地球的鼓動，大地的震動：你應該知道的地震冷知識，它們很有用

我國是地震多發國家，不管願不願意，我們實際上都離地震很近。所幸隨著地球科學、建築科學的發展，大多數地震已經「可防可控」。但是，我們現在還不能提前預報地震，無論在什麼地方，大地震還是會造成巨大破壞。地震災害的避免，不僅要依靠科學家，更要依靠你我普通人。下面這些地震「冷知識」，對普通人來說就很有用。

Q1： 我們平常人遇到地震和大地震的可能性有多大？

實際上，地震並非罕見的自然現象。根據多年統計，全球平均每年能發生50萬次左右可被地震儀記錄到的地震（換算成平均每日即接近1500次）。當然，其中只有20％不到是有感地震；而強震（M6.0級或更大）的頻率就更低了，一年大約為300次左右，且其中不少又發生在遠離陸地的海域、無人區等地。即使算上一些中強的淺源地震，平均每年能造成不同程度破壞的地震大約只有百餘次。但是，這些破壞性地震的影響不容輕視。

全球6.0級以上強震（左列為震級範圍）平均每年發生的次數（右列）。來自USGS

Q2： 地震能不能預報？如果不能預報為什麼還能預警？

首先明確一點，精確到具體時間具體地點具體震級大小的地震預報，目前人類沒有能力做到。所謂的看地震雲預報地震並沒有科學依據，不可信。緊急地震速報/預警的基本原理就是六個字：和地震波賽跑。

當前，我國、日本和墨西哥等地震頻發的國家都已經建立了緊急地震速報系統，這個系統的工作原理是這樣的：在地震發生後，系統檢測到地震波（P波）後，立刻通過計算機分析地震波來推定地震發生的震中以及震級大小，發震類型等地震要素，迅速計算出地震波（S波）可能會給各地帶來多大的震感（即震度），再立刻對計算出可能會有較大震感地區發布緊急地震速報。這個迅速是有多快呢，日本目前最快可以做到監測到地震波後3秒就並發出警報。

緊急地震速報的特點是對大地震時能夠對距離震中較遠，雖然目前還沒搖晃，但馬上就會出現劇烈搖晃的地區發出警報；而圖上出現了0，說明的是對於震中地區附近的劇烈搖晃，緊急地震速報是基本趕不上的，地震預警不可能比劇烈搖晃早。這是因為地震波檢測站都是在地表的，對於發生在陸地上的地震而言，地震波被監測到的瞬間，意味地震波已抵達震中地表，當地已發生劇烈搖晃。這個地震預警就是在和地震波賽跑，現在大多數地震預警都是在和S波賽跑，這是因為雖然S波的破壞力更大（上文提過），但速度比P波慢。不過，雖然說速度慢，S波的傳播速度依舊高達每秒4千米，這意味著地震發生後每過一秒，就有更多的地方開始劇烈搖晃；地震預警的越早，就會有更多地區的人們，有更多的時間進行緊急避難。

日本氣象廳在監測到熊本地震的地震波後3.8秒對西日本多地發布警報

當然，目前日本氣象廳已能夠同時使用P波和S波兩種數據來同時計算（PLUM法），以大大增加特大地震發生時預估震度震級的準確度。

汶川地震後的十年，我國地震預警也在逐步建立。成都高新減災研究所已初步能夠對我國中東部大部分地區發生地震發出地震預警，去年九寨溝大地震時就成功對汶川等四川地區在S波到達前發布預警。我國國家級的地震預警系統也正在建立中。

汶川電視台九寨溝地震發生時的緊急地震速報畫面

Q3： 地震有哪些類型？有沒有人工地震？

對於地震的定義，在我國國標文件里，絕對是想不到的簡單——「大地的震動」。當然,這只是一個推薦性定義，實際應用中，地震一般指的是地球表層岩石圈內，因受應力而快速破裂錯動，所引起的地表振動。但是是什麼原因導致的破裂錯動？這就有多種可能了。

最為常見的類型，就是地下的構造應力作用產生運動，使得地下岩層斷裂錯動造成的地震。這被稱為構造地震，大約佔到了地震總數的90％。汶川地震也是構造地震。

其次，當火山出現活動時，向上侵入地表的岩漿對上方岩石圈施加強大應力，導致岩層破裂錯動，也會造成地震，這一類被稱為火山地震，比如近期基拉韋厄火山的活動造成了夏威夷大島的一系列地震，其中最大一次規模更是達到了M6.9級。這一類地震大約佔到了地震總數7％。

夏威夷大島在北京時間5月10日15時-11日15時期間，因基拉韋厄火山爆發引發的M2.5級以上的地震。請注意有可能引發輕度密恐不適。圖片來源：美國地質勘探局

此外，大規模的山體滑坡，以及喀斯特地貌地區的岩溶塌陷等，也會導致地震，這些一般歸類於天然塌陷地震。

以上這些都是天然地震，佔了地震中的絕大多數。但此外，還有人類活動引發的地震，這包括了直接引發的地震，如開礦等建設需要的爆破和一些爆炸；還有人類活動間接引發的地震，如礦區採空區引發的塌陷。一般而言，人類活動引發的地震會註明成因，如塌陷（有時天然塌陷也會註明）。

一次塌陷引發的地震。來自國家台網速報

Q4： 地震越深越大，還是越淺越大？深源地震又是什麼？

對於震中附近而言，地震震源深度越淺，震感越強烈；但對於離震中較遠的地方來說，就因震而異了。地震根據震源深度可分為三類：淺源、中源和深源地震。震源深度在300km以上的地震，被稱為深源地震，而在60km-300km間者被稱為中源地震，部分研究也把它歸為深源地震。相比淺源地震，它們出現的次數較少，中深源地震總共只佔地震總數約25％。

在1950年前後，美國地震學家貝尼奧夫發現，在大洋板塊和大陸板塊的匯聚邊界，隨著大洋板塊（如太平洋板塊）向大陸板塊（如亞歐板塊）俯衝的加深，自交界的海溝起沿著俯衝方向，發生的地震震源深度不斷加深，依次出現了淺源地震-中源地震-深源地震的分布。這一帶狀分布被稱為貝尼奧夫帶。

由於板塊性質，全球主要的貝尼奧夫帶都在太平洋板塊周邊，其中對我國有影響的，當屬太平洋板塊和歐亞板塊-美洲板塊間的俯衝帶——自日本海溝向西，這一俯衝帶造成的地震震源深度不斷加深，末端位於我國吉林和黑龍江東部，因此當地也會發生深源地震，其中最近較為明顯的一次發生在2016年初的黑龍江林口縣（M6.4級，震源深度580km）。當然，我國絕大部分地震都是屬於亞歐板塊內，或板塊內部次級地塊間的斷裂帶構造運動引發，這些都是淺源地震。

貝尼奧夫帶

太平洋板塊向西俯衝向歐亞-美洲板塊下方，所形成的貝尼奧夫帶 。可以看到，自日本海溝向西，地震震源深度逐漸加深。

和淺源地震的斷層構造活動不同的是，深源地震的發生，和地下深處的高溫高壓環境有關。具體的機制仍有爭議，不過主流觀點認為主要有以下兩個成因：一是在俯衝過程中，隨著溫度升高，板塊岩石所含結晶水發生脫水，使得岩石體積等發生驟變而破裂；而是在地下極大壓力下，岩石礦物的晶體類型發生改變，使得體積發生變化而破裂。

2015年5月30日小笠原群島附近海域發生M8.1級深源地震，日本全國有震感。來自JMA

由於震源深度較深且沒有面波發育，在同等震級規模下，深源地震對地表的破壞較小。如2016年初的黑龍江林口深源地震，雖然震級達到了M6.4級，但僅在震中附近有較弱震感，更沒有引發地表明顯破壞。

Q5：有些地震明明震級不大，為什麼會感覺到較強的震感？

首先要明確的是，震感是人對地震烈度的一個感性認識。震級是反映地震規模的度量，一次地震只會有一個固定的震級，但烈度則是地震引發各地地面震動以及影響的程度，不同地方會有不同的烈度。（日本和我國台灣稱之為震度）

烈度的大小，顯然和地震規模（震級），震源深度和當地到震中的水平距離（震中距）有關；但除此之外，還有許多其他因子。

其中最重要的，當屬當地地形與地質構造。在1985年，墨西哥西部沿海地區發生了一次8.0級強震，但受影響嚴重的除了離震中最近的區域外，卻還有數百千米外的墨西哥城。這是由於墨西哥城建立於乾涸的特斯科科湖湖盆之上，存在有較厚的鬆軟沉積土層，使得地震波從深處或周邊地區表面傳來時，折射入這些剛性較弱的沉積土層，使得振幅有所放大，造成了這一悲劇。此外，若處在盆地、河谷內，且周邊為剛性較大的岩石組成的山區，也可能導致地震波的局地匯聚放大，這樣會導致局地震感較強。

1985年墨西哥大地震，墨西哥城因特殊地質結構受災嚴重。圖片來源：維基百科

但對較強地震的震中附近極震區，烈度還和地震發生機制與斷層構造有關。十年前的汶川大地震，震中位於汶川縣境內，但烈度分布並非為以震中為圓心的同心圓，而是沿著龍門山主斷裂帶偏向震中東北側。這是由於主震發生後，斷層沿著走向，向東北方向發生了一系列破裂過程，使得當地受到了主震和這些後續破裂引發的地震波共同疊加，造成了最為劇烈的破壞。

美國地質探勘局測定的汶川大地震主震造成的烈度分布圖，五角星處為震中

從美國地質探勘局測定的汶川大地震主震造成的烈度分布圖可以看到，烈度最大的區域是自震中向東北方向延伸，同時一些河谷區域也較周邊較強。

就人的感性認識而言，若處在建築物內，一般處在更高樓層的人會感受到較強震感；人在靜止不動的時候會比在運動時更容易感受到震感；此外，不同個人之間，對地震波的「靈敏程度」也有差異。

Q6：地震為什麼有時會上下搖有時會左右搖？哪種搖晃更厲害？

這是不同性質的地震波所致。在高中地理課本上，介紹地震波時已經提及了兩種重要的波動：縱波和橫波。縱波一般也寫成P波，實際上P來自於Primary的首字母，即最先到達地表的波；而橫波也被稱作S波，來自Secondary的首字母，即繼縱波後第二種到達地表的波。縱波是在可壓縮的介質里，通過壓縮-擴張的交替運動傳遞，這和聲波類似；而地震波橫波則是存在彈性的岩石發生了剪切和扭動所激發的波動，因為液體和氣體不會發生剪切運動，所以地震波的橫波不能在這些介質里傳播。

上述P波和S波是在地球球體內部傳播，因此合稱為體波。而當它們到達地球表面時，會因為界面反射及相互的干涉作用，形成一類新的波動。這類波動沿著地表傳播，主要能量也集中在地表附近，所以被稱為表面波。重要的表面波有瑞利波和勒夫波兩種，前者是造成一個垂直於地面的往複橢圓運動，而後者則是造成水平方向的往複扭動。

在有感地震發生後，首先感受到的是造成上下搖晃的P波，但破壞性小；隨後，S波到達地表，造成側向晃動且破壞性較大；緊接著到達的是表面波中的勒夫波，振幅往往最大且造成橫向劇烈搖動，對建築物破壞性最大；最後到達的是瑞利波，帶有水平和垂直方向的混合搖動。可以說，在強震中，感受並判斷這種最快但相對較弱P波，是對逃生最為關鍵的一環。

如果對上述物理學解釋沒懂，那麼就記一下最基本的點。一場地震發生時，地球內部會有兩種波傳播，P波和S波。P波快，S波慢。通俗來說，當感知地震時，如果一開始就有比較強的震感（P波到達），可能意味著這場地震的震級比較大，稍後到達的S波所帶來的震感將會更為劇烈。那麼，這時候，就要在S波到來前儘快移動到相對安全的地方，以確保人身安全。

一次地震的波形記錄示意圖（並非實例）。橫坐標為時間，縱坐標為地表位移；這個圖模擬的記錄地點離震中應當有一定距離了，較早到達的體波振幅較面波明顯較小。

此外，當強震發生時，在離震中很近的地方，S波和表面波振幅都很大，會造成嚴重破壞（尤其是S波和勒夫波）；但對於離震中稍遠的地方，由於體波的衰減較表面波快，此時縱橫波都不會很強，而隨後到達的表面波仍會帶來較明顯的影響，這一點需要注意。

Q7：在汶川大地震時，為什麼離汶川這麼遠的上海和北京都有震感，而且晃的時間還特別長（尤其在高層建築里更明顯）？

事實上，這是一種特殊的表面波——長周期地震波造成的。一般而言，長周期地震波是指周期長達10秒或更久的地震表面波分量，它的產生和強震對應的斷層大規模破裂有關，且震級越大（破裂規模越大），長周期地震波在總體地震波的所佔比重越大。一般而言，在M6.5級或更高的強震，長周期地震波的影響便不容忽視。311東日本大地震時東京的長周期地震動曾長達5分鐘左右。

前文已經提及，表面波隨著傳播距離衰減的速度較體波慢，而表面波衰減速度又是隨著周期增長而減小，因此長周期地震波可以傳播到相當遠的距離；同時，由於其周期較長，產生的震感持續也較長。

311東日本大地震時東京都大手町的地震波形監測，可見晃動時間超過4分鐘

更為重要的是，建築物的固有頻率和其高度有關，高度越高則固有頻率越小（周期越大），容易和這些長周期地震波接近而產生共振，因而長周期地震波對這些高層建築物的影響也是最大。因此，當強震發生時，即使距離一些大城市較遠，也要注意這些長周期地震波對高層建築的影響。

以上只是地震相關內容的淺顯一角。實際上，由於當前對地球內部探測的困難，要全面、系統研究地震學仍然是一個重大的挑戰。但我們相信，未來在地震學方向總會有那一步步微小的前行與全新的突破。人類在強烈自然災害面前，一直是渺小而脆弱的；但我們也正是在這樣的渺小間，頑強不息。這樣的故事，數萬年未變。

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