强震仪原理

长期以来，日本地震学界一直把关注的目光投向静冈县南部大海骏河湾，这里潜伏着让日本举国忧患的东海大地震。但命运仿佛在和人类开玩笑，9.0级强震在几无任何征兆的情况下在日本东北海域突然降临。　　3月11日，日本静冈县南部大海骏河湾平静如常。这里潜伏着让日本地震学界乃至普通百姓忧患的东海大地震，已经超过了150年的发震周期，至今迟迟没有发生。　　命运仿佛在和人们开玩笑。在预测中不会发生强震的日本东北海域，却爆发了9.0级地震，赫然列入人类有史以来最大的5次地震之一。　　漫长的150秒　　2011年3月11日，许多日本人伏在震颤的地板上挨过了艰难的150秒。　　这是前所未有的地震体验。佐藤忠弘开始有些犹豫了，拿不准待在屋里到底对还是不对。这位日本东北大学的大地测量与地震专家在后来与中科院研究生院教授孙文科的通信中写道：　　与以往地震时强烈晃动10多秒、至多半分钟就恢复平静的体验不一样，这次地震发生了一连串的震动，前后有4~5次往复，持续时间长达2~3分钟。这可能是发震断层产生了持续的破裂过程。　　一切恢复平静后，佐藤忠弘起身发现，办公室内的桌子移动了40厘米，电脑倾倒在地，资料散落一地。　　孙文科2010年因入选“千人计划”回国，此前10年他一直在日本东京大学地震研究所从事研究工作。震后他关切相知同行的安危，第一时间打去越洋电话，但没能接通一个，两封E-mail被退回。好在13日下午5点35分，终于等到佐藤忠弘回复的邮件：在我所知的范围，大家都没事，请安心。　　日本东京大学地震研究所后来的反演结果验证了佐藤忠弘的判断，这次强震“很不一般”。太平洋板块在长约450公里、宽约150公里的断裂带上，以每秒2公里的破裂速率低角度俯冲至日本列岛以下地壳深处，整个破裂过程长达150秒，断层中间最大相对滑动距离达18米。　　这次发生在宫城以东130公里处的海沟强震还打破了区域地震的历史纪录。日本地震学界的研究表明，日本东北海域通常发生六七级强度地震，最高的一次震级为8.3级。几个地震易发区从北到南分别是宫城冲、福岛冲以及靠近东京以北的茨城冲，历史上这些易发区往往单独发生地震，每次破坏区域在100公里左右。　　“而这次强震则是三个危险区连成一片，在地下深处同时发生连续的破坏过程。9级强震能量之大的原因也就在这里，但为何同时连片破裂，现在还无法解释。”孙文科对《科学时报》记者表示。　　没想到震级这么大　　“考虑到太平洋板块推进的误差，这次地震我们可以说预测出来了。但是发震断层四五百公里这么广，不断发生障碍体破坏，产生这么大地震，我想谁也没有考虑到。”佐藤忠弘在邮件中的语气透着沮丧。　　佐藤忠弘所指的是此前日本地震预测推进本部的预测，该预测明确显示，2011年宫城县附近发生地震的概率达70%。　　或许正因为如此，3月9日发生在同一海域的7.3级地震才没有引起人们足够的注意。彼时，日本地震学界担心的也许是迟迟未来的东海大地震。　　根据历史及地震数据记载，东海大地震是受菲律宾板块挤压日本列岛造成逆断层运动，以前述骏河湾为震源的周期性大地震，受灾地区包括东京、静冈县、爱知县，覆盖日本的首都地区和中部地区。　　1988年孙文科留学日本时，就不断地听到导师和周围的人们谈论，如果东海大地震来了怎么办，如果是直下型地震(震源位于东京等城市的直下方)结果会如何。　　地震学家普遍预测，日本东海地区每150年会爆发一次规模为8.0级的大地震。前一次东海大震发生在1854年，8.4级的强震造成两三千人死亡，3万多间房屋倒塌烧毁，沿岸还发生了海啸。时间向前推至1707年，这里爆发了日本历史上最大规模的8.6级地震，富士山爆发，约2万人死亡，6万多间房屋损毁。　　从1923年关东大地震之后，日本地震界非常重视可能到来的东海大地震，这种关切蔓延到了人们的日常生活中。孙文科回忆说，很多电视台的节目都在不断地谈论地震，地震学界的精力几乎都放在了东海。　　为应对东海大地震，日本政府可谓不惜血本。1978年日本制定了《大规模地震对策特别措施法》，据此在东海地区21处设置探测地下板块运动的设备，不断完善大地震预测系统。　　据美国《亚洲华尔街日报》1980年11月7日的报道，日本东京为担心东海大地震引发火灾，将成千上万的木结构房屋全部拆除，改建为钢筋混凝土结构的住房。日本人正在储存大量的食品、毛毯及婴儿奶瓶。为了防止地震时供水管道被破坏，还在抗震水库中储备了40万吨水，足够1200万东京居民饮用10天。报道称，日本政府在防震方面的开支，几乎与国防费相当。　　“几乎十分肯定”要在20世纪末发生的东海大地震并未到来。　　2003年，东海大地震对策专门调查委员会还预测，大地震将导致最多1万人死亡。同年5月29日，日本中央防灾会议出台了《东海地震对策大纲》，针对极具杀伤力的东海大地震进行预想并制定应对措施。　　2009年8月11日静冈县发生了6.5级地震，这是东海地区86年以来的最大地震，唤起了日本人对东海大地震的恐慌，但日本气象厅随后急急出来解释：此次地震是横向断层型，与东海大地震无关。然而这丝毫未能减轻人们的不安。日本政府再发预测：“30年内东海地区发生大地震的几率为87%。”　　悬着的靴子　　预测中的东海大地震成了随时可能落下的另一只靴子，它会否因为此次9级强震提前到来，或者延迟发生?孙文科对此表示：“理论上有影响，但很难定量描述。”　　“理论上这次强震必然带来周围地区应力场的改变，可能会影响日本东海、南海的应力调整，但是很难说它是会加速东海大地震的到来，还是由此削减这一危险区地下深部积累的能量使东海大地震推迟发生。一般而言，联动发生强震的可能性比较小。”他说。　　孙文科所在的团队，正在计算日本强震对于中国大陆、东南亚以及全球应力场和重力场的影响。　　3月14日，佐藤忠弘所在的东北大学地震与火山喷发预测研究中心开始“复旧”作业，确认该中心受损程度，恢复计算机系统。在条件具备的情况下，他和同事们将着手对此次大地震进行解析研究。　　孙文科介绍说，日本地震界非常注意研究俯冲带地震的发生过程。尤其是板块在滑动过程中与陆地板块紧密固着的区域(障碍体，asperity)，这是发生大地震的危险区。在太平洋板块低角度俯冲到地下几公里到几十公里深处，这些固着区域一旦破坏，将产生破坏性极强的大地震。“日本科学家一直观测板块俯冲滑动的速率，障碍体的位置以及可能积累了多少能量，研究合适的预测模型，这方面做了很多工作。”　　原本计划3月14日访问孙文科实验室的日本华裔地震地质学家林爱明，因为此次强震临时取消了北京之行，转身前往现场，考察地震直接产生的断层的出露和分布情况。　　与此同时，中科院研究生院计算地球动力学重点实验室的张怀研究团队也正在焦急地等待来自日本同行的活动断裂数据，期待早日解开笼罩在日本大地震之上的科学谜团。