今年是玉樹地震十周年。十年前的4月14日，7.1級(jí)強(qiáng)烈地震襲擊了青海省玉樹藏族自治州，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。玉樹地震是近四十年來(lái)汶川地震之外我國(guó)大陸人員傷亡最嚴(yán)重的地震，也是青海省有歷史記載以來(lái)死亡人數(shù)最多、經(jīng)濟(jì)損失最大的一次地震事件。那么，此次地震是如何發(fā)生的？為什么地震會(huì)發(fā)生在這里？這次地震有什么特點(diǎn)？我們通過(guò)下面這一段段文字把這些問(wèn)號(hào)逐個(gè)打開。

1. 活斷層與地震

圖1 1995年日本阪神7.3級(jí)地震，由野島斷層活動(dòng)產(chǎn)生。地震后當(dāng)?shù)貙ｉT建立博物館將斷層遺跡加以保護(hù)。

我們通常說(shuō)的地震，是由構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的。我們生活的地球，表面看似平靜，實(shí)則“暗流涌動(dòng)”，從其46億年前開始形成以來(lái)，就沒有停止過(guò)活動(dòng)。由于地球不斷運(yùn)動(dòng)和變化，地下巖石受到擠壓、拉伸等力的作用，逐漸積累應(yīng)變能量，當(dāng)其積累到一定程度超過(guò)巖石的強(qiáng)度時(shí)，在某些脆弱部位突然破裂和錯(cuò)動(dòng)，巨大的能量在瞬間急劇釋放出來(lái)，以地震波的形式由該處向四周傳播出去，引起地球表面的震動(dòng)，這就形成了地震。巖石發(fā)生破裂和錯(cuò)動(dòng)的脆弱部位就是斷層（也叫斷裂），它是兩側(cè)的巖層發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的一種破裂（圖1）。地震是斷層活動(dòng)的一種表現(xiàn)。

斷層的活動(dòng)有兩種基本表現(xiàn)方式，上下運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)。當(dāng)斷層受到垂直方向的擠壓或者拉伸時(shí)，斷層兩側(cè)作上下運(yùn)動(dòng)，這種斷層叫傾滑斷層（垂移斷層）（圖2a）。當(dāng)斷層受到與其平行的剪切力作用時(shí)，其兩側(cè)物質(zhì)沿?cái)鄬幼呦蜃鞣较蛳喾吹乃竭\(yùn)動(dòng)，這種斷層叫走滑斷層（平移斷層）（圖2b）。當(dāng)然，自然界的斷層運(yùn)動(dòng)并不是簡(jiǎn)單到只有這樣的兩種運(yùn)動(dòng)方式，往往是在地殼中的不同方向地應(yīng)力的混合作用下產(chǎn)生的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，而這種運(yùn)動(dòng)方式往往會(huì)影響因斷裂活動(dòng)所釋放的地震能量的大小。地球表層發(fā)育了許多斷層，有的斷層形成于較老的地質(zhì)時(shí)期，現(xiàn)在已不再活動(dòng)，這種斷層一般不會(huì)發(fā)生大地震。發(fā)生大地震的斷層都是活斷層，是距今10萬(wàn)年以來(lái)活動(dòng)過(guò)，未來(lái)也可能活動(dòng)的斷層，地震主要發(fā)生在這種活斷層上。

圖2 斷層活動(dòng)的基本方式及實(shí)例：a,上下運(yùn)動(dòng)方式。b，水平運(yùn)動(dòng)方式，圖片來(lái)自KarlMueller。

2．地震，在玉樹草原切了一道傷口

在普通大眾的眼里，地震一般是山崩地裂、房倒屋塌。確實(shí)，地震時(shí)會(huì)發(fā)生“地裂”。這是因?yàn)?，地震是斷層活?dòng)引起的，斷層運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)將斷裂兩側(cè)的地層錯(cuò)開，在地表產(chǎn)生破裂。這就像大地被劃了一道口子。地震產(chǎn)生的地表破裂帶，包含了關(guān)于地震斷層的許多信息，成為我們認(rèn)識(shí)斷層活動(dòng)的突破口。

圖3 玉樹地震地表破裂帶（陳立春攝）。破裂由一系列隆起的鼓包、張開的裂縫，相間排列而成。

圖4 玉樹地震地表位移（張永雙攝）。此處兩條破裂斜向排列，其中右側(cè)一條將田坎水平錯(cuò)動(dòng)20cm，該破裂的右側(cè)地面向著帳篷的方向滑動(dòng)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在玉樹7.1級(jí)地震震中以東20km處，產(chǎn)生了一條長(zhǎng)約30km的地表破裂（圖3），伸展方向?yàn)槲鞅?東南向。破裂將道路、田界、溪流、堤壩、柵欄、房屋等水平錯(cuò)斷（圖4），在穿過(guò)河流的地方還造成跌水。地震破裂由一條條破裂首尾疊加、斜向排列組成一條寬度10-20米的破裂帶。破裂產(chǎn)生的水平位移一般在0.5到1米之間，最大位移為1.8米，小的一般不到0.5米。上述現(xiàn)象都顯示，這次地震為一次典型的走滑型地震。

3.為什么是玉樹？

玉樹所在的青藏高原是全球最高的高原，它是印度板塊和歐亞板塊在距今5500萬(wàn)年前開始發(fā)生碰撞并不斷隆起的產(chǎn)物。青藏高原不僅號(hào)稱世界屋脊，而且是全球地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一，是世界三大地震帶之一的地中海--喜馬拉雅地震帶的組成部分（圖5）。另一方面，青藏高原自南向北又被大型活動(dòng)斷裂帶分割成多個(gè)次一級(jí)的地塊（圖6）。這些地塊之間的邊界帶往往會(huì)發(fā)生7-8級(jí)地震。在這些次一級(jí)的地塊中，有一個(gè)近東西向的長(zhǎng)條狀地塊，叫巴顏喀喇地塊。它位于青藏高原中部，其四周邊界均為活動(dòng)斷裂帶，是青藏高原最活躍的地塊之一，近年來(lái)我國(guó)大陸7級(jí)以上的地震主要圍繞這一地塊的邊界帶發(fā)生。

圖5 地中海--喜馬拉雅地震帶的位置。紅色圓點(diǎn)代表一個(gè)個(gè)地震的位置，許許多多紅色圓點(diǎn)疊置顯示了地震帶的存在。圖中同時(shí)顯示了另外兩大地震帶的局部。

研究發(fā)現(xiàn)，印度板塊向北推擠，青藏高原地塊持續(xù)隆升，造成次一級(jí)的巴顏喀喇活動(dòng)地塊向東擠出。地塊的擠出運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致斷裂活動(dòng)，這是巴顏喀喇地塊邊界帶上大地震頻繁發(fā)生的原因。玉樹地震之前，在該地塊的四個(gè)邊界分別發(fā)生了1997年瑪尼7.9級(jí)、2001年昆侖山8.1級(jí)、2008年于田7.3級(jí)和2008年汶川8.0級(jí)地震（圖6）。

玉樹地震發(fā)生在巴顏喀喇地塊的南邊界，該邊界主要由甘孜-玉樹和鮮水河兩大活動(dòng)斷裂帶構(gòu)成。鮮水河斷裂帶是我國(guó)著名的地震活動(dòng)帶之一，它的所有段落歷史上均發(fā)生過(guò)7級(jí)以上大地震。甘孜-玉樹斷裂帶位于鮮水河斷裂帶西側(cè),二者首尾相接。甘孜-玉樹斷裂帶也是一條活動(dòng)性很強(qiáng)的斷層，有文字記錄以來(lái)，該斷裂帶的其他段落都發(fā)生過(guò)大地震，只有玉樹斷裂沒有記錄到強(qiáng)震發(fā)生（圖6）。2010年玉樹7.1級(jí)地震填補(bǔ)了該斷裂帶上的這一空段。從這方面來(lái)說(shuō)，地震在玉樹發(fā)生并不意外。

圖6 甘孜-玉樹斷裂帶與其所處的巴顏喀喇地塊。左下與右上角分別顯示青藏高原地區(qū)的地塊劃分和主要斷裂帶分布。左下圖中，藍(lán)色粗線代表地塊邊界，藍(lán)色與紅色圓點(diǎn)代表地震；右上圖中，藍(lán)色線條代表斷裂帶。二者中邊界與斷裂帶是重合的。黃色、紅色五角星均為玉樹地震震中位置。

那么，產(chǎn)生玉樹地震的是怎樣的一條斷層？讓我們一起揭開它的面紗。

4．玉樹活動(dòng)斷裂---玉樹地震的元兇

玉樹地震地表破裂沿著玉樹斷裂發(fā)生，其破裂形跡疊加在玉樹斷裂的活動(dòng)遺跡之上，充分說(shuō)明玉樹斷裂是造成此次玉樹地震的元兇。

玉樹斷裂與其東、西兩側(cè)的甘孜斷裂和當(dāng)江斷裂一起組成了甘孜-玉樹斷裂帶（圖6）。甘孜-玉樹斷裂帶總長(zhǎng)約500km，沿西北-東南方向延伸，為走滑斷層。在2010年之前，玉樹地區(qū)由于沒有發(fā)生強(qiáng)震的記錄，人們對(duì)于其關(guān)注比較少，甚至認(rèn)為它是一條弱活動(dòng)或者不活動(dòng)斷層。玉樹地震后10年來(lái)，隨著工作的開展讓我們逐漸對(duì)這條斷裂有了一些認(rèn)識(shí)。沿著2010年地震地表破裂的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)更早之前斷裂上重復(fù)發(fā)生地震的地貌證據(jù)，表明這條斷裂是一條一直在活動(dòng)的斷層。那么，它的活動(dòng)能力如何？一般首先看它的滑動(dòng)速率。斷層的滑動(dòng)速率是指某個(gè)時(shí)段內(nèi)斷層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的速度，一般用毫米/年表示，就是每年運(yùn)動(dòng)多少毫米。2010年地震后，我們利用無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)和放射性炭測(cè)年對(duì)玉樹斷裂的滑動(dòng)速率進(jìn)行了測(cè)定（圖7）。我們選取小型河流廢棄的河床，通過(guò)測(cè)量獲得它們經(jīng)歷多次地震后沿?cái)鄬赢a(chǎn)生的總位移（也叫累積位移）；同時(shí)，采集這些廢棄河床沉積物的放射性炭年齡樣品，得到河床發(fā)生這一位移需要的時(shí)間。利用位移與時(shí)間的比值，獲得玉樹斷裂的走滑速率約為6.6毫米/年。這個(gè)數(shù)值比其東側(cè)更為活動(dòng)的甘孜斷裂要小，近年來(lái)的研究結(jié)果認(rèn)為甘孜斷裂的水平滑動(dòng)速率為8-10毫米/年。

圖7 玉樹斷裂的位移測(cè)量與采樣。T1與T2代指兩個(gè)不同時(shí)期的廢棄河床，T2更早。紅線為斷層，黑三角為年齡樣品采集點(diǎn)。

問(wèn)題來(lái)了。斷層的滑動(dòng)速率越高，是不是意味著它發(fā)生的地震會(huì)越大？答案并不是肯定的。比如，同是走滑斷層的海原斷裂帶，曾發(fā)生了1920年海原8.6級(jí)大地震，它的滑動(dòng)速率才5毫米/年左右。那么，一條斷層的滑動(dòng)速率高，是不是說(shuō)明它發(fā)生地震的頻率也高？這個(gè)是有關(guān)系的，但還需要同時(shí)考慮另外一個(gè)數(shù)據(jù)，斷裂的同震位移（斷層在一次地震中發(fā)生的位移）。這個(gè)數(shù)據(jù)重要在哪里？

5.2010年地震，玉樹斷裂的一次非典型活動(dòng)

一條斷層上可能會(huì)發(fā)生各種震級(jí)的地震，這是由于斷層有時(shí)會(huì)是整體活動(dòng)，有時(shí)只是其中一部分活動(dòng)。一條斷層上如果重復(fù)發(fā)生震級(jí)相近的地震，我們稱這種地震為特征地震（圖8）。怎么理解呢？比如，一個(gè)跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員通常能跳7米遠(yuǎn)，7米就是他的特征距離，而如果他跳5米或者6米就不是正常表現(xiàn)。特征地震也是如此，反映一條斷層通常發(fā)生的地震大小。特征地震的產(chǎn)生往往是整條斷層發(fā)生了活動(dòng)。由特征地震產(chǎn)生的同震位移每次也是大小相近的，叫特征同震位移。利用同震位移和斷層滑動(dòng)速率的比值，可以得到一次地震發(fā)生的時(shí)間。因此，斷裂的滑動(dòng)速率需要與同震位移一起討論，才能確定地震的發(fā)生頻率。另一方面，通過(guò)比較特征同震位移與累積位移的關(guān)系，也可以認(rèn)識(shí)斷裂長(zhǎng)期的地震行為。

圖8 美國(guó)圣安德列斯斷裂上的累積位移與同震位移（RobertE.Wallace攝）。圣安德列斯斷層是世界上著名的活斷層，該斷裂上地震重復(fù)發(fā)生，每次地震產(chǎn)生的位移均為10米左右，為特征位移。A與A’點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溪溝在1857年大地震中發(fā)生了10米的位移，A與A’在該地震之前本是同一個(gè)點(diǎn)。B與B’點(diǎn)原來(lái)也是同一個(gè)點(diǎn)，隨著斷層的不斷滑動(dòng)相距越來(lái)越遠(yuǎn)，現(xiàn)在二者之間的距離為130米，大約由12次地震所形成。紅色箭頭位置及其延伸方向?yàn)閿鄬印?/p>

圖9 玉樹斷裂上的位移。a,小溪溝被斷層錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生7m位移，為測(cè)量斷層位移中最小的一組數(shù)值，兩個(gè)相對(duì)的紅色箭頭連接起來(lái)的位置為斷層，白色箭頭為小溪溝位置。b,洪積扇被斷層錯(cuò)動(dòng)26m，為最大一組位移，白色箭頭指示洪積扇的邊緣，A與A’原本為同一點(diǎn)。紅色箭頭位置及其延伸方向?yàn)閿鄬?，黃色箭頭指示斷層右側(cè)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向。

我們根據(jù)野外實(shí)測(cè)并結(jié)合衛(wèi)星影像測(cè)量，沿玉樹斷裂獲得了年輕地貌體被斷裂斷錯(cuò)產(chǎn)生的位移量（不含2010年地震位移）。這些年輕地貌體發(fā)育較晚，它們記錄的只是最新幾次地震的位移。測(cè)量結(jié)果顯示，位移明顯分為幾組，最小一組為6-8米，是由一次地震形成（圖9a）。而其他幾組分別是這個(gè)數(shù)值的不同倍數(shù)，代表了不同次數(shù)地震的累積位移（圖9b）。這些位移分組特征顯示，在玉樹斷裂上曾經(jīng)以6-8米的相同位移發(fā)生過(guò)多次地震。6-8米的位移是玉樹斷裂的特征位移，其對(duì)應(yīng)的地震是玉樹斷裂上的特征地震，是由整條斷裂同時(shí)活動(dòng)產(chǎn)生的。而2010年玉樹7.1級(jí)地震的同震位移一般為1米左右，相對(duì)特征地震來(lái)說(shuō)是一次具有小位移的“小”地震事件，不是玉樹斷裂上的特征地震，是玉樹斷裂的一次非典型活動(dòng)。它的發(fā)生可能是近期巴顏喀喇地塊各個(gè)邊界的活動(dòng)對(duì)玉樹斷裂的觸發(fā)作用所造成。

6.玉樹斷裂多久會(huì)發(fā)生一次大地震？

要回答這一問(wèn)題，需要了解玉樹斷裂以前發(fā)生過(guò)的地震信息。根據(jù)斷裂上地震發(fā)生的歷史，就可以得知其發(fā)生一次地震的時(shí)間。但是，從一次地震之后到下一次地震的發(fā)生，其時(shí)間間隔往往比我們?nèi)祟愑袣v史記載的時(shí)間要長(zhǎng)很多。于是，研究者們想到利用地震“考古”的方法，也就是古地震研究的方法來(lái)進(jìn)行研究。通過(guò)發(fā)掘保存在地質(zhì)記錄中的地震信息，就能夠在一個(gè)更長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)研究地震活動(dòng)的歷史。研究古地震最常用的方法是開挖探槽（圖10）。通過(guò)選擇合適的地點(diǎn)，在地表挖開一個(gè)深度為幾米的長(zhǎng)方體凹槽，揭露和識(shí)別沉積地層中保存下來(lái)的地震遺跡，由此恢復(fù)之前已發(fā)生的強(qiáng)震的歷史。

玉樹地震發(fā)生以后，研究者們?cè)谟駱鋽嗔训牟煌温溟_挖了十幾個(gè)探槽來(lái)揭露斷裂上的古地震事件（圖11）。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在這次地震破裂的下面，保存著多次史前地震的遺跡。綜合所開展的這些古地震研究，對(duì)玉樹斷裂的古地震事件進(jìn)行了逐次界定。研究表明，玉樹斷裂上在距今6,000年以來(lái)共發(fā)生過(guò)四次古地震，這些地震之間相隔的時(shí)間為1150-1800年不等。也就是說(shuō)，玉樹斷裂發(fā)生一次大地震的時(shí)間間隔為一千多年。同時(shí)，從探槽揭露的古地震特征看，這些地震均為玉樹斷裂上的特征地震。利用斷裂長(zhǎng)度與震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)公式分析，這樣一次地震的震級(jí)大約是7.5-8.0級(jí)。

古地震研究結(jié)果同時(shí)說(shuō)明,玉樹斷裂在地質(zhì)歷史時(shí)期就一直是地震活躍地帶。這無(wú)疑也給我們一個(gè)重要的警示，工程建設(shè)和防災(zāi)規(guī)劃中必須對(duì)活斷層有足夠的重視，才能預(yù)防和減輕它可能給我們帶來(lái)的危害。

圖10 古地震研究的探槽。1999年臺(tái)灣集集7.6級(jí)地震后，在發(fā)生地震的車籠埔斷層上開挖了探槽，以研究它的古地震歷史。圖片來(lái)自KarlMueller。

圖11 玉樹斷裂上的古地震探槽剖面。紅色線條代表斷層，黃色三角為年齡樣品點(diǎn)。

地震是一個(gè)十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，我們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還很有限。這一方面需要加強(qiáng)科學(xué)研究，逐漸加深對(duì)它的了解，另一方面，要強(qiáng)化全社會(huì)的防震減災(zāi)意識(shí)，學(xué)會(huì)如何更好地與自然災(zāi)害共處，最大限度地減輕地震災(zāi)害所造成的損失。