一个地震研究博士生眼中的汶川大地震

大地震的每次不约而至，都是对地震工作者自信心的沉重打击，地震预测是世界难题。Geller（1997）在Science上发表文章说，地震不可预测，掀起了关于地震能不能预测的讨论的高潮。虽然国外的地震科学家对地震预测的问题并不是那么热衷，但是中国的地震科学家一直在努力，不仅仅因为中国有过世界上唯一一次正式的地震预报——1975年成功预报海城地震，更多持续不断的动力来自于曾经有过的巨大的伤痛。1976年，在地震预报露出些微成功的曙光后的一年，唐山地震成了20世纪死人最多的地震。在经历地震预报的挫折后，大家对预报这两个字显得小心又谨慎，在写文章的时候尽量不用这两个字，因为在预报上有太多挫折感。
 
我记得刚看完《中国国家地理》评选的新天府——四川的时候，我发现有些人把过多的赞美之词给了四川，四川是富饶悠闲的，但是每年的自然灾害损失也不小，特别是滑坡泥石流灾害。四川地震到底多不多，我以前没有关注过，但是，这个地震将永远载入地震学的史册，又将是一次让世人铭记的天灾。
 
2008年5月12日，四川发生7.8级（USGS测出矩震级7.9）强烈地震（图1），震中位置大概位于成都北西侧80km左右的汶川县（图2），震源深度非常浅（USGS测出16km，震源深度的误差通常比震中的定位误差大的多）。靠近人口密集区的浅源大地震将会造成巨大的灾难。对比唐山地震，震中位于城市中心，震源深度10几公里，100万居民死亡24万。汶川人口有10万，可能死亡多少人可以略微对比计算。 

图1 震中位置分布图

图2 震中位置及周边地区地形图

Mw7.9地震（or 7.8 or以后更新的震级 ）过后，地球内部积蓄已久的能量还没有释放完，又沿着断层破裂面发生近30次5级以上地震（也就一天时间左右）。5级地震相当于1万吨TNT炸药释放的能量，和投放到日本广岛的原子弹能量相当。
 
从图2看，地震发生的地方是平原和高山交汇处，山体呈北东走向，而余震的排列顺序就沿着这个走向（图3），说明这极有可能是一次和构造相关的构造地震，是因为断层活动引起的地震。
 
地震更多的时候并不是一个个小区域的点分布，而是一条条线。比如2001年8.1级昆仑山地震，破裂带长440km。中国科技大学的倪四道曾计算了2004年苏门答腊地震的地震破裂过程，发现地震破裂就像撕布一样，沿着破裂面撕得越来越快，一直破裂到1200km远处，比北京到南京的距离还要长一点，平均破裂速度2.5km/s，也就是说破裂时间持续了500s，文章在Nature上发表。
 

图3  5级以上的余震分布，呈很好的线性分布

图4  震区烈度和受影响人口分布（上图颜色越深，人口密度越大；下图颜色越深，烈度越高）。震中位置在山区，人口密度不如平原区高

 
震级只有一个，反映的是地震波能量释放的多少。烈度有多种尺度，反映的是破坏性的强弱，不同的地区烈度有很大不同，距离震中越近的通常烈度越大。地震释放能量虽然很大，可是真正破坏的区域范围并不是很广，就像唐山地震，距离唐山震中100km外的地方，房屋倒塌情况就远远降低了。这有些像扔炸弹，炸就炸那么一片。当然，这不同于地震引起的大海啸。
 
这次地震震中烈度达到了X，和唐山地震震中烈度相同。同样从图4可以看到，距离震中约80km的程度，烈度为VI，已经大幅度降低。超过100km的地方，烈度基本上为V。下面是烈度说明：
 
Ⅵ－Ⅶ度：房屋破坏，地面裂缝；
 
Ⅷ－Ⅹ度：房倒屋塌，地面破坏严重；
 
Ⅺ－Ⅻ度：毁灭性的破坏。
 
震中地表加速度PGA=0.63G，约630gal，根据以前炸药爆破经验，通常我们对几十个gal就有较强的震感，630gal可以将整个人抛起来。据说北京都有震感。
 
通常天然地震的能量很大，地震波可以绕地球传播好几圈，甚至影响到地球的自转周期。地震波是研究地球内部的最得力的工具，是照亮地球内部的一盏明灯。昨天到IRIS上下载四川地震的全球台网数据，发现大多数是中国的研究者在下载，看得出大家都很关心这次地震。
 
下面是我根据数据制作的一张地震波的不同震相走时图。地震波一直传播到18000km远（图5），而通常一吨炸药爆破，地震波只能传播300公里左右，真是小巫见大巫。18000km差不多就是地震波绕地球一圈的最远距离了，其中的R表示面波，在地球的表面或分层界面传播，它的速度很慢，但振幅很大。传播时间大约是4000s，也就是1个小时左右，这个地震波才到达地球的对面—南美洲，但是这个时候的地震波的能量还是很强大。因此可以肯定全世界各地的地震台都可以记录到这次地震，不可能测不出震级和震中位置。图6是地震波的传播路径图，其中最远处的160度约为18000km（1度=111.2km）。
 

图5 四川地震地震波不同震相的走时图

图6 四川地震地震波的传播路径图

图7 四川及其周边地区自1970年以来5.5级以上地震的震中分布图，图上共94个（中国地震台网(CSN)统计）。

从图上看出地震分布很不均，因为活动的断层存在，有些地方在很有限的区域内大地震发生过很多次。而左边地震多，右边是地震空白区，估计是数据的问题（感谢viv的提醒，大家可以到地震数据台网的网站http://www.csndmc.ac.cn/newweb/plot.htm 去画震中分布图，看看小地震是不是也有这样的分布规律，如果是，是一个说明地震分布很不均的好例子）。 

图8 每次发生大地震，BBC的记者就会采访专家，我发现这个家伙就是专门被采访的地震专家

题外话1：如果三峡周边发生大地震，结果会怎样？无法想象。
 
题外话2：为什么中国的地震监测信息部门不能及时发布更多的详细的地震信息？并不是测震出现问题，我认为是信息整合技术不够先进，无法把最新的研究资料在第一时间公布出去。
 
地震科学之路，漫漫而远兮。
 
向地震遇难者表示诚挚的哀悼！自然灾害就在我们身边～有时候离我们很近很近。多一些灾害的知识太重要了，请关心身边的自然灾害。
 
末了，说明一下，地震学我还刚入门，若有错误，请指正，谢谢。还有很多研究可以做，等资料补全了再写。
 
PS：地震数据可以到IRIS上下载，有ascii码的，也有sac等专业格式的。网址：http://www.iris.edu/
 
（作者：空错 地震研究专业博士生）