日本南海海沟地震灾害预测概述*

杨　锐　李　纲　龙海云※

1) 河北省地震局，石家庄050021

2) 中国地震台网中心，北京100045



学术论文

日本南海海沟地震灾害预测概述*

杨锐1)李纲2)龙海云2)※

1) 河北省地震局，石家庄050021

2) 中国地震台网中心，北京100045

摘要以日本南海海沟地震为例，介绍了日本对该次地震发生概率的研究，展示了日本南海海沟地震引发的地震动灾害、海啸灾害及其他方面灾害评估的方法和结果，为合理应对日本南海海沟地震以达到防震减灾目的奠定了基础。

关键词地震; 灾害预测; 日本

引言

地震调查研究推进本部[1]是日本文部科学省的一个特别部门，该部门于1995年7月成立，主要承担地震调查研究，以减轻地震灾害为目标，通过设置相关政策委员会、地震调查委员会等，召集各地震学相关领域的专家，举办地震调查研讨会，为中央防灾会议提供最具权威的调查结论。

地震调查委员会负责日本国内各地震危险区的研究，对各地震危险区的地震发生概率进行统一发布。2011年东日本大地震后，委员会开始对现行的地震评估方法进行全面的改进完善，目前还未最终完成。利用最新的调查研究结果对该次地震的评估方法进行修改，并对以往的评估结果加以完善。

1南海海沟地震发生概率的研究

通过对地层结构的解析，南海海沟震源区域的地震带可分为5部分(图1)[2]，A(土佐湾海域)、B(纪伊水道海域)、C(熊野滩海域)、D(远州滩海域)、E(骏河湾海域)，每两个地震带间都存在不易产生滑动的凹凸体(asperity)*凹凸体(asperity)：相邻板块间存在两种区域，一种是产生均匀滑动的“稳定滑动区”，另一种是由于压力造成板块互相紧密连接，处于难以滑动的“凹凸体”。asperity所指的就是凹凸体，在这种区域内如果板块发生倾斜会使板块间压力累计，当压力超过板块的承受能力时应力大量释放将产生板块巨大滑动，从而导致板块间地震的发生。。纪伊半岛海域又分为东西两部分，西侧与南海地震震源区域(A、B)相邻，东侧从纪伊半岛海域到远州滩海域横跨东南海地震震源区域(C、D)，从远州滩海域到骏河湾海域属于东海地震震源区域(E)。

从历史地震记录可见，南海海沟地震区域曾多次同时或在很短间隔内发生东海、东南海、南海连锁大地震，每次地震都涉及到多个区域，还未出现过上述区域单独发生强震的实例[3]，地震造成的破坏范围广，破坏力强，强震发生后都会引发巨型海啸，火山爆发等次生灾害。通过地层结构和海啸沉积物的调查可以更充分的验证。对土佐湾海域沿岸3处湖泊的调查发现，这些湖泊均受到历史南海海沟地震的影响，属于沉降地层区域，在不断下沉的过程中，保留了连续的海啸沉积物。通过对大分县佐伯市龙神湖中的海啸沉积物的解析，发现该地区过去3500年间发生过8次海啸事件，平均周期300～700年。高知县须崎市正池湖地区从公元前3000年到公元700年的3700年间发生过14次海啸事件，平均周期200～500年。唯一一处没有受到1707年宝永地震、1854年安政东海地震、1944年昭和东南海地震影响的德岛县阿南市蒲生田大湖地区在过去3500年间唯一一次记录海啸发生的时间在2000年前[4]。无论从历史记录还是地层沉积物调查都可以看出，该区域大地震的发生具有明显的周期性，也为计算地震发生概率提供了相应的依据。

图1　东海地震、东南海地震、南海地震发生历史年表

本文涉及到的各类地震概率都是按地区对地震的危险性进行评价，以一段期间内最大地震级别的发生概率为主，这种描述方式对地震危险性可以有比较直观的认识(表1和表2)。

从表1可见，南海海沟各地震带的地震类型均为板块型地震，通过历史地震和断层规模的分析得到相应地区最大震级规模，并根据该地区固有地震周期和前次地震发生时间得出一段期间内地震再次发生的概率值。由于地震研究手段的不断丰富，以及古地层、地质研究的发展，原先没有划入南海海沟地震危险区的东海地震带被划归到研究对象中，该危险区距上次地震的间隔已超出地震的复发周期[5]，所以东海地区发生地震的概率最高，接近90%的数值意味着地震有可能随时发生。

通过进一步对南海海沟地震的关联性研究，地震调查研究推进本部在2013年公布了南海海沟地震的整体预测结果(表2)，即未来30年南海海沟地震发生的概率为60～70%，50年内的概率为90%。根据这项结果，日本内阁府中央防灾会议设置了“东南海南海地震专门调查委员会”，对可能发生的大地震以及巨型海啸进行了研究分析，得到的结论是南海海沟区域每100～200年都会发生一次大规模地震[4]。

表1　地震调查研究推进本部对南海海沟各地震带发生地震概率的分析[6]

表2　地震调查研究推进本部对南海海沟地震发生概率的分析[7]

根据高知县室津港周边的地质调查和基于历史地震发生间隔的时间预测模型推算[8]，下次南海海沟地震带发生地震的规模为M8～9，最严重的情况是东海、东南海、南海地震短时间内接连发生，震级最大将超过M9[9]。在如此大的破坏力影响下，不仅在南海海沟区域，有可能会波及到琉球海沟，造成全长1000 km以上的断层破裂，M9规模的连锁性地震，甚至M9规模的两次超大地震发生的可能性都存在[10]。

2南海海沟地震的灾害评估

震前灾害评估相当重要，首先根据地震类型判断灾害发生的种类。在此基础上制定地震对策纲要、地震防灾战略、应急对策要领等国家层面的方针政策，来推进防震减灾工作。其次通过灾害进行整体评估，明确各相关灾害的具体规模，不仅可以作为各地区具体实施救援方案的参考依据，也可通过防灾教育和宣传使民众直观了解地震灾害的破坏程度，提高国民的防震减灾意识[11]。对于南海海沟地震来说，地震和海啸灾害是进行灾害评估的主要对象。

2.1地震动灾害评估

对南海海沟地震来说，利用中央防灾会议制定的强震断层模型(2003)，结合2011年东日本大地震的经验教训及世界其他地区发生巨大地震的特征，将强震动区域分为4种情况，分别为基本区域、东侧强震动区域、西侧强震动区域、陆地近海强震动区域，并针对每种情况分别进行了250 m2单位面积的烈度计算(图2)。当网格的计算结果出现偏差时，使用烈度衰减经验公式结果进行补充[12]。

以上4种情况中，基本区域是根据地震调查研究推进本部的研究结果所划定的区域范围(图2a)； 东侧强震动区域是将强震动发生范围向东侧偏移，即东海地震震源区域为地震主要灾害区域(图2b)； 西侧强震动区域是将强震动发生范围向西侧偏移，即南海地震震源区域为地震主要灾害区域(图2c)； 陆地近海强震动区域是将强震动发生范围设定为板块边界区域，即陆地近海区域为地震主要灾害区域(图2d)。

2.2海啸灾害评估

鉴于该区域内巨大地震发生后均伴有海啸灾害的发生[13]，需要对于海啸到达海岸时海面的高度及海水侵袭陆地的范围做出评估。2011年东日本大地震前使用的海啸断层模型未能反映真实地层结构[14]，导致对震前灾害评估结果偏低，而实际海啸造成的破坏极其严重。吸取以往经验教训，利用海岸线10 m2单位面积的微地形数据，将评估模型设定为巨大地震MW9时引发的海啸[15]。通过计算矩震级MW8以上的大海啸地震中海啸断层的平均应力下降量，得到2.2 MPa的平均值，中央防灾会议通过计算包含矩震级MW8以下海啸地震的结果，将南海海沟地震带的平均应力下降量设定为3.0 MPa[15]。根据断层滑动位移的衰减公式可以得到不同区域海啸到达海岸时海面的高度(图3)，海水侵袭陆地的范围和漫过地面水深的结果。海啸评估的分类也是按照不同强震动区域，根据断层滑动的位错量不同分为一般滑动区域、大型滑动区域和超大型滑动区域。大型滑动区域是指发生海啸断层平均错动位移2倍以上的滑动区域，一般来说该区域占全部断层滑动区域的20%； 而超大型滑动区域是指平均错动位移4倍以上的滑动区域，2011年东日本大地震中超大型滑动区域占总体滑动面积的5%[16]。

(a)基本区域； (b)东侧强震动区域； (c)西侧强震动区域； (d)陆地近海强震动区域

图3是对于大型滑动区域和超大型滑动区域在同一区域内的情况下进行评估的结果。从评估结果可以看出，指定为滑动区域的海啸高度比南海海沟地震带中一般滑动地区要高，特别是，海岸没有设置防护堤的区域和预测海啸高度超过设置防护堤的区域，要特别加强海啸灾害的防范意识，一旦地震引发海啸生成，这些区域将成为海啸破坏的重灾区。一些没有被指定为大型滑动区域或超大型滑动区域的地区，例如东京都所属太平洋岛屿、纪伊半岛、四国以及九州区域等，由于当地地理条件和断层位错量等因素影响，也出现海啸高度偏高的趋势，也需要引起充分的注意。

2.3其他灾害评估

根据地震动和海啸灾害评估结果进一步对建筑物破坏、人员伤亡状况、重要设施等破坏情况以及经济损失进行整体评估。在具体灾害评估的过程中，明确考虑了地震发生时的条件。根据季节、发生时间、天气条件等因素设定了6种条件[17](表3)。

(a) 骏河湾—纪伊半岛海域； (b)纪伊半岛海域； (c)骏河湾—四国海域； (d)四国海域；(e) 四国海域—九州海域。这些区域分别被指定为“大型或超大型滑动区域”

表3　地震灾害评估设置条件

对于各类灾害的评估方法，以建筑物为主要灾害评估对象，使用了以往的评估算法，并将近年主要地震中得到的最新数据反映到各类建筑的破坏率中，根据不同类型建筑的总数量得到建筑物的受灾数量，其中不同建筑年代的建筑破坏率不同，不同地层液化程度对地层下降程度和建筑物倒塌率影响等细微因素也被考虑在内[18]。居民在冬季深夜的条件下，在家的可能性要远远高于夏天正午时间，因此计算建筑物造成人员伤亡数量时，需要按照不同条件下对造成的人员伤亡数分别进行评估。另外，地震如果发生在冬季深夜时，由于需要避难时间更长，如果有海啸灾害发生这种条件下造成伤亡人员更多[18]。对于海啸避难开始的时刻和海啸到达陆地在时间上的关系，建立了新的模型用于评估处理。根据以上方法得到的主要评估结果如下[19]：

(1) 由于地震动造成的建筑物倒塌：地震发生在基本区域内62.7万栋，地震发生在陆地近海强震动区域内134.6万栋。

(2) 地层液化造成的建筑物倒塌：地震发生在基本区域内11.5万栋，地震发生在陆地近海强震动区域内13.4万栋。

(3) 由于火灾发生造成建筑物烧毁：按照发生时间和气候条件(风速)不同，冬季、深夜、平均风速条件下相对较少，而冬季、傍晚、强风条件下最多。例：东海地区，地震发生在基本区域冬季、深夜、平均风速条件下建筑物烧毁5万栋，而冬季、傍晚、强风条件下建筑物烧毁31万栋。

由于地层结构、人口分布、建筑物等基础信息的不同，不同区域的评估灾害结果也不相同，总结了不同区域的主要灾害评估结果[20](表4)。

为了掌握南海海沟地震时破坏的全貌，尽可能细致了解各类灾害情况，首先将整体灾害分为各类相关设施等的损失和经济损失两方面，在此基础上对可以定量分析的灾害情况分别进行了灾害评估。评估方法仍以地震和海啸灾害为对象，其中地震动中选取基本区域(图2a)和陆地近海强震动区域(图2d)，海啸中选取骏河湾—纪伊半岛海域(图3a)、骏河湾—四国海域(图3c)、四国海域(图3d)和四国海域—九州海域(图3e)这4种情况进行重点分析[21]。季节和气候条件不再逐一进行评估，只选取具有代表意义的情况，例如基本区域内的评估选取“冬季、深夜、平均风速”条件，而陆地近海强震动区域内的评估选取“冬季、傍晚、强风”作为评估条件。评估项目包括生命线工程(断水户数、产生污水户数、停电户数、通讯中断户数、天然气中断户数等)、交通设施(公路、铁道、港湾、机场的受灾个数等)、对生活的影响(疏散人数、外出被困人数、物资短缺数、医疗资源短缺数等)、其他方面(灾害废物处理量、电梯被困人数、道路拥堵率、重要设施受灾个数、历史文化遗迹保护单位受灾个数、交通中断导致孤立村落数等)[21]。各类相关设施等的损失评估结果详细参照表5～表8[22]。

表4　南海海沟地震不同区域的主要灾害评估结果

对于经济损失计算方法与各类相关设施等的损失计算方法相同。对于固定资产的受灾状况，以恢复到地震发生前的水平所需要的费用为准。生产活动以地震发生后1年内的减少量作为计算标准。交通中断时需要累积交通迂回的成本等。综合以上这些影响得到了经济损失的总额[23](表9)。

表5　南海海沟地震中生命线工程损失详细参照表

注：手机用户由于发震后用户集中使用，造成大部分手机通信中断； 由于电力供给中断，发震1天后电波中转局停止率达到最高值； 互联网连接服务由于住宅电话服务的影响，会出现服务中断的区域。

表6　南海海沟地震中交通设施损毁详细参照表

表7　南海海沟地震中对民众生活的影响

表8　南海海沟地震在其他方面的情况

以上这些定量数据是结合1995年阪神大地震和2011年东日本大地震的受灾状况进行估算的。各种灾害的评估手法仍有部分不尽完善，因此，得到的评估结果仅为参考数据，随着东日本大地震中受灾状况不断明细化，对于南海海沟地震灾害评估方法也将随之改进和提高。

表9　南海海沟地震经济损失估算额度(单位：亿美元)

3结束语

东海地震带的平静时间已经大大超越了该地区的复发周期，一旦该区域发生地震很有可能造成南海海沟区域连锁地震的发生。做一个大胆的假设，原本已经临近发震边缘的东海地震由于受到2011年东日本大地震的影响，使即将滑动的东海地震板块间暂时处于更紧密的状态，也就造成直到今日东海地震仍没有按预期周期发生，但是凹凸体(asperity)的暂时出现将会导致该区域内应力持续增加，当积累到一定程度时，再次超越整体板块的承受能力时，将造成前所未有的应力释放，南海海沟巨大地震将就此发生。

面对南海海沟巨大地震随时都有可能发生的状况，避免2011年东日本大地震的教训再次发生，就需要在地震发生前掌握地震灾害的全貌，明确各类灾害造成损失的定量数据，用于制定相应的灾害对策方针。从减少人员伤亡到降低财产损失，在实现减少地震灾害的同时，尽可能为灾害后重建赢得宝贵的时间。南海海沟地震的灾害评估结果非常触目惊心，但是，只有将真实的评估结果告知民众，才能让民众意识到灾害的危险性和紧迫性，全民在地震中按照既定的方式方法应对地震灾害，才有可能达到防震减灾的目的。

参 考 文 献

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[19] 内阁府. 南海トラフ巨大地震の被害想定について(第二次報告)～被害の様相 ～. http:∥www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku_wg/pdf/20130318_shiryo2_1.pdf，2013

[20] 内阁府. 南海トラフ巨大地震の被害想定について(第一次報告). http:∥www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku/pdf/20120829_higai.pdf，2012

[21] 内阁府. 南海トラフ巨大地震の被害想定項目及び手法の概要 ～ライフライン被害、交通施設被害、被害額など～. http:∥www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku_wg/pdf/20130318_shiryo4.pdf，2013

[22] 内阁府. 南海トラフ巨大地震の被害想定について(第二次報告) ～ 施設等の被害 ～. http:∥www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku_wg/pdf/20130318_shiryo2_2.pdf，2013

[23] 内阁府. 南海トラフ巨大地震の被害想定について(第二次報告) ～経済的な被害～. http:∥www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku_wg/pdf/20130318_shiryo3.pdf，2013

Overview of Japan Nankai Trough earthquake disaster prediction

Yang Rui1), Li Gang2), Long Haiyun2)

1) Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China

2) China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

AbstractTake the South China Sea of Japan Trench earthquake as an example，research on the probability of occurrence of the earthquake conducted by Japanese are introduced in this paper. Hazard assessment methods and results on earthquake disaster，tsunami disaster and other aspects of the hazard are shown. This laid the foundation to response to the earthquake in Japan Trench in the South China Sea.

Keywordsearthquake; disaster prediction; Japan

* 收稿日期：2016-04-06； 采用日期：2016-05-05。

基金项目：河北省地震科技星火计划项目(项目编号：DZ20160407040)和中国地震局测震台网青年骨干培养专项(项目编号：20160504)资助。

中图分类号：P315.75；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.06.003

※通讯作者：龙海云，e-mail: longhaiyun@seis.ac.cn。