互动科普

突然间大地抖动起来，并迅即波及到大半个中国和东南亚地区。世界各地的地震台站立刻把焦点聚集到了位于北纬31°、东经103.4°的县城—四川省汶川县，尽管地震部门最初把这次地震定位在7.8级，但人们很快意识到，汶川大地震是中国1949年以来破坏性最强、波及范围最广、救灾难度最大的一次地震，后经详细科学计算，最终将震级确定为8.0级，烈度11度。让我们从地震科学的角度看看这次大地震是怎样发生的。

2008年5月12日14点28分，中国四川省汶川县发生了8.0级地震。在没有任何征兆的情况下，大地突然抖动起来，顷刻间山崩地裂，房屋倒塌，许多人被埋在瓦砾和山石之下，方圆数百千米一片狼藉，造成了巨大的生命和财产损失。

从地震前后的局部卫星影像图上看，沿湔河两岸从禹里、漩坪到北川一带，多处可见大面积山体滑坡，桥梁垮断，在河岸附近的山体滑坡使得湔河多处阻断，河水淹没村庄和道路，房屋建筑坍塌，面目发生巨大改变。北川县城出现了一个巨大的山体滑坡，这种滑坡必定要掩埋很多建筑和街道。足见这次地震的破坏程度相当巨大。

巨大的能量聚集

地震的根本原因是地壳的板块运动。我们脚下的地壳并不平静，它每时每刻都在缓慢运动，板块的碰撞和滑移都会引起地震。如喜马拉雅山的隆起就是印度板块冲撞欧亚板块造成的，这样的隆升过程伴随着无数的大大小小的地震的发生。每个大的板块又会分为若干小的地块，而每个地块中还会存在着几百千米到几千米大小不等的不同断层，这些断层中也会存在滑动和错位。地震就是大大小小的板块、地块和断层在板块运动中产生的挤压或拉伸所积聚的弹性能量的释放过程。实际上，地球上每天都在发生不同等级的中小地震，释放出积存的能量，在板块或断层滑动受到较大阻碍时，岩石层会因构造运动产生较大变形，能量以弹性应变能的形式贮存在岩石中，直至在某一点累积的形变超过了岩石所能承受的极限时就发生破裂，即产生断层的滑动，从而引起较大的地震。就像用手压一根弹簧，如果压得太紧，一放手就会弹得很高。

这次大地震发生在北纬31°、东经103.4°的汶川一带，这里正处在龙门山断裂带上。这一地区主要受喜马拉雅造山运动的推挤，使得西藏高原东北角的松潘-甘孜地块与上扬子地块（四川盆地位于其上）交界的龙门山引发一系列断层。这条断裂带位于青藏高原的东部边缘，四川盆地的西北缘，由几条大致平行的北东向断层构成，全长500多千米，以西龙门山断层的规模最大。根据《中国主要活动断裂带卫星影像图》，这条断裂带的东北段（勉县-北川）活动比较弱，主要表现为垂直差异错动，而西南段（北川-宝兴）断层活动比较强烈，以右旋平移为主兼垂直差异错动。这次大地震就发生在北川至汶川断层活动强烈的地段上。

正是由于喜马拉雅造山运动的影响，使得四川成为中国地震活动最强烈、大地震频繁发生的地区之一。75年前，茂县迭溪发生了7.5级地震，而32年前的1976年8月16日和随后的23日，四川松潘和平武，这条距离汶川不到160千米的狭长地带，先后经历了两次7.2级强震。早在2001年，中国地震局地球物理研究员陈学忠就曾著文论述《四川地区7级以上地震危险性分析》。他指出，两个世纪以来，四川地区强震发生的平均时间间隔为16年，最长34年，最短3年，但从1976年以后就没有再发生7级以上的地震，这远远超出了统计的平均时间间隔，接近了最长时间间隔。从某个方面来看，说明很可能在这个地区已经积聚了巨大的能量，但没有人知道它会在什么时候、在什么地点释放出来。

能量突然释放

直到地震发生，人们才知道龙门山断裂带又“断裂”了。地震波传到了地球的各个角落，遍布世界各地的基准数字地震台网（中国有12个基准台）很快把连续地震波数据汇聚起来，各研究机构根据这些信息，通过计算机进行数字化模型反演，得出地震的时间、地点、震级和类型等地震的基本参数。

有关部门最终核实的结果是，这次大地震是由于印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，使得相对脆弱的松潘-甘孜地块遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山的北川-映秀地区突然释放。这次地震的特点是逆冲、右旋、挤压型断层地震。地震发生在龙门山构造带中央断裂带，在挤压应力作用下，地块由南西向北东逆冲运动；这次地震属于单向破裂地震，由南西向北东迁移，致使余震向北东方向扩张；挤压型逆冲断层地震在主震之后，应力传播和释放过程比较缓慢，导致余震频繁，且强度较大，在较长时间后还可能有较大的余震，以便充分释放长期积累的大量能量。另外，这次地震所以造成如此巨大的破坏，一个重要原因是因为震源深度较浅，只有10～20千米。

所谓逆冲，就是松潘-甘孜地块在上扬子地块边缘沿断层产生斜上方的滑移。从地震参数中可以看到，这次滑移的破裂点位于汶川西南方向，从破裂点开始，破裂瞬间就沿断层经汶川向东北方向延伸，直达北川，破裂长度达216千米，整个过程持续80秒。

就是这短短的80秒钟的断层破裂，释放出了巨大的能量。除了能量巨大之外，汶川地震属于浅源地震，距地面较近，因而造成的破坏就更为巨大。地震发生时，大部分能量以波的形式向外传播。最快的地震波称为纵波，也就是P波。纵波会产生收缩和膨胀的交错应力，它向外传播时，质点振动方向与波的传播方向一致。随之而来的是横波（又叫S波），横波的速度慢于纵波。它向外传播时，质点振动方向与波的传播方向垂直，使岩石在垂直于波的传播方向上做剪切运动。还有一种不同于横波和纵波的面波，也称L波，当地震波到地表时，会产生沿地表传播的幅度很大的次声波。面波沿地表传播，它波长更长，振幅大，是造成地面建筑破坏的主要因素。

地震能预报吗？

对人类而言，地震一直是一种令人关注的自然现象，因为它给人们带来的损失往往是惊人的。尽管地震科学工作者进行了不懈的努力，但地震依然是一个未被人类征服的敌人。直到今天，地震科学工作者一直坚持进行测量和分析，并推测原因，但仍无法进行较准确的预报。地震发生后，一些不了解地震研究的人会责备地震部门不作为，实际上，地震预报比天气预报要复杂得多。首先，地下是我们人类很难进入的地方，目前对脚下岩石的力学结构和运动情况了解还非常不够。其次，影响地震的因素太复杂。虽然我们对地震的监测已经达到了很高的水平，但目前只能从整体运动学和统计学角度了解地震发生的大致趋势和范围，却并不能确定何时、何地发生几级地震。我们现在能做的只能是尽可能适当增强建筑的抗震能力，加强震后的自救和救援措施，把损失降到最低限度。

紧密追踪地震

最近几十年中，地震预报成为人类首当其冲的科研项目之一。我们在这方面虽然取得了很多成果，也能够预测到一些地震的发生，但是时至今日，仍然无法提前预知何时何地将要发生地震，更无法预知地震的震级。第一个研究领域是通过一些精确的测量来研究地壳的变化，只要知道地面特定区域的一些变形，哪怕是很微小的，就能够估计出地壳应力的变化，并预见到蓄积的能量是以何种方式释放。最常用的技术是激光遥感勘测和射电干涉测量。激光遥感勘测是指将激光脉冲发送至反射镜上，以测量激光脉冲在往返过程中可能发生的改变。这种改变可以表明在激光源地区和放置反射镜地区之间距离的拉大或靠近。根据同一原理，也可以通过接收很远的宇宙射电源发出的无线电信号（比如类星体），以及GPS（全球定位系统）信号，建立记录地球不同点时间差的系统。从而实现对物体定位跟踪。

另外一个有望被攻克的就是所谓的“地震前兆”课题，即在地震即将发生时会出现一些特征变化。地震前夕，在震中地区会给人们提供很多信息：井里的水位突然上升或下降；水的化学特性发生变化；产生放射性氡气；水的电阻和地磁场的变化。另外，科学家目前正在努力工作，旨在对地震运动与地下层电磁波辐射之间的相互关系做一个有意思的推论：在这种电磁波辐射的基础上，地下岩石层可能会由于应力而发生微小断裂，从而改变岩石本身的化学结构，并会产生一些电偶极子的振荡。从中获取进一步的预警征兆。

震后汶川

（本文发表于《科学世界》2008年第6期）