在人類賴以生存的行星地球上，各種自然災(zāi)害頻發(fā)，其中，地震是我們必須面對的最重大自然災(zāi)害之一。2022年6月1日和2022年6月10日，在四川蘆山地區(qū)和四川阿壩地區(qū)相繼發(fā)生了震級達(dá)6級的地震，這引起大家廣泛關(guān)注。地震給人類生命和財(cái)產(chǎn)帶來的損失數(shù)不勝數(shù)，因此，它一直是世界各國科學(xué)家長期不懈研究的主題。

迄今為主，地球上記錄到的最大地震是1960年5月發(fā)生在南美洲大陸與太平洋交接部位的智利9.5級特大地震。1950年8月，在我國西藏察隅一帶發(fā)生了8.6級察隅特大地震，它是至今記錄到的大陸內(nèi)部最大地震。在全球范圍，這些8級以上的特大地震極其罕見，但震級為中等強(qiáng)度和我們?nèi)祟愖陨砀兄坏降牡卣饏s無時(shí)無刻不在發(fā)生。圖1顯示了發(fā)生在2018年內(nèi)震級大于4的（約12123個(gè)）全球地震分布，可以看出地震主要發(fā)生在環(huán)太平洋大陸邊緣、大洋中部（板塊構(gòu)造上稱大洋中脊）、地中海-伊朗-尼泊爾-印度尼西亞-新西蘭一線、以及我國青藏高原-天山等地區(qū)?？梢哉f，地震作為常見的自然現(xiàn)象，它與我們“影形相隨”，人類無法回避。為了減少地震對人類的影響，科學(xué)家一直想知道地震發(fā)生在哪？什么時(shí)間發(fā)生？它的震級有多大？以便將地震的損失減到最小。

圖1. 全球地震分布基本格局（據(jù)美國地調(diào)局發(fā)布的2018年震級大于4級地震數(shù)據(jù)制作，數(shù)據(jù)來源https:// earthquake.usgs.gov）

我國是一個(gè)地震多發(fā)的國家。據(jù)國家地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)，僅在2021年，地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)就記錄到發(fā)生在我國境內(nèi)震級2級以上的地震達(dá)14000余個(gè)。在幾千年中華文明歷史長河中，我國對地震的記載可以追溯到公元前23世紀(jì)，對一些重大歷史地震的記錄堪稱典范（如1303年山西洪洞8級地震、1920年甘肅海原8級地震等），為世界地震科學(xué)研究提供了極其寶貴的第一手資料。

2022年6月1日，在我國2013年發(fā)生蘆山7級地震的震中附近又發(fā)生了一次6.1級地震。2022年6月10日，在四川阿壩地區(qū)馬爾康市一帶還發(fā)生了最大震級達(dá)6級的地震群。于是，人們希望知道，為什么相隔不到10年，幾乎在同一個(gè)地區(qū)會(huì)連續(xù)發(fā)生強(qiáng)烈地震？地震后的余震有何時(shí)空分布規(guī)律？

基于地震的極其復(fù)雜性，以下用少量篇幅，就地震及其余震的一些基本知識作簡要概述。

地震如何發(fā)生

受板塊運(yùn)動(dòng)、火山噴發(fā)、人類活動(dòng)等眾多因素影響，我們居住的地球其內(nèi)部不同深度存在著具有復(fù)雜時(shí)-空特征的力。在特定力的作用下，地球內(nèi)物質(zhì)將發(fā)生變形，而當(dāng)變形發(fā)生在巖石圈淺部時(shí)，這種力所造成的物質(zhì)變形通常符合彈性關(guān)系；即如同一根受力的彈簧，它的壓短或拉伸量與作用在其兩端的力成線性正比。一般地，為了定量一個(gè)物體的受力大小，可以將力轉(zhuǎn)化為作用在單位面積上的力，即應(yīng)力。隨著作用在彈性巖石圈上的應(yīng)力不斷增大，彈性變形的介質(zhì)將在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生脆性破裂；這個(gè)過程又似我們雙手折一根筷子，隨著用力不斷增加，筷子先是彎曲類似彈性變形，而后折斷發(fā)生脆性破裂。在彈性（地殼）巖石圈中，當(dāng)形成的破裂伴隨兩側(cè)瞬態(tài)的相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，即形成地震。這時(shí)，地震的大小可以用矩震級來標(biāo)定，即：M_w=(lgM₀)/1.5-10.7,其中 M₀=μ?W?S，為地震矩（M₀，N.m），它等于地震破裂面面積（W,m²）、地震破裂面兩側(cè)位移（S，m）、彈性地殼的彈性模量（μ，N/m²）三者的乘積。當(dāng)然，還有一些根據(jù)地震波振幅特征來標(biāo)定地震震級方法。他們與地震矩震級間有一定的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換公式，此不再表述。

需要說明的是，在經(jīng)歷了幾十億年漫長的地質(zhì)歷史演化后，我們腳下的地球內(nèi)部在一定深度范圍內(nèi)已經(jīng)充滿了大量不同規(guī)模、不同運(yùn)動(dòng)方式、不同活動(dòng)習(xí)性的斷層。在應(yīng)力作用下，這些已存在的斷層比它周邊的彈性介質(zhì)更易發(fā)生（再）破裂和滑動(dòng)。這解釋了為什么震級較大的地震大多發(fā)生在已有斷層上的主要原因（圖2）。

圖2. 當(dāng)荷載達(dá)到斷層滑動(dòng)（巖石破裂）所需應(yīng)力極值時(shí)，斷層發(fā)生快速相對運(yùn)動(dòng)形成地震，并激發(fā)不同類型地震波。（資料來源；https://www.）

然而，盡管我們知道地震發(fā)生的基本原理，但地震學(xué)家目前對地震的三要素（發(fā)震時(shí)間、發(fā)震地點(diǎn)、發(fā)震震級）仍然知之甚少。主要原因是：第一，我們對深度達(dá)幾十公里的地殼內(nèi)部所發(fā)育的斷層的詳細(xì)特征知之有限。第二，即使能知道斷層精確形態(tài)，我們還仍然不知道每條斷層的抗震（抗破裂）能力有多大。第三，地震學(xué)家更不清楚每條斷層上的絕對應(yīng)力有多大。我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，正如今天的日常天氣預(yù)報(bào)，地震能被人類預(yù)測預(yù)報(bào)的時(shí)代一定會(huì)到來。

關(guān)于余震

一個(gè)較大的地震發(fā)生后，在該地震震中一定范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生震級相對較小、數(shù)量達(dá)數(shù)十到數(shù)百上千的地震，一般稱這些地震為主地震的余震。對余震的準(zhǔn)確定義目前還存在爭議，也有提出用一定范圍內(nèi)主地震前后地震發(fā)生頻率的變化來定義余震。然而，盡管對余震的確切定義有爭議，與余震有關(guān)的一些重要現(xiàn)象地震學(xué)家已經(jīng)有了十分深入的研究，如余震的分布空間、持續(xù)時(shí)間、發(fā)生頻率及發(fā)震機(jī)理等。

在空間上，余震的分布與主地震斷裂的破裂尺度有關(guān)。一般地，余震主要發(fā)生在大致相當(dāng)于主地震破裂長度的范圍內(nèi)，如2008年汶川地震，其地震斷層破裂長度約320km，余震也主要發(fā)生在沿?cái)鄬酉鄳?yīng)長度的空間內(nèi)。又如2021年發(fā)生在青海的瑪多7.4級地震（圖3），其余震的分布也主要集中在與主地震破裂長度相當(dāng)?shù)目臻g范圍內(nèi)。

圖3. 2021年5月22日瑪多7.4級地震破裂和余震時(shí)-空分布特征（數(shù)據(jù)來源：國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心https://data.）

在時(shí)間上，余震的持續(xù)時(shí)間與主地震發(fā)生地區(qū)的構(gòu)造背景、地震斷層活動(dòng)性、地殼內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)等綜合因素有關(guān)。根據(jù)已有研究，在全球范圍內(nèi)一個(gè)大地震的余震序列可以持續(xù)幾年到上千年（圖4）。因此，根據(jù)分布位置和時(shí)間間隔（時(shí)-空特征）（圖5），把2022年6月1日蘆山6.1級地震厘定為2013年蘆山7級地震的余震是合理的。在沒有別的干擾下，余震發(fā)生的頻率隨著時(shí)間的增加而不斷減少（圖6）。

圖4. 世界上一些大地震余震的持續(xù)時(shí)間（據(jù)Stein and Liu, 2009）

圖5. 2013年7級和2022年6.1級蘆山地震斷層破裂分布特征

圖6. 2017年西藏米林6.9級地震余震序列分布特征（據(jù)韓佳東等，2019）

最后，關(guān)于余震發(fā)生機(jī)理。實(shí)際上，余震與任何地震一樣也必然滿足應(yīng)力達(dá)到破裂閾值條件后才能發(fā)生，但這個(gè)應(yīng)力的來源被認(rèn)為與主地震的擾動(dòng)密不可分。在一個(gè)新的理論中，余震被認(rèn)為是由主地震應(yīng)力觸發(fā)而產(chǎn)生。就觸發(fā)的機(jī)制，則在不同的地震構(gòu)造環(huán)境中存在多樣性，它可以是主地震導(dǎo)致的彈性應(yīng)力、粘彈性應(yīng)力、孔隙彈性應(yīng)力變化；也可以是主地震后破裂面上一些部位繼續(xù)發(fā)生緩慢（無震）滑動(dòng)（即震后余滑）、地震波在地殼中傳播時(shí)造成的瞬態(tài)應(yīng)力（動(dòng)態(tài)）變化等?？傊@些不同機(jī)制可能在具體地震中和地震后的不同時(shí)間段扮演的角色不同。這是近幾十年來地震學(xué)家所關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。

地震的叢集與災(zāi)害

大地震發(fā)生后，跟隨而來的余震具有明顯的時(shí)空叢集特征。理論上，不論是2022年6月1日的蘆山地震，還是2022年6月10日的馬爾康地震，它們必然會(huì)有后續(xù)余震，但一般而言，余震所釋放的總能量可能不到主地震的5%。但是，前人也曾有研究表明，余震序列中最大的震級可以達(dá)到主地震震級減1，說明一些大地震的余震潛在危險(xiǎn)性不可忽視。從主震-余震觸發(fā)機(jī)制看，一個(gè)余震的震級接近，甚至超過主震震級完全有可能。這種可能性可以用經(jīng)典的古登堡-理查德關(guān)系描述，即在余震序列中，震級大于M的余震個(gè)數(shù)N也應(yīng)滿足 log₁₀N(M)=a-bM，其中a、b為常數(shù)。

2022年6月1日發(fā)生在四川蘆山的6.1級地震可能給我們敲響了警鐘，啟示了余震可以有足夠的潛在危險(xiǎn)性。就2022年6月10日馬爾康地震，其后期監(jiān)測該地震序列的活動(dòng)規(guī)律極其重要。事實(shí)上，一些震級相當(dāng)?shù)膹?qiáng)地震呈成對發(fā)生可能已近暗示了余震災(zāi)害的重要性，如1976年5月29日發(fā)生在我國云南的龍陵7.3級和7.4級地震。再者，受一些主震后應(yīng)力變化的獨(dú)特機(jī)理控制，余震的分布在空間上會(huì)隨時(shí)間而增大。這一切均為地震學(xué)家研究地震時(shí)間、空間、大小帶來了極其嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

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