况，便可推算出太平洋板块与陆地板块边界面（地震震源断层）处蓄积的应变。图示为2000年4月至2001年3月这一年中新蓄积的应变。红色越深，表明该处相邻板块之间的挤压程度越大，应变值也随之增加。等值线的间隔为2cm／年（板块俯冲在一年中每受阻2厘米所产生的应变量）。波形线圈起的地方便是需要进行分析的领域。其余领域的应变则无需推算。图中标有两颗黄色的星形，分别表示3月11日大型地震（主震）的震源与3月9日7.3级地震（前震）的震源。从图中可以看出，两处震源均位于应变蓄积速度值偏大的地段。

7 再次到来的大型海啸

3月11日发生的日本东部大地震不但出乎普通市民及行政部门的预料，也令不少地震学者大感意外。大海啸侵袭了日本东北至关东一带的太平洋沿海地区，造成大量人员伤亡，引发了全球最高等级的核电站事故。

不过，对日本东部广大地区进行的地质调查发现，早在约1 100年前的平安时代，日本东部就已发生过与此次灾害同样的大地震与大海啸。依照推算出的发生间隔来看，另一次大地震的到来显然已近在眼前。就在日本准备在地震对策中采用这一研究成果之际，令人恐惧的大地震便发生了。

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海沟型地震

1欧亚板块 2北美板块 3南海地震 4东南海地震 5东海地震 6关东地震 7日本海沟 8千岛海沟 9太平洋板块 10南海海槽 11相模海槽 12伊豆小笠原海沟 13菲律宾海板块

日本附近发生地震所需能量来自于板块运动。所谓“板块”，是指构成地球表面的地壳与地幔顶部组成的大块岩石板块。构成太平洋、大西洋等海洋的海洋板块诞生自大洋中脊等处，随地幔对流移动，与大陆板块发生碰撞后向下俯冲。俯冲分为两种类型：一种是海洋板块向陆地板块下方滑动潜入；另一种则是两块板块紧密固着并蓄积应变，出现这种情形的地方称作“固着区”。应变一旦在固着区蓄积到一定程度，陆地板块与海洋板块的边界面便会形成断层面，岩盘发生严重位移，将应变一次性释放出来。断层的移动以震动的形式向周围传播。这就是地震。

断层运动分为三种。第一种是正断层型，在岩盘受拉伸作用的情况下产生，断层面的上盘相对下盘向下滑落。第二种是逆断层型，在岩盘受挤压作用的情况下产生，断层面的上盘相对下盘向上抬升。在海洋板块的俯冲带內，陆地板块与海洋板块的固着区受到的便是挤压力的作用，因此产生的地震属于逆断层型。第三种是走滑断层型（又称横移断层型），当岩盘在水平方向上的应力出现严重失衡时发生。断层面与岩盘垂直，断层面的两盘相对彼此向左滑动的称为左滑断层，两盘相对彼此向右滑动的称为右滑断层。断层活动若是发生在海床下方，还会带动海水的流动。正断层型运动带动海水下沉，逆断层型带动海水上升。海水的流动形成波浪，传向四面八方。这就是海啸。

日本近海处共有两大海洋板块。一为太平洋板块。该板块以每年8厘米的速度自东向西移动，不断沉入位于日本东部海域的千岛海沟至日本海沟一带。这次的日本东部大地震，便是日本海沟附近蓄积的应变在大面积区域内发生一次性释放所造成的。贞观地震也是如此。这种在板块俯冲带发生的地震，叫作海沟型地震（上图所示的震源区为海床上的投影。日本海沟沿线分布的海沟型地震震源区详见第32页图）。

再有就是菲律宾海板块。该板块以每年4～6厘米的速度自东南向西北移动。构成伊豆半岛的陆地就位于菲律宾海板块上，并不断与本州所在的板块发生碰撞（富士山就座落于这块陆地的北端附近）。菲律宾海板块在伊豆半岛两侧的海域一带，不断向陆地板块的下方俯冲。伊豆半岛以东的板块俯冲带为相模海槽（海槽为海沟的一种，槽底形状与船底相仿）。1923年引发关东大地震的海沟型地震——关东地震，震源区就位于这一带。另一方面，伊豆半岛以西的俯冲带为南海海槽。分布于南海海槽沿线的震源区可分为骏河湾—滨名湖、滨名湖以西—纪伊半岛海域、纪伊半岛海域以西—四国海域三处，分别是东海地震、东南海地震和南海地震的震源区所在。这里的地震每隔100年左右就会发生一回。

即便是板块边界区以外的地区，一样会发生很多地震。这是由于海洋板块不断向陆地板块碰撞俯冲，导致两者内部均要承受高应力作用的缘故。在两块板块之间会出现许多断层，这些断层发生位移，使应变得以释放。阪神大地震等内陆直下型地震便属于这种情况。由于应力在板块内部有多种作用方式，正断层型、逆断层型、走滑断层型三种类型的断层运动均有可能发生。

资料来源：日本地震调查研究推进总部

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再现贞观海啸      

产业技术综合研究所根据日本东部太平洋沿海一带的地质调查结果进行模拟研究，用三维动画的形式再现了贞观海啸当时的情形。下图为其中的一张截图。图中，三陆南部与仙台平原等地正在遭受大海啸的侵袭（陆地与海啸在高度坐标上的比例显示均有所夸大）。

图片来源：日本产业技术综合研究所

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1发现贞观海啸堆积物的调查地点 发现疑为贞观海啸堆积物的地层的调查地点

2松岛 3多贺城遗址

4仙台平原的调研范围

5仙台市 名取市 仙台机场 岩沼市 亘理町 山元町

模拟出的海啸水淹区范围 平安时代的海岸线位置

6石卷平原的调研范围 东松岛市 石卷市

7浮出水面的平安时代大海啸    

产业技术综合研究所自2005年开始进行的一项5年计划，以石卷平原与仙台平原为中心，对该地区进行了地质调查。又通过计算机模拟，推测出一个能够对此次地质调查结果作出充分说明的地震模型。下图中，用茶色方框圈出的区域便是推定的震源断层。该断层长200千米，宽100千米，自东南东向西北西方向倾斜，在地震发生之际，向上抬升了约7米。左图为当今的日本地图，上面标出了平安时代的海岸线（点状线），以及根据地震模型推测出的贞观海啸水淹区（蓝色部分）。至少在石卷平原与仙台平原一带，推测出的贞观海啸水淹区与此次东部大地震的海啸水淹区基本吻合。另一方面，大阪市立大学的原口强副教授自2004年以来，一直在调查石卷平原以北三陆沿海的海啸堆积物，并在大槌湾发现了可能为贞观海啸所留下的堆积物。在三陆沿海至茨城县沿海一带各地，也发现了疑为贞观海啸的大海啸堆积物。

8宫古 大槌 釜石 气仙沼 南三陆 石卷平原 多贺城遗址 仙台平原 南相马 浪江

福岛第一核电站 磐城 日立 大洗

9距离海床的深度 10日本海沟 11海啸 12推测出的贞观地震震源断层（滑动量7米）

13在陆地处确认检出贞观海啸堆积物的地区

在海床处发现疑为贞观海啸所形成的堆积物的地区

大海啸（疑为贞观海啸）传说的流传地区

发现非贞观海啸时期的海啸堆积物的地区

平安时代的陆奥国国府（多贺城遗址）

14资料来源：日本产业技术综合研究所（宫城县当前地图获日本国土地理院授权转载）

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刻入大地深处的记录

在仙台平原与石卷平原进行的地质调查。由数人将金属制的长筒插入地面（见左图），对堆积物进行岩芯取样（见中上图）。视不同地区而定，有时也会使用大型机械（见中下图）。研究人员在许多调查地点都检测到了贞观海啸的堆积物（右图为岩芯截面，中间部分的灰色岩层便是贞观海啸的堆积物层。紧挨该层上方、含有若干白色颗粒的物质为十和田a火山灰）。

资料来源：日本产业技术综合研究所

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陆地变成了海洋 

日本陆地观测技术卫星“大地号”自700千米高空处，拍摄下福岛县南相马市小高地区在2月23日尚未遭受海啸侵袭时的照片（见上图）与3月19日遭受海啸侵袭之后的照片（见下图）。被树木等绿地（红色区域）覆盖的丘陵所围成的盆地内，原本有田有村庄（灰色区域），但在海啸从图中右侧的太平洋（蓝色区域）涌入之后，被淹没的地区距离原有海岸最远可达3千米。产业技术综合研究所的调查人员已在该处发现了贞观海啸的堆积物。

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1分布于日本海沟沿线的海沟型地震的长期活动预测

震源区                                                   地震规模预估   今后30年内的发生概率  平均发生间隔

1．三陆海域北部                                   8.0级上下        0.5～10%                      97年左右

2．三陆海域中部                                   历史上无大地震记录故无从评估

3．三陆南部近海沟处                            7.7级上下        80～90%                       105年左右

4．宫城县海域                                       7.5级上下        99%                               37年

5．福岛县海域                                       7.4级上下        7%左右以下                   400年以上

6．茨城县海域                                       6.7～7.2级       90%左右以上                 约21年

7．房总海域                                          历史上无大地震记录故无从评估

8．三陆海域北部－房总海域近海沟处    8.2级上下        20%左右                        133年左右

资料来源：政府地震调查研究推进总部地震调查委员会

2日本海沟

1 三陆海域北部

2 三陆海域中部

3 三陆南部近海沟处

4 宫城县海域

5 福岛县海域

6 茨城县海域

7 房总海域

8 三陆海域北部—房总海域近海沟处

资料来源：地震调查研究推进总部

3最大振幅（厘米） 时间（秒）

分为数次移动的震源断层   

防灾科学技术研究所在东北地区设立的各观测据点（见左图，波动的最大加速度以不同颜色区分）在9.0级地震中的波动值（垂直分量）按时间顺序进行排列后，便可从中看出震源断层的动向（见中图。为了方便比较，各观测点的波形均被调成了同样大小）。断层以宫城县海域为起点（左图中的红色星形），在南北方向上先后移动了两次（粉色与黄色的箭头）。其中第二次往南移动的断层活动，在福岛县海域内又引发了新的断层活动，并如蓝色箭头所示，沿南北方向发生了位移。右图为地震波引起的震源断层在各地区的位移距离。断层在震源附近及靠近日本海沟的领域内发生了大规模的运动。这与国土地理院的研究主任西村等人根据地壳变动推算出的应变蓄积速度示意图的情形（参见第26页图文）在整体上是吻合的。

资料来源：日本防灾科学技术研究所

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事前没能捕捉到征兆吗

日本东部大地震发生两天前的3月9日上午，三陆海域发生了7.3级地震。京都大学防灾研究所地震预测研究中心的远田晋次副教授表示，对于这场地震的意义，目前存在着“两种解读”。一种观点认为，11日的9.0级大地震是由这场地震引发的。另一种观点则认为，在9日当天，最终造成9.0级大地震的断层就已经开始活动，在此期间发生了9日的7.3级地震。到底哪一方的说法更加接近事实的真相，将会成为今后的一项研究课题。

不过，查看大地震发生前的报道却会发现，无论是气象厅还是大学与研究机构都不曾指出，继3月9日的地震之后，可能会发生另一场规模更大的地震。此外，在东北地区铺设的国家地震观测网与地壳变动观测网的数据，一直都处于防灾科学技术研究所、国土地理院等机构的日常监控之下，可这些机构没有察觉并公布任何事关大型地震的变化迹象。

3月9日下午，政府地震调查研究推进总部的地震调查委员会召开惯例集会，评估了日本各地在2月中发生的地震情况，并发表评论称，宫城县以东的震源区“自2月13日开始便发生多起地震，最高震级达5.5级”。这些地震活动也可能是日本东部大地震的先兆；而对于集会当天上午所发生的7.3级地震，会上并没有特别作出任何评论。

防灾科学技术研究所的董事长冈田义光在3月25日当天，发表了有关日本东部大地震的见解。其中，对于比日本东部大地震早两天发生的7.3级地震，以及东部大地震与贞观地震两者之间的关联，冈田发表了如下评论，在此为大家节选若干：

“（发生日本东部大地震的）两天前，也就是3月9日，在远离宫城县的海域发生了7.3级地震，其后包括次日的6.8级地震在内的余震活动也十分活跃。当时那些地震活动的发生地点正与这次东部大地震的地点相毗邻，就结果而言，可认为那次7.3级地震正是此次9.0级地震的前震活动。不过，通常说到7.3级的地震，人们都会认为它是一次孤立发生的大规模地震，而很难能想像到，这会与接下来的另一次更大的地震有所关联。

“虽然我们知道，历史上曾在869年（贞观11年）的平安时代，出现过伴随大型海啸发生的三陆海域大型地震，多贺城下受灾严重，其中仅溺死者就达1 000人；可我们几乎想象不到，同样的灾难会在今日重现，甚至会有比上回更大的地震发生。”

1沉降区 2隆起区 3日本列岛（东北地区） 4太平洋（日本海沟） 5陆地板块 6物质的移动 7地震造成的地壳活动 8固着区（震源断层） 9板块边界面 10资料来源：日本国土地理院

11太平洋板块 12地震造成的地壳活动

13 地震带来的地壳变动

应变随着太平洋板块的俯冲而在板块固着区不断蓄积期间，太平洋板块会在陆地板块的前端（见图中右上部分）受到阻力作用。然而，一旦固着区发生脱离，陆地板块抬升，其前端便会在反作用力的作用下发生隆起。由于该隆起所导致的物质移动需要获得填补，陆地板块近内陆一侧会发生沉降。

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1单位：巴（bar）

2容易因应力平衡改变而被诱发的地震，其类型视地区而异。A区与D区为逆断层型，B区与E区为走滑断层型，C区为斜滑断层型（走滑断层同时发生垂直移动所形成的类型），F区为正断层型。图中的绿线表示断层。

3震源断层模型

八木（2011，ver.2）

4诱发地震容易在哪里发生 

9.0级地震的震源断层（上图中的黑线）发生位移，应力平衡出现了改变（上）。应力增大的红色与黄色地区，容易诱发地震的发生；应力减小的蓝色与天蓝色地区则很难发生地震。以四处应力增大区（下图编号1～4的红框）为例，从该地区地震累积发生次数的顺序变化（左侧图示中的蓝色曲线）中可看出，东部大地震发生之后，曲线的坡度变陡，发生频率增加。其中不乏震级较高的地震（左侧图示中的绿色直线）。

5震级 6累积地震次数 7发生日本东部大地震 8月／日 9累积地震次数

10京都大学防灾研究所 远田晋次

119.0级主震的震源

7级前震与余震的震源

小型地震的震源

断层用线状表示

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难以评估的关东地区正下方的地震

关东地区正下方的地下构造复杂，众说纷纭，很难估算出与日本东部大地震相伴的诱发地震的发生概率。不过，有一种最新发表的新型模型颇受关注。该模型提出，200万～300万年前，带有海底山脉的太平洋板块俯冲铫子海域的日本海沟之际，海底山脉脱离，板块发生了断裂。断裂后的板块上部可能没有继续俯冲，就此停留在关东地区的正下方。在陆地板块与太平洋板块之间，应该还有一块长约100千米的板块断片（称作“关东断片”）卡在其中（下方左图为截面图示，右图为关东断片所在区域在地图上的投影）。如此一来，等于在关东地区正下方总共存在着4块板块，板块边界面的数量因而增加，应力平衡的改变所带来的影响随之复杂了起来。

1陆地板块 2菲律宾海板块 3关东断片 4太平洋板块

5大型地震的发生地点

陆地板块内部

菲律宾海板块与陆地板块的边界

菲律宾海板块与关东断片的边界

太平洋板块与关东断片的边界

6陆地板块 7关东断片 8菲律宾海板块 9日本产业技术综合研究所提供