中国为什么地震频发?

作者: 星球科学评论

来源: 星球科学评论

发布日期: 2020-05-16

中国是一个地震频发的国家,20世纪以来因地震死亡人数最多,主要原因是其地理位置靠近多个板块边界。中国的陆地区域由多个古板块拼合而成,导致地震频繁。西部地震多发与印度板块的碰撞有关,而东部地震则与华北陆块的破坏有关。地震研究在中国历史上经历了从近代化观测站的建立到现代科技的应用,尽管短临预报仍面临挑战,但科学家们不断探索新的研究方法和技术。

中国,是一个饱受地震蹂躏的国度。20世纪以来,全世界死亡人数前十位的大地震里,有三场发生在中国,它们分别是1920年甘肃海原(现划归宁夏)大地震,死亡27.3万人;1976年河北唐山大地震,死亡24.3万人;2008年四川汶川大地震,死亡及失踪8.7万余人。这些地震让中国成为20世纪以来因地震死亡人数最多的国度。

有史料记载以来,单次死亡人数最多的地震也发生在中国。明嘉靖三十四年壬寅月(公历1556年1月),陕西华县(今陕西省渭南市华州区)发生特大地震,据《明史·本纪第十八·世宗二》记载,"山西、陕西、河南地大震,河、渭溢,死者八十三万有奇"。虽然这个数字里存在洪灾致死的数据,但就像2004年印度尼西亚苏门答腊地震也将海啸致死数据算入地震杀伤一样,这83万死亡人数同样可以算作地震造成的。

地震伤亡极其严重,是因为中国人口众多吗?这是一个重要的原因,但不是决定原因。事实上,中国也是一个地震频繁的国家,发生在我国陆地疆域内的地震数量,竟占据全球陆地地震总数的33%左右。相比之下,中国陆地国土面积仅占全球陆地面积6.7%,当代人口数量仅占全球人口总量的17.9%。

是什么原因,让中国成为陆上地震十分频繁?简单说来,这是一场“大型板块追尾现场”和“大型陆地解体现场”造成的结果,是挤出来的西部地震和拉出来的东部地震共同作用的结果。

回顾中学地理,当代世界可以粗略划分为六大板块,中国则位于亚欧板块的东部,向东靠近太平洋板块,西南与印度洋板块衔接。板块与板块彼此衔接的地区,被称作“板块边界”,这里是岩石相互摩擦碰撞的场所,分布着海沟带、造山带、洋中脊这样的地质运动十分活跃的地区,是火山和地震活动多发的地区。

为什么中国地震多发?最浅显的答案,就是因为这片土地靠近太平洋-亚欧板块边界和亚欧-印度洋板块边界。但是这也不足以解释中国陆地地震频繁的原因——即便是提升板块划分精度,从6块变成15块以后,中国内陆腹地同样与那两条现代板块边界相距甚远。同样,它也不能解释北美洲东部、非洲东部、澳大利亚西部和亚洲东部其他地区地震多发、灾害深重的原因。

我们需要在时间的长河里寻找答案:中国的广袤国土,并非从地球诞生之日就浑然一体,它是一个“拼起来的碎盘子”。所谓分久必合,合久必分,正是由于许多大小不一的古板块经过聚散离合,最终才从几十亿年“满天繁星”的小微板块,转化为现代的几大板块,例如大家耳熟能详的“泛古陆/盘古大陆”,也是由若干块较大的古代板块拼合而成。

高度概括起来,中国的陆地区域主要由4大陆块、6大造山系和5个对接带构成。它们是若干个古代板块碰撞拼合的产物,正是这些古老的陆地单元之间龃龉不断,才让这片土地饱受地震之害。这四大陆块分别是扬子陆块、塔里木陆块、华北陆块,还有位于藏南地区的印度陆块(局部)。尽管这些陆块本身也由若干个更小的微地块拼接而成,但由于拼接年代十分古老,人们更强调它们从6亿年前至今的整体运动。

陆块与陆块之间,通常还会夹杂大小不一的微陆块、岛屿和火山岛链碎片,它们最终都会完全贴合到陆块上,最后一起发生变形,产生规模巨大的山脉,是为造山系。人们常说的喜马拉雅山脉,就是印度板块与亚欧板块相互碰撞、海洋关闭的造山系。这是距离我们最近的一次主要海洋关闭事件,昔日横跨南北半球的特提斯洋,如今已经关闭得仅剩苟延残喘的地中海。

对比地震风险较大的地区和造山系的关系可以发现,中国的陆上地震高发区具有明显的东西分区性,大致以贺兰山-龙门山-横断山为界,与我国一二级地势阶梯的分界线东段高度重合。在界线两边,中国东西部地震高风险区的成因很不相同,对于人类生命财产的威胁也不一样。

西部的地震高风险区连片性强,主要位于塔里木陆块南北两侧、青藏高原地区所在的诸多造山系和对接带内;东部的地震高风险区面积总体较小,相对孤立,位于华北陆块内部。若干条主要地震风险区在地图上排列成一个近似“四”字的形状。除了位于现代板块边界的台湾省外,我国东部的主要地震带是郯庐大断裂。

它是亚欧大陆东部一条非常重要的大断裂,南端起源于长江边的湖北省武穴市,向北一路延伸到俄罗斯境内,全长超过3500千米,国境内的长度就超过2400千米。

在郯庐断裂带沿线,历史上发生过若干次大地震,对人们的威胁很大。除此以外,华北地区的其他地震带分布在银川盆地、河套盆地、山西汾渭裂谷系、关中盆地和太行山沿线地区,围绕鄂尔多斯高原和黄土高原,历史上多次发生重大地震,对人们的生命财产安全造成重大威胁。

一般来说,年代特别古老的中大型陆块相对稳定,但如果存在来自地下深处的破坏力量时,即便古老的陆块也会失去稳定。这正是中国北方的华北陆块正在面临的局面:东边太平洋板块向西俯冲至地幔深处,使一股股热流自下而上开始破坏这块有着20多亿年历史的古陆。

现代太平洋板块向亚欧板块俯冲的位置是马里亚纳海沟,目前距离中国十分遥远,但在距今并不久远的侏罗纪,俯冲带就在华北古陆的东部沿海。现如今,人们可以通过地球物理的手段,捕捉到这块“趴在”地下400-600km处的大一坨岩石的形象。这一大坨岩石在地下并不会安安静静地趴着,而是会不断地搞事情。

它不仅会对地幔岩石的运动规律产生客观影响,高温高压的环境还会让海洋地壳不断熔融,释放出各种物质并汇聚成岩浆,然后一路上涌。最终的结果,就是会自下而上熔化、减薄地壳底部的岩石,在地表留下岩浆活动的痕迹,从而对地貌产生影响。

就这样,凭借来自东西两侧的力量,华北古陆成为中国陆地区域最为特殊的一个地震区。地下深处的热量正在自下而上侵蚀着华北大地的根基,在古老的山岭间创造出低洼的盆地,河流带来泥沙形成平原,创造出人们生存的家园。但它们也带来祸端,频繁的断层活动至今未歇,仍然会周期性地制造出大地震,让这里的居民不敢掉以轻心。

然而,我们运用科学手段记录和描述地震,距今不过短短100年。晚清开始,中国的土地上才出现近代化的地震观测站,它们最早由不同的列强在各自占据的地盘上建立,其中一些台站的资料直到今天仍具有宝贵的文献价值。1949年以后,新中国十分重视地震灾害的研究、预报和减灾。1956年,地震预报课题写入了国家十二年科学技术发展规划,成为国家级重点科研项目。

这一时期的巅峰,是对海城地震和青龙地震提前一两天做出了短临预报,成功拯救了数十万居民。但同样的方法,却在更多其他地震中遭遇低谷和挫折,未能做出有效的短临预报。至今,“地震是否能够有效地、可重复地做出准确预报”仍然需要打一个大大的问号。

如何准确做出有效的地震短临预报,人们仍然还有漫长的道路需要求索,中外皆然。各种新方法正不断从实验室中走出,进入试验的环节。2018年2月,中国发射张衡一号电磁监测试验卫星,开创了从太空研究地震的新局面。人们希望通过它来捕捉中国6级地震、全球7级地震发生前后,高空电离层和地磁场可能出现的细微变化,并希望以此对地震前兆研究和地震预报做出一些新的贡献。

在地震预报之外,人们也更多地将目光投向震后快速报警和建筑抗震研究。毕竟,地球的规律难以参透,人力难以为之,但是人们还可以在这两个偏应用和工程的领域继续发力。无论是西部地区“挤出来”的地震,还是东部地区“拉出来”的地震,它们都会在远超人类感知的时间尺度上继续周而复始地发生下去。激烈的地质演化历史,让中国这片大地变得多灾多难,但同时也造就了十四亿中国人多姿多彩的家园。

我们别无选择,但在未来,我们可以运用好科学和工程的力量,与这片土地更和谐地相处下去。相信总有一天,我们一定会在下一场大地震到来的时候,拯救更多的芸芸众生。

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