超巨大地震发生前后的重要地震活动

小山顺二 都筑基博

论 文

超巨大地震发生前后的重要地震活动

小山顺二 都筑基博

世界地震译丛

2011年东北近海MW9.0巨大逆冲地震发生后，在整个日本列岛观测到数千个内陆和火山地震，这些地震并不仅限于发生在东北地区太平洋海岸近海的余震区内。这提醒我们评估地震活动时思路要更宽，要去掉前震 主震 余震活动仅限于特定地震有限余震区内的普通想法。在最近的100年中，全球发生了几个巨大逆冲断层地震。根据我们的地震发生区在沿倾向双段（ADDS）和沿走向单段（ASSS）之间明显不同的新假设，我们研究了地震前后的重要地震事件。总体来说，沿倾向双段巨大逆冲断层的一些重要余震（大于MW7.5）发生于板块外侧隆起区及其附近（Ⅰ类），其中有些是倾滑正断层作用，有些是俯冲海洋板块内具有正断层分量的走滑断层作用。这些板块外侧隆起区的地震被认为是受巨大逆冲断层板块耦合作用减弱，引起的海洋板块下降板片的板片拉力控制。此外，有些沿余震区内板块边界和类似余震区扩展到相应巨大逆冲断层的地震也很重要（Ⅱ类）。另一方面，沿走向单段的余震发生在相同余震区及其附近，而且重要的或灾难性的板块外侧隆起区地震很稀少。已知沿倾向双段和沿走向单段的巨大逆冲断层也有一些大（不重要）的内陆地震。所有这些结果均不取决于俯冲几何形状是否是斜向的还是正交的。

巨大逆冲断层地震 沿倾向双段 沿走向单段 重要余震 外侧隆起区地震

0 引言

科学的进步归根结底来说就是验证假说的过程（ポランヵレ，1959）。将来的地震观测研究计划也是这样。在发生超巨大地震时，我们一般都会考虑沿倾向双段（ADDS）和沿走向单段（ASSS）两种情况（Yomogida etal，2011；Koyamaetal，2012；小山·都筑，2013）。

一直以来，对于大地震活动都是基于包含若干地震断裂带及相邻断裂带范畴，以前震—主震—余震活动进行评价（例如，宇津，2001）。并且随着地震观测网的升级和地震发生过程的研究进展，余震被认为是为缓和主震断层破坏引起的集中在局部的应力而在断层面上或断层周围产生的活动（例如，Yagietal，2004）。特别是应用古登堡—里克特关联式定律与大森定律（宇津，2001）等结合上述观点，甚至可以预测大地震中重要余震的发生概率（地震調査研究推進本部，1998）。

图1 位于日本及其邻近区域的地震活动，地震分段引自网站http：// www.jishin.go.jp/main/p-hyoka02-kaiko.htm，由地震调查研究推进本部给出。图中黄色符号表示从1950年到2010年发生的5.9级以上、震源深度小于61km的地震，且这些地震是由日本气象厅确定的，日本附近的海沟和海槽由红色曲线表示（原图为彩色图——译注）。下一次估计发生的大地震的区域为粉红色曲线包围的区域，2011年日本东北近海发生的大型逆冲地震，其破裂区域用实心椭圆表示，这次地震沿倾向双段很明显，在南海海槽中可以发现沿走向单段现象，还可以观察到最近发生的小地震活动，这些地区通常被称为地震空区。该图复制于Koyama等（2012）中的图1

但是，2011年3月11日发生在日本东北近海的超巨大地震，不但破坏范围几乎遍及太平洋海域靠近日本岛的所有地震断裂带，甚至使日本全国内陆及火山性地震活动增强（国土地理院，2012）。对于如此大范围的地震活动，无论在概率层面还是经验层面都无法进行评价。2011年日本东北近海的超巨大地震给我们的启示是：超巨大地震不能像往常一样以若干狭长断裂带内的地震活动来定义前震—主震—余震这种以时间为基准的地震序列，而是要以超巨大地震的发生时间为基点，考虑在此基点前和基点后发生了什么样的大范围的重要地震活动。此外，超巨大地震还会在远离震源区的较大范围内激发多起诱发型地震。

因此，如图1所示，此次日本东北近海的超巨大地震是由沿太平洋板块俯冲方向的两条沿倾向双段在岛弧沿线和海沟沿线之间的双重带状区域发生的。与其相比，在沿南海海槽的南海道—东南海道—东海的区域范围内，地震断裂带从海沟到岛弧的区间作为地震空区段沿俯冲带呈一系列带状相连并排分布。我们所说的超巨大地震发生时的沿倾向双段和沿走向单段，指的就是这类地震活动的地域性。

此类沿沟槽俯冲带走向的一重、二重带状地震活动带的存在，并不是日本附近特有的现象。有人指出1952年堪察加地震和1961年阿拉斯加大地震都是沿倾向双段型，1960年和2010年的智利地震为沿走向单段型（Koyamaetal，2012）。也就是说，在沿走向单段型的超巨大地震中，地震活动区域从海沟到俯冲带的宽度很窄，地震断裂带为宽度小于长度的细长区域。同时，俯冲带的耦合区域沿这种海沟至俯冲带的方向整体扩展，使得整个板块形成地震空区。地震发生时代表震源破裂图像的凹凸体会向包括此类地震空区的全部耦合区域传播（Morenoet al，2010）。另一方面，在沿倾向双段型超巨大地震活动中，地震活动区域的宽度与长度比为1:2，真实反映出强耦合的区域为沿海沟的地震断裂带。超巨大地震前的地震活动就是由于岛孤和大陆沿线的地震断裂带中耦合区域的破坏被激发引起的。但是，一旦沿海沟的真正强耦合区域的地震断裂带未激发，那么整体地震活动就会因缺少沿海沟区域活动而呈现圆环状（Mogi，1969）。所以，代表真正强破坏地震发生时的震源破裂图像的凹凸体模型仅局限在沿海沟的地震断裂带（RuffandKanamori，1983；Koketsu etal，2011）。这种想法表明：在近期研究的地震活动中存在沿俯冲带水平方向的变化（Along-strikeVariability）（Freymuelleret al，2008；Haririetal，2013），除此之外，在板块挤入方向也产生多种变化。同样的主张，最近由Kopp（2013）从板块边界沉积层进化的性质角度出发进行了讨论。

本研究以比较的方式对近年来超巨大地震发生前后的地震（MW＞7.5）和破坏情况进行调查，针对以沿倾向双段/沿走向单段假说为表现特征的地震活动性质进行阐述。本研究不局限于上述的地震空间性特征，而是对比地震前后的重要地震活动的差异，就差异的成因沿倾向双段/沿走向单段进行判断，并以此作为基本思路进行的。此研究指出了未来可能发生像2011年日本东北近海超巨大地震那样特大余震的性质，解释了世界超巨大地震发生的成因，在预防地震灾害方面意义重大。

图2 世界巨大逆冲地震在分段方面的变化（沿走向单段，即ASSS或是沿倾向双段，即ADDS）。俯冲带的几何形状（垂直或斜交碰撞）以及碰撞类型：与大陆板块或大陆边缘（岛弧）碰撞，实心圆表示典型大地震和它们发生的年份，星号表示未来可能发生在北海道、南海海槽和加拿大喀斯喀特俯冲带的大型地震。该图复制于Koyama等（2012）中的图7

对于2重构造的沿倾向双段型的地震活动已有不少同类的研究，比如Heki等（1997）明确了日本东北太平洋近海的地震发生后的半年里，断层向日本海沟方向滑移加大的事实。此外Tanioka等（1997）发现，与沿海沟地带的无震的现象以及海啸地震相对应，内陆深层区域会产生普通地震活动。在数值计算方面，Wang和Hu（2006）指出，在近海沟外楔（无震）和更深区域内楔（地震）处，应力场的表现形式是不同的。但是，日本东北近海的超巨大地震给我们的启示是：我们向来认为沿海沟区域具有耐震性质，且该区域的非地震性滑动属于应变释放，但现在看来，这一区域也可能存在很大的应变积累，时机一到，就会成为超巨大地震的导火索（TsuzukiandKoyama，2013）。1964年的阿拉斯加地震就是这种被认为是耐震安全阀的近海沟区域因应变大量积累而发展成的超巨大地震（Yomogidaetal，2011；Koyamaetal，2012）。此外，也有人指出，东北近海的日本海沟和南海沟槽的前弧楔形结构在地质学上存在着差异（岡村，2012）。这恰恰验证了我们所提出的观点，即俯冲带存在沿倾向双段/沿走向单段的差异，必须以全新视点来关注地震活动。

这一观点指出，必须留意图2中星号标示的可能发生地震活动的北海道（沿倾向双段）、南海道和加拿大喀斯喀特山脉（沿走向单段）区域，对俯冲带的耦合状态和地震活动变化也要进行密切观测。

在这里，仅限于重要地震（MW＞7.5）是为了保证在评价时不落掉任何史上MW约为8以上的超巨大地震。超巨大地震被认为是一种复杂的断层破坏，即除了单一或相邻地震断裂带内产生的破坏，还伴有许多小规模的非均质区域的破坏（Koyama，1997）。但本文所说的超巨大地震，是指MW在9以上的巨型地震，即在以往MW约为8级非均质地震断裂带的断层面上，以复数运动产生破坏的超巨大地震。超巨大地震的产生过程揭示了震源所处的非均质区域的规模及其在分层结构上的不同。超巨大地震不仅发生在小规模的断层面非均质构造中，还涉及与断层破坏区相邻的为数众多的地震断裂带，每个地震断裂带（MW约为8的地震断层）都显示出其自身的断层破坏，在时间方面也会在地震发生时伴随着长周期的破坏过程。（Layetal，2005；SteinandOkal，2007）。

1 沿倾向双段型超巨大地震前后的广泛区域内的重要地震

探究超巨大地震后发生的重要地震（MW＞7.5）具有什么样的性质，这一最初想法是由Kanamori（1972）提出的。其假说如下：1896年，在日本东北地区的三陆近海板块交界处发生了明治三陆海啸地震（Mt①M：美国地质调查局/气象厅发布的面波震级。MW：美国地质调查局发布的矩震级。Mt：海啸级。http：//earthquake.usgs.gov/earthquakes/world/historical-country.php8.6）。此次地震减弱了板块间的耦合，并因日本海沟附近板块外侧隆起地区断层发生破裂，从而引发了1933年三陆的正断层地震（MW8.4）。本研究将此类发生顺序、发生地点和发生机制的地震活动统称为Ⅰ类地震活动。这两次地震都引起了大型海啸，给三陆海岸造成了巨大灾害。2011年东北近海超巨大地震的最大余震恐怕也同样是因断层上升引起的正断层型地震（Layetal，2011）。由于板块外侧隆起引起的地震很少发生，目前没有相关手段能通过观测预兆来预测东北近海板块外侧隆起而引发的地震，所以只能先调查世界范围内的超巨大地震前后所发生的大型地震都具有什么样的性质。

图3 星号代表1964年阿拉斯加MW9.2逆冲型地震和1987年阿拉斯加近海MW7.8地震的震中，空心圆表示2002年迪纳利MW7.9地震的震中。1987年地震的全球矩心矩张量解显示在下半球。该机制解来自网站http：// earthquake.usgs.gov/earthquakes/world/historical-country.php＞。震源机制球上的黑色和白色区域代表P波运动的拉伸和压缩区域。粗的破裂曲线包围区域为1964年地震的余震区。箭头指示太平洋板块沿着西经150。方向的运动，其中在加拿大西部的夏洛特皇后区为北北西方向，到阿留申岛弧几乎变为正西方向（原图为彩色图——译注）

1.1 1964年阿拉斯加地震

1964年3月28日发生的阿拉斯加MW9.2地震，是由于太平洋板块在位于阿拉斯加半岛处形成几乎垂直俯冲的地震带，从而引发了沿倾向双段型地震（Yomogidaet al，2011；Koyamaetal，2012）。地震断层宽达300km，长达500km（Layetal，1982）。像这种板块沿海沟轴垂向俯冲的说法，是与斜向俯冲相对应的，并不意味着板块相交时的夹角真正达到90度。在1964年阿拉斯加地震的震源区附近，MW7.0以上的前震活动不仅局限于美国地质调查局所记录的内容，除去后面将要提到的1957年安德烈亚诺夫群岛地震和1965年拉特岛地震的震源区域外，阿拉斯加地震发生后，其周边地区又发生5次大型地震（MW7.0以上）。其中公认最大的一次地震发生在1987年11月30日，震级为MW7.8（图3）。此次地震是由阿拉斯加海沟处的板块外侧隆起引起，发生在离海沟处略远的海中太平洋板块内部，震源机制解为具有正断层成分的走滑型地震。2012年11月3日，沿阿拉斯加半岛内部的迪纳利断层又发生了MW7.9的迪纳利地震。由此可见，这两次地震都是在1964年阿拉斯加地震后发生的，而且是发生在广扩震源区周边的重要大型地震。

从1964年阿拉斯加地震的断层滑动可知拉张轴（T轴）的方向为N24。W（Kanamori，1970）。由于当时的观测点数目很少，所以不期望这一结果能达到现在的观测精度，但也能看出T轴几乎趋近垂直于海沟轴。1987年地震机制解（图3）的T轴为N50。W。与阿拉斯加地震的滑动方向综合起来分析，可得出具有正断层成分的走滑型地震这一结论。

在发生该地震的太平洋板块处，呈南北走向的地球磁场线被沿东南、西北方向切断，形成可见的破碎带构造（Fowler，2005）。美国地质调查局给出的周边大型地震也呈南北带状分布①http：//pubs.usgs.gov/of/2010/1083/b/。这种具有正断层型成分的走滑型地震可能是板块交界处因大型地震的发生使得板块间耦合减弱，造成了俯冲板块在拉力的作用下（Kanamori，1972；ChristensenandRuff，1988）外侧隆起，从而引起了海洋地震。但是因板块外侧隆起引起的正断层型地震也可认为是因俯冲板块的变型引起的（Stauder，1968）。这一点会在后面重新讨论。

此外，也有人认为此类地震并不是超巨大地震的余震或诱发地震，而是俯冲板块内部分裂的结果。这一观点，在之后的2004年苏门答腊地震的研究项目中再一次被提出并讨论。本文中，板块外侧隆起周边区域的地震机制解是以俯冲拉力为主要因素的走滑型（Strike-slip）地震，还是正断层型（Dipslip）地震，要根据俯冲的海洋板块的构造性质来判断。因此，由地震规模来判断所列举的阿拉斯加地震后的最大余震中，1987年因板块外侧隆起引起的海洋地震（Ⅰ类）是具有正断层成分的走滑型地震。2002年的迪纳利地震与其规模相同，是沿阿拉斯加半岛内陆的迪纳利大断层发生的右旋走滑型地震。迪纳利断层从加拿大西端一直延伸到阿拉斯加半岛内部，呈西北—西—西南走向的巨大弧形。这个断层的产生，被认为是以加拿大西海岸的夏洛特皇后群岛右旋走滑断层为轮廓的太平洋板块东部区域的偏西角部分俯冲进阿拉斯拉半岛造成的②http：//www.aeic.alaska.edu/html-docs/faq.html。迪纳利地震到底是1964年阿拉斯加地震的诱发地震，还是周边应变蓄积所造成的呢？由于此次地震与1964年的阿拉斯拉地震相距久远，位于内陆，周围的地壳构造错综复杂，所以无法做出判断。

1.2 2004年苏门答腊地震

2004年12月26日，沿苏门答腊海槽，从苏门答腊半岛近海至尼科巴—安达曼群岛发生了MW9.3的超巨大地震。该地震的破坏区覆盖了震中附近的苏门达腊半岛近海的地震活动带，断层长达420km，宽达240km，破坏波及范围远至尼科巴—安达曼群岛附近的地震活动带，造成长达570km、宽达160km的破坏，整个地震造成的断层破坏长达1300km（Layetal，2005）。2012年4月11日，在苏门答腊岛近海的板块外侧隆起区域又发生了MW8.6的大地震。该地震同1987年的阿拉斯加近海地震一样，也具有正断层性质，是因板块外侧隆起而造成较远的印度—澳大利亚板块内部发生走滑型地震。目前，该地震连同2005年3月28日尼亚斯岛附近的MW8.6地震（在2004年震源区东南部造成与主震破坏方向相反的震源区扩大）一起，成为2004年苏门答腊—安达曼地震后，震源区周围发生的最大规模的地震（图4）。

在2004年苏门答腊—安达曼地震震源区附近的前震活动中，震级M1）达7.0以上的仅有1941年MW7.5和2002年MW7.3这两次地震。从主震前所包含小型地震活动来看，在产生初期破坏的苏门答腊岛近海的主震震源区附近，地震活动频繁；当断层破坏继续延伸形成极为细长的形状并终止于尼科巴—安达曼群岛周围，这里在主震发生前几乎没有地震活动（Layetal，2005）。前面已经提到过，主震震源区断层的长宽比为2: 1，当断层延伸到尼科巴—安达曼群岛附近时，其长宽比为3.5:1。后者显示出沿走向单段型地震活动的特征。此外，在主震震源区东南侧发生了2005年尼亚斯岛附近的最大余震，震级达MW8.6，但引发的海啸较小。这一现象通过观察同一地震的余震活动区域便可解释：该地震的断层破坏向俯冲带深处延伸，所引起的海底地壳变动不大，所以引发的海啸也较小。从谷岡·Gusman（2012）的图5来看，1907年的苏门答腊地震（Kanamorietal，2010）发生在2005年尼亚斯岛附近地震的靠海槽一侧，属于海啸地震。此外，在其东南方于2007年9月12日发生了明古鲁地震（MW8.4），之后又在附近沿海槽区于2010年10月25日发生了明打威海啸地震（MW7.8），这两次地震沿俯冲的倾角方向并行。这些现象表明，此区域的所有地震活动都是双重地震活动带作用下的沿倾向双段型地震活动。因此，2004年苏门答腊地震的震源附近的苏门答腊岛近海的地震活动带，被认为具有沿倾向双段型地震活动的特征，而当断层破坏延伸到尼科巴—安达曼群岛附近时，则被认作是沿走向单段型地震活动。在尼科巴—安达曼群岛周围，2004年苏门答腊地震的大型余震仅有两次，发生的时间分别是2009年8月10日和2010年6月12日（都为MW7.5），震级在MW7.6以上的重要地震没有发生过。

图4 实心圆表示1976年1月1日到2012年4月12日沿苏门答腊海沟发生的大型地震，这些地震的矩震级MW在6.9以上，深度小于61km。其中，重要地震如：2004年苏门答腊MW9.3地震、2005年MW8.6尼亚斯地震、2007年明古鲁MW8.5地震和最新的2012年4月11日苏门答腊近海MW8.6地震等，均用颜色来表示。全球矩心矩张量解与图3类似（原图为彩色图——译注）

在印度—澳大利亚板块倾斜俯冲的这一区域，以及在斜向俯冲的岛弧带，发生了与海沟轴几乎垂直的低角度位移的逆断层型地震（Layetal，2005；SteinandOkal，2007；小山·他，2012）。2012年4月地震的机制解为T轴朝向2004年苏门答腊地震滑移方向（西北方向）的具有正断层成分的走滑型。在这周围的印度—澳大利亚板块内，分布着为数众多几乎呈南北走向的古代海岭，与1987年阿拉斯加近海地震一样，其机制解被认为是先因2004年的超巨大地震造成板块间的耦合减弱，后因俯冲基岩张裂而形成了地震。也就是说，因2004年苏门答腊地震引起周围板块外侧隆起进而引发的2012年大型地震与1987年阿拉斯加近海的地震一样属于Ⅰ类地震活动，是具有正断层成分的走滑型地震。

图5 2011年日本东北近海特大逆冲地震之后发生的大型地震，以及迄今为止发生的两次最大的余震。其余部分与图3一致（原图为彩色图——译注）

最近Yue等（2012）和Royer（2012）认为：2012年4月的苏门答腊半岛近海的地震活动是由于印度板块和澳大利亚板块各自的传播速度不同所导致，也许并不是印度—澳大利亚板块已经开始分裂的证据。但是，不论1964年阿拉斯加地震的余震还是此次地震，两者都属于海岭或破碎带造成的复杂海洋板块内部的地震活动。这种复杂的板块构造代表着板块的分裂？还是复杂构造的脆弱性导致地震在此部位发生？这将在以后进行分析讨论。无论如何，由超巨大地震造成的板片拉张导致了与俯冲海洋板块内部构造关系密切的走滑型地震。

2005年的尼亚斯岛地震是2004年苏门答腊地震震源区直接向南扩展所造成的最大余震。这类因震源区域扩张而产生的余震活动，我们仍然按照惯例将其称作Ⅱ型地震活动。

1.3 2011年日本东北近海地震

2011年3月11日，在太平洋板块与相邻俯冲带接近垂直相交处，发生了震级达MW9.0的日本东北近海地震。该地震对几乎所有位于日本东北地区的太平洋近海的地震活动带都产生了连动破坏，形成了200km×500km的震源区。如图1所示，该地震为典型的沿倾向双段型地震活动。截止目前（2012年11月13日），大型的余震有两次，一次是在主震当日3月11日茨城县近海震级为MW7.7的余震，另一次是在宫城县近海的板块外侧隆起处发生的震级为MW7.5的余震。茨城县近海的余震是使余震震源区扩大的Ⅱ类地震活动。MW7.5的余震机制解为正断层型（图5）。后者的地震机制解和震源位置都与1933年的三陆海啸地震和地震发生时的模式非常相似，虽然说地震的规模相对要小得多，但也属于Ⅰ类地震活动。当然，1896年明治三陆海啸地震属于时间常数较长的慢地震（Kanamori，1972）。此次的2011年日本东北近海地震虽说也可能伴有缓慢断层破坏（参见Koperet al，2012），但最主要的还是发生在沿海沟槽的大型凹凸体的破坏（参见Koketsuetal，2011）。由此可见，2011年日本东北近海地震与1896年明治三陆海啸地震相比，发生的性质不同，规模也更大，但不能否定未来会因板块拉升而引发更大规模的正断层型的余震。若Kanamori（1972）所提出的观点是正确的，参考1964年阿拉斯加地震后的1987年阿拉斯加近海地震，那么至少在今后三十多年的时间里都要防备大型余震的发生。

三陆近海不仅仅发生了1896年的海啸地震，还发生了1793年的宽政地震（M8.0～8.4）、1611年庆长的海啸地震（M8.1）、869年贞观地震（M8.3）（图6），海啸造成的灾害极其严重。但是，在这些地震发生之后，迄今为止还未发现带来重大灾害的大型余震、板块外侧隆起导致的余震、以及因余震而引起的海啸。规模较小的地震和附近小规模的海啸在历史上都有记录，那么若发生大型灾害性地震或海啸，也一定会被记录下来。也就是说，1896年明治三陆地震后的1933年昭和三陆地震很可能是这一区域发生的具有特异性的板块外侧隆起地震，而2011年日本东北近海超巨大地震比以往的任何地震都要剧烈（图6），所以它的最大余震规模也应该非常大（Layetal，2011）。板块外侧隆起的详细地震活动调查和地壳变动观测方面的数据是我们非常需要的，但非常遗憾，无论是2011年震后余震观测装置还是震后开始筹划的常规性近海观测网的配备中，都不包含对板块外侧隆起的观测（日野，2012），其重要性还未被认知。最近新的观测计划（防災科学技術研究所，2013）才将此点纳入其中。

图6 利用海底测深法得到的日本东北近海地区的海啸源区草图。其中还给出了2011年日本东北近海巨大逆冲断层地震（hayashietal，2011）、1869年M8.3贞观海啸地震（Namegayaetal，2010）、1611年M8.1庆长地震（Hatori，2000）、1793年M8.0～8.4汗西地震（Hatori，2000）、1896年M8.6明治三陆海啸地震（Hatori，2000）和1933年M8.4昭和三陆地震（Hatori，2000）

图7 堪察加半岛附近的大型地震活动。图中标出了面波震级M和矩震级MW。据Johnson和Satake（1999）的图1修改结果

补充一下，1896年明治三陆地震两个月后，在内陆发生了震级为M7.2的陆羽地震。此外，1897年8月5日在釜石近海发生了震级为M7.7的地震，属于Ⅱ类的余震活动。我们来看2011年日本东北近海超巨大地震的一系列地震活动，在其震源区附近的内陆地区发生了2008年岩手—宫城内陆地震，震级为MW7.2。但是，在图6中所列举的重要地震发生前后，除了类似1804年象潟地震（M7.0）这种规模不大的灾害性地震外，并没有重要的内陆地区地震活动记录。

1.4 1952年堪察加地震

1952年11月4日堪察加地震的震级为MW8.8，从周围发生大型地震的余震区和海啸波及范围达630km×200km的波源区（JohnsonandSatake，1999）判断，该地震被认为是垂直于俯冲地震带的沿倾向双段型地震。1959年5月4日发生的震级为MW8.2的地震是主震震源区向东北方向延伸的Ⅱ类最大余震（图7）。板块外侧隆起的正断层型地震（较小型地震除外）只在1989年4月11日发生过一次，震级为MW6.7，此后再没有发生过重要的板块外侧隆起地震（MW＞7.5）。另外，堪察加半岛内也没有发生重要地震。只是1904年在主震震源区靠近内陆的一侧发生了两次震级分别为M8.3和8.1的地震。

按照Stauder（1968）的观点，假设板块外侧隆起的正断层型地震是俯冲板块变形导致，那么就会得出这样的结论：堪察加地震与阿拉斯加近海和日本东北近海的地震一样，也是因板块外侧隆起引起的大型正断层型地震。但是，1952年地震之后，该区域附近并没未观测到重要的正断层型地震。况且，阿拉斯加地震和苏门答腊—安达曼地震的最大余震都是具有正断层成分的走滑型地震，在海洋板块变形的地方并没有发生具有此类机制解的地震。因此，除小型地震外，Stauder（1968）提出的观点不能对板块外侧隆起的正断层型地震的所有观测事实进行说明。

2 沿走向单段型超巨大地震前后较长时间尺度的重要地震

2.1 1960年和2010年智利地震

2004年苏门答腊地震向尼科巴—安曼达群岛的延伸地震和1960年5月22日—2010年2月27日的智利地震（震级分别为MW9.3和MW8.8）的区别是前者俯冲带呈斜向俯冲，后者则是在板块垂直俯冲的地震带上发生的地震。1960年智利地震的断层破坏约为200km×800km（KanamoriandCiper，1974），2010年地震的断层破坏约为200km×500km（Hayers，2010）。尼科巴—安达曼群岛周围和智利近海的共同点是俯冲带狭长，海沟槽到陆地的距离不足100km。如图8所示，两次智利地震发生前都呈地震空区状态，未见重要地震活动（Kanamori，1981；Morenoetal，2010）。这些都被认为是沿走向单段型的地震活动的特征（Koyama etal，2012）。

1960年智利地震的余震中，1967年震级为M7.3的地震（从该地震的震源位置和机制解推断其为板块外侧隆起正断层型地震）被标示出来。该震级的数值由Engdahl和Villasenor（2001）给出，但出处却无从考证。Christensen和Ruff（1988）给出该地震的震级为Mb5.9。不管哪个数值是正确的，该余震都不属于震级超过MW7.5的重要地震。1975年5月10日震级为MW7.7的地震为1960年震源附近发生的Ⅱ类余震。2010年马乌莱地震中，在主震发生的当日即2月27日，又发生了震级为MW7.4的地震。该地震为板块外侧隆起的正断层型地震，属于Ⅰ类余震。但是，该地震是否就是最大余震呢？由于地震发生后经过的时间太短，所以现在还无法判断。强度第二大的余震发生在同年3月11日，震级为MW7.0，也为板块外侧隆起的正断层型地震（USGS，2012）。

无论如何，在尼科巴—安达曼群岛、智利海沟沿线的沿走向单段型大型地震中，甚至在被誉为地震观测史上最大规模的1960年智利地震中，除了1975年5月10日MW7.7（Ⅱ类）地震外，即使在震源区附近，也没有发生过MW7.5以上的因板块外侧隆起引起的重要余震。这证明，在沿走向单段型俯冲带所发生的超巨大地震的最大余震中，不会有震级在MW8以上的大型地震发生。

2.2 阿留申群岛的地震

图8 沿安第斯俯冲带的地震活动（原图为彩色图——译注）。从图上可以发现1960年前的稀疏地震活动、2010年大地震的空区和沿智利海沟的狭窄俯冲带，这些特征都是根据沿走向单段的地震活动得出的。震中是由Engdahl等（1998）使用1900年到1972年的数据进行重新定位的，并对1973年到2011年7月美国地质调查局国家地震信息中心的数据库进行了分析。数据来源于http：//earthquake.usgs.gov/ earthquakes/eqarchives/epic/epic-global

阿留申群岛与尼科巴—安达曼群岛一样，处在因大洋板块俯冲部位发生变化而形成的斜向俯冲地震带上。关于1957年3月9日安德里亚诺夫岛地震MW8.6（旧数据为MW9.1）余震区的延伸范围，不确定因素很多，但Lay等（1982）认为其断层破坏可达100km×900km。不论以哪个数据为准，可以肯定的是该地震断层为狭长形状。阿留申群岛的俯冲带也是从海沟槽至岛孤的距离为100km左右，呈狭长形状。Koyama等（2012）将1957年和1965年阿留申群岛拉特岛的地震活动归类为沿走向单段型地震。1957年地震中受到关注的地震活动有3次，震级在M7.0～M7.1之间，发生于1964年阿拉斯加地震之前。这些地震都发生在主震的余震区范围内。没有因板块外侧隆起而引发重要地震。只是这一区域在1986年5月7日发生了震级为MW7.9、1996年6月10日发生了震级为MW7.9的地震。这两次地震都是低角度逆断层型地震（USGS，2012）。这些地震被认为与1957年地震的机制解相同，属于1957年地震余震区域内发生在部分断层面上的重复性地震，即Ⅱ类地震活动。

这样看来，沿走向单段型的阿留申群岛超巨大地震中，MW8左右的大型余震即使在震源区扩大的范围内以及在板块外侧隆起的区域附近都没有发生过。这种情况在智利周围的俯冲带也同样存在，但是沿走向单段型地震活动中，从海沟槽到陆地俯冲带上的板块边界耦合区域与沿倾向双段型是一样的，在地震发生时，耦合区作为障碍体全部会产生破坏（Hayes，2010；Morenoetal，2010）。沿走向单段型地震活动中，因板块外侧隆起而引起的重要的正断层地震之所以很少，可能是因为板块俯冲时间短，即使板块边界的耦合区全部断裂而引发大地震，俯冲拉力产生的破坏也是有限的。当然，这一区域会有小规模的正断层地震发生，其原因可能是板块变形所致（Stauter，1968；ChristensenandRuff，1988）。

3 其他板块外侧隆起地震前后的地震活动

若将视点只放在板块外侧隆起的正断层型地震（M8以上），那么众所周知的有1929年阿留申群岛MW7.8地震、1933年三陆近海MW8.4地震、1977年松巴岛（印度尼西亚）MW8.3海啸地震、2007年千岛群岛东部近海MW8.1地震以及2009年萨摩亚岛近海MW8.1地震。有关这些地震的详细情况，可另择机会讨论，本文已对1896～1933年Ⅰ类地震活动进行过讨论了（Kanamori，1972）。2007年千岛群岛东部的海啸地震被认为是2006年11月15日千岛群岛地震（属于俯冲带逆断层地震，震级为MW8.3）的余震，这些地震都被归为Ⅰ类地震活动。但1929年阿留申地震、1977年松巴岛近海地震以及2009年萨摩亚岛地震，与Ⅰ类地震活动存在不同之处。

Kanamori（1972）指出：1929年板块外侧隆起正断层地震与1896～1933年的Ⅰ类地震活动不同，它与1946年俯冲带的海啸地震是相关的。为了方便，本文将与Ⅰ类地震发生顺序相反的地震活动称为Ⅲ类地震活动。由此可见，2009年萨摩亚正断层型地震也是该地震的延续，是发生于板块交界处的一系列活动，属于Ⅲ类地震活动（Layet al，2010）。1977年的松巴岛地震是孤立的板块外侧隆起的正断层型地震（Spence，1986；Gusmanetal，2010）。这次地震也发生在板块边交界处，可能与1929年地震一样，以后会成为Ⅲ类地震活动。但是，松巴岛海沟槽沿线与澳大利亚板块交界处的板块耦合很弱，俯冲带特有的板块间地震很少发生。因此，可以说板块拉力是此次板块外侧隆起正断层地震的原动力，也可以认为正是在板块拉力的作用下，使得板块耦合较弱的俯冲带发生了严重变形（Spence，1986）。

4 总结与讨论

本文所讨论的超巨大地震前后的地震活动，并非是指各个地震活动带和相邻的地震动带内的前震—主震—余震，以及震源区的应力集中缓冲等狭义上的理解，而是指在跨越了一定时间—空间的情况下，所引发的地震活动。这种观点并不是突发奇想。例如，Linde等（1994）报告称1992年兰德斯地震诱发了400km外的岩浆活动。此外，Mogi（1973）指出日本附近的大型地震发生时都先发生重要的深层地震。本文中罗列了众多地震活动，我们的目的并不是判断哪个余震是最大的，而是为了知道什么样的地震活动在发生时具备沿倾向双段/沿走向单段型的特征。此类知识的积累对于分析超巨大地震的机制解和了解这些地震活动是非常重要的。

在这里，我们将超巨大地震前后的重要地震按照沿倾向双段/沿走向单段进行分类，见表1。首先要注意的是，虽然有的地震造成了巨大灾害，但在超巨大地震之前，并没有重要大地震（MW＞7.5）发生。也就是说，沿走向单段型的超巨大地震中，无论在震源区还是在板块外侧隆起的情况下，都不会发生超过MW8的巨大余震。由此引申，沿倾向双段型的地震中，超过MW8的巨大余震会在震源域及其周边地区发生。若仅限于具有板块外侧隆起正断层成分的地震类型，则沿倾向双段型超巨大地震包括1933年型的俯冲板块断裂造成的断层破坏和2012年型的俯冲板块内部的走滑型断层破坏，其发生规模都远远超过MW8。只是，沿倾向双段地震类型中，也类似于1952年堪察加地震那样不存在重要板块外侧隆起的地震。若单纯地讨论沿倾向双段型地震活动的特征，那么就只剩下 “俯冲拉力的作用”这一点了。这也是从沿倾向双段/沿走向单段地震活动的本质出发揭示了问题的所在。所以我在这里再次重申，这将是我们以后研究的重点课题。

表1 巨大逆冲断层地震和伴随发生的重要地震（7.5级以上）及震级

板块交界处发生的大地震的最大余震一直被认为是在余震区或余震扩展的区域内发生的（宇津，2001）。但是，本文中所说的超巨大地震是指沿板块交界处发生大型地震的情况（Ⅱ类），以及在俯冲板块外侧隆起过程中诱发正断层型地震（Ⅰ类）的情况。至于俯冲带是斜向俯冲还是几近垂直俯冲，都无所谓。

历史上，在日本附近发生的最大地震是1707年的宝永地震，地震前周围的区域地震活动频发，但没有造成重大的地震灾害。记录到的余震情况仅有主震后第二天的强烈震感和1708年2月13日海啸级m=1程度的地震。在历史记录中，记录有1710年9月15日磐城周边发生M6.5、m=0程度的地震（渡辺，1998），由此可以推断，没有发生超过以上规模的大余震。这正如图1中所示，南海海沟槽为沿走向单段型地震活动的地区，与目前阐述的结论一致。若仅局限于内陆的地震活动，那么M7左右的三河地震发生过两次（1686年M7±1/4和1945年M6.8），且造成了一定的灾害，但能称为重要内陆地震的，只有1891年的浓尾地震，震级为M8.0。不管其是否发生在超巨大地震前后，从历史上看，只有这次浓尾地震和2002年迪纳利地震属于在俯冲带附近的上层陆地板块内发生的达到M≈8的地震。

我们通过地震活动的情况可以认为，在沿倾向双段/沿走向单段型地震活动带上的不同类型的板块间会发生超巨大地震。按照这一思路，若要观察超巨大地震发生前后的重要地震、灾害性地震，对下次可能发生的地震规模进行推测，就要通过地震空区、环状图、全球定位系统观测等手段对板块间的耦合区域、历史上的地震活动区域等进行广义的判断。但是，对于超巨大地震的发生过程，我们必须要了解大地震的规模以及地震活动带产生的一系列破坏情况，但可以不必了解破坏区域连动作用下的地震机制解。此外，日本东北近海板块外侧隆起很可能导致今后发生大规模的正断层型地震，但现在还没有有效的观测手段。对于板块间的巨大地震，在一般情况下可通过全球定位系统观测等手段发现板块间的强力耦合，但对于板块外侧隆起的正断层型地震来说，其板块间的耦合很弱，地震是在俯冲拉力的作用下产生的，因此可以设想到，在普通板块间发生巨大地震的周边区域，应该观测到完全相反的现象。

当然，这里所说的超巨大地震的发生场并非唯一的思考切入点。此外还有Tanioka等（1997）所指出的，三陆近海海沟轴沿线俯冲带的多样性。这种多样性也被指出存在于阿拉斯加—阿留申地震活动带（Freymueller etal，2008）。这也许是俯冲带的普遍特点（Kopp，2013）。

关于超巨大地震—连动型的断层破坏的发生机制解，目前还没有明确的答案。有研究指出可以从日本东北近海板块交界处长达1000年应变积累导致同一地域反复发生海啸地震的事实中得到一些启示（Tsuzukiand Koyama，2013）。但是，即使无法说明其成因，超巨大地震还是在这个世界上客观地发生了。目前，我们只是强调按照板块的俯冲方向将地震活动分成沿倾向双段/沿走向单段类型，但不能仅限于这种简单的二元理论，对于富于横向变化的俯冲带的理解（Haririetal，2013），也是我们同样要寻求的答案。若仅探讨日本东北近海的板块外侧隆起地震，由于俯冲拉张是其原动力，那么通过陆地上或海底的全球定位系统对板块间的耦合和非耦合进行监视是非重要的。如果关注北海道近海的沿倾向双段型或南海海沟槽的沿走向单段型地震的话，那么加强联合监测是很有必要的。这是因为无论是从假说验证要有明确的视点方面考虑，还是从地震和海啸防灾方面出发，我们都要对地震学进行充分的考量。

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译自：地震.2014.66（4）：83-95

贾东旭，女，汉族，1979年生，辽宁本溪人，吉林大学研究生。研究方向为地球物理应用，主要从事地震监测工作。E-mail：jiaru-0521@163.com。

10.4294/zisin.66.83

原题：超巨大地震発生前後の顕著な地震活動（辽宁省地震局本溪地震台贾东旭译；白玲校）