中南阿拉斯加地震特征分析

大卫·卡尔·施耐德 著；戴长雷，杨朝晖 译

(1.阿拉斯加大学安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

中南阿拉斯加地震特征分析

大卫·卡尔·施耐德1著；戴长雷2,3，杨朝晖1译

(1.阿拉斯加大学安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

地震对当地地质地貌的塑造具有很大的作用，通过研究阿拉斯加中南部的地震特征有助于进一步了解中南阿拉斯加的地质构造。在梳理重要地震及其相关知识的前提下，对阿拉斯加中南部地区的地震特征进行了分析。指出：①中南阿拉斯加的地震频繁且常常能量巨大，太平洋板块俯冲及其向形成阿拉斯加南部的地体上施加的压力是促成中南阿拉斯加发生地震的原因；②发生在1964年的美好星期五大地震的震中位于威廉王子湾北部的阿奈奎克湾东岸的地下，瓦尔迪兹以西大约40英里的地方，地面大约12英里以下的浅源区，这次地震的震级为里氏9.2级。在这次大地震中，不同的位置发生了不同的沉降和隆升，这种规模的地震在中南阿拉斯加平均大约每600～950 a会发生一次；③德奈利断层是个平移断层，断层的一盘相对于另一盘做平移移动。发生在2002年的德奈利断层大地震记录到的震级为里氏7.9级，在门塔斯塔湖和帕克森之间的断层附近，地面水平位移达到最大，为29英尺。此次地震只发生在3英里多一点的深度，是北美洲对地面破坏最严重的地震，这种规模的地震再经过600 a的扭力积聚后还会发生。

地震；震级；震中；断层；地质；中南阿拉斯加

1 区域地震特征

阿拉斯加已经成为地震的同义词。尽管中南阿拉斯加的地震真的很频繁且常常能量巨大，但是一般不如在加利福尼亚这样人口更为密集的地方发生的地震更有破坏性。

阿拉斯加的地震频度是令人震惊的。尽管只占了地球表面积1%的三分之一，但是阿拉斯加的地震却整整占了世界地震的11%，占源自美国的地震的一半以上。在阿拉斯加，平均每年都会发生一次7级地震，每14 a就会发生一起8级以上的地震。

太平洋板块俯冲及其向形成阿拉斯加南部的地体上施加的压力是促成中南阿拉斯加地震的原因。由于组成地壳的岩体是有弹性的固体，所以当它们承受压力时不能够流动。取而代之的是，这些岩体受压后首先弯曲，然后，在累积压力的作用下，通常在沿着地质断层的某个薄弱点倒塌，同时，不易弯曲的基岩产生一个巨大的颤抖，并通过地面传播一种波动，这种波动就是我们所能感知到的地震。这种地震产生的过程被称为弹性回跳。由于太平洋板块向西北方向移动，即使它每年只移动几英寸，但是这一过程仍然会释放出巨大的能量，主要是以小中型地震的形式，偶尔也以大型地震的形式。

由于与阿留申大型逆冲断层邻近，所以稀疏居人的阿留申群岛承受了阿拉斯加地震的主要冲力。但是由于阿留申大型逆冲断层曲向阿拉斯加海湾，基本抵达威廉王子湾，所以中南阿拉斯加也发生了许多地震。中南阿拉斯加另外有两个重要的地震源，一是由于亚库塔特地体向阿拉斯加猛烈撞击而在圣伊莱亚斯山附近形成的断层带，二是沿着中南阿拉斯加北部边缘的德奈利断层带[1]。

阿拉斯加地震几乎无破坏的主要原因是在这些易发地震的地区几乎无人居住。另外一个原因就是许多阿拉斯加地震的震源是在超过45英里深的太平洋板块俯冲部分上。地震的震动强度随着距离迅速变小。由于能量在到达地表之前会有些消散，所以在阿拉斯加，一次深源地震较之于沿着像加利福尼亚平移断层这样的浅源地震，对地表的危害要小一些。

地震会以地震波的形式在岩土中传播。一次地震能够产生的最快的波，也是最先能被感知的波，称为P波，它是一种纵波(像声波一样)。同是还会产生一种较慢的、前后晃动(想像一下晃绳子)的S波。最慢的波是在近地表处传播的表面波。P波可以感知为最初的剧烈颤动，接着就是由S波引起的平滑一些的摇晃，再接下来S波与表面波的滚动叠合到一起。S波与表面波的破坏性要比P波大。

地震有两种度量方法。第一种是里氏震级，用以标识释放能量的数量或量级。里氏震级是基于一种量测地面波动幅度的地震仪的波动来划定的。它是一种对数级别，也就是说，6.0级的地震所产生的振动幅度是5.0级地震所产生的振动幅度的10倍。2.0级的地震很难引起注意，而一场9.0级的地震则会在世界范围内引起关注。第二种标识地震程度的单位是麦氏震级，它是用来标识某地震动的强度。震动的强度一般会随着与震中距离的增加而变小，但是下伏岩土的特性也会对震动的强度产生影响。其他条件相同时，具有厚层软土的地区会比直接位于基岩上的地区经历更强的震动。麦氏震级用罗马数字Ⅰ-Ⅻ来标识，Ⅰ级地震任何人都感受不到，而Ⅻ地震则标识着彻底的破坏。

中南阿拉斯加已经经历数次有记录的大地震。其中，特别引人注目的就是发生在1964年3月27日的大地震和发生在2002年11月3日的大地震(图1)。

图1 阿拉斯加历史上大地震

2 发生在1964年的美好星期五大地震

1964年3月27日，世界上仪器记录到的第二大的地震将中南阿拉斯加摇动了长达5 min以上，有些人的生命在这次摇动中永远定格。这一地区每年会发生好几次里氏5.2级的地震，而这次地震的震级为里氏9.2级，其所释放的能量达5.2级地震的一百万倍[2]。

这次地震的震中位于威廉王子湾北部的阿奈奎克湾(Unakwik Inlet)东岸的地下，瓦尔迪兹以西大约40英里的地方，地面大约12英里以下的浅源区。从科尔多瓦到科迪亚克400英里长的区域上遭受了数十次余震。

此次地震最明显的后果就是改变了中南阿拉斯加震区的地面高程，好像整个震区被悬在了一个巨大的铰链上一样。这个巨大的铰链大约沿着楚加奇地体和威廉王子湾地体的边界放置。在这一巨大的铰链两边，中南阿拉斯加则分别沿着隆升轴线和沉降轴线发生了弯曲变形。一方面，铰链西北部地区的地面沉降了7.5英尺(科迪亚克岛)，另一方面，铰链东南部地区的地面则隆升了33英尺(蒙塔古岛)(图2)。除了这些垂向变化之外，沿海地区的地面还发生了水平位移。威廉王子湾的拉图什岛周围地面的水平位移最大，该处的地面向东南方向大约移动了60英尺[3]。

在这次大地震中，中南阿拉斯加好似被装上了一个巨大的铰链一样，不同的位置发生了不同方式的变化。自科恩台科特断层(地质枢纽)向西北方向的那些地区发生了沉降。而自科恩台科特断层(地质枢纽)向东南方向的那些地区则发生了隆升。阿拉斯加的其他地区尽管没有发生地面永久变形，但是都感受到了地震的震动波。图2 1964年阿拉斯加大地震中的隆升区和沉降区

地震可能以好多种方式破坏震区。一些最严重的破坏是由大型的海洋波浪造成的。这些大波浪有两个来源。一是沿着海岸的海底隆升。隆升所造成的海啸波涛袭击了科迪亚克、西沃德、瓦尔迪兹、彻尼噶(Chenega)和科尔多瓦。在某些地方这波涛涌起30多英尺高的浪头，将船坞、船体和房屋一扫而光。一个海啸传过大半个太平洋，在加利福尼亚和俄勒冈造成16人死亡。海底的滑坡会造成另一种更为局部的波涛。这种起源的海浪会将诸如西沃德和瓦尔迪兹这样的城镇的海滩完全破坏掉。瓦尔迪兹港的波涛达到170英尺的高度，而另一个90英尺高的波涛则几乎灭绝了威廉王子湾的彻尼噶(Chenega)，造成当地三分之一居民的死亡。

库克湾沿岸的绝大多数破坏是由区域沉降翘曲与诸如淤泥、砂砾等非固结沉积物位移而造成的。波特治镇至少沉降了6英尺，沉降到潮汐带以内，面临被废弃的命运。今天沿着西沃德公路还可以看到一些荒弃的房屋。荷马沙嘴沉降了4～6英尺。库克湾滨海地区的沉降使相对于陆地的高潮水位升高，并经年累月增加了悬崖侵蚀。沿着海岸仍可看到由死树组成的幽灵森林。

由于大部分滨海地区是由砂砾(冰川和河流来源)及其下伏的细砂/黏土(在从前的海相或河口相环境下沉积的)饱水层组成，所以安克雷奇遭受到严重的破坏。地震的晃动造成了细粒物质的液化。这些液化了的地层携带着上覆的更为稳定的地层向山下滑动。这就摧毁了大船沟悬崖和克尼克湾沿岸的许多建筑物，并且削弱了坦纳根大厦(Turnagain Heights)下临海的海滨悬崖的重要性。在今天的地震公园还可以看到作为这些巨大的滑坡残留物的歪歪斜斜的树木和遭到破坏的黏土丘。

总之，环太平洋地区的131人在此次地震中丧命。估计经济损失3～4亿美元(1964年时价)。地质学家对坦纳根湾(再回头湾)和阿拉斯加海湾中的米德尔顿岛过去的地震记录进行了分析，初步推断，这种规模的地震在中南阿拉斯加平均大约每600～950 a会发生一次[4]。

3 发生在2002年的德奈利断层大地震

2002年11月3日的下午，伴随着地震接近亚音速的轰隆隆声(是的，这种声音是可以听到的，但是隐隐约约听不清楚)。桌台上的计算机开始发出嘎吱嘎吱的声音。但是，这次晃动的持续时间要比平时感受到的晃动长得多，如果在安克雷奇居住的时间足够长，就会很容易说清楚什么时候是一场“真正”的地震袭击了我们，而不是每年可以感受到无数次的标准的震动。尽管地震的位置要比预想的远得多，但是一场级别很大的地震实际上已经发生了。地震没有发生在所预想的威廉王子湾或者库克湾一带，而是发生在175英里以外坎特韦尔和帕松森之间的德奈利断层带上。

德奈利断层地震记录到的震级为里氏7.9级。不幸中万幸的是，地震发生在一个人烟稀少的地区，地震中无人死亡，仅有数人受伤。这一地区受的主要损坏体现在几个人造工程上。道路被撕裂，跑道因土壤液化而损坏，小屋变的歪歪扭扭。幸运的是，阿拉斯加输油管线表现得确如它设计的那样。管线只是在水平横梁上前后滑动，而没有断裂并造成环境与生态大灾难。自阿拉斯加山脉诸山体上倾倒而下的大量滑坡体在下面的冰川上掩埋了一层清晰可见的岩土体。能量巨大的地震表面波甚至搅动了路易斯安那州的港口的海水。

地面自震中以大约2 m/s的速度向东断裂了185英里，这一延展速度为子弹速度的数倍。在门塔斯塔湖和帕克森之间的断层附近，地面水平位移达到最大，为29英尺(图3)。

德奈利断层是个平移断层，断层的一盘相对于另一盘做平移移动。在此情况下，中南阿拉斯加相对于位于断层北部的阿拉斯加内陆地区在缓慢地以逆时针方向转动。尽管沿着这种平移断层发生的地震通常比发生在俯冲断层地区的地震规模要小，但是前者较后者震源更浅，因此也会对地表面造成更多的破坏。与1964年地震发生在大约12英里的深度相比，此次地震只发生在3英里多一点的深度。尽管1857年曾在加利福尼亚南部发生过7.9级地震，但是，此次地震仍然是北美洲对地面破坏最严重的地震。1912年曾在这一断层带发生过7.2级地震。证据表明，这种规模的地震再经过600 a的扭力积聚后还会发生。

4 结 论

中南阿拉斯加的地震频繁且常常能量巨大，太平洋板块俯冲及其向形成阿拉斯加南部的地体上施加的压力是促成中南阿拉斯加发生地震的原因。

中南阿拉斯加有两个重要的地震源，一是由于亚库塔特地体向阿拉斯加猛烈撞击而在圣伊莱亚斯山附近形成的断层带，二是沿着中南阿拉斯加北部边缘的德奈利断层带。

震级达里氏7.9级、发生于2002年11月3日的德奈利断层地震使阿拉斯加内陆地区和中南部地区绝大部分地方都感觉到了震动，就在10 d前发生的接近6.7级的地震似乎与之有关。地面位移最大量达到29英尺，发生在门塔斯塔附近。图3 2002年德奈利断层地震

中南阿拉斯加已经经历数次有记录的大地震。其中，特别引人注目的就是发生在1964年3月27日的大地震和发生在2002年11月3日的大地震。

发生在1964年的美好星期五大地震的震中位于威廉王子湾北部的阿奈奎克湾东岸的地下，瓦尔迪兹以西大约40英里的地方，地面大约12英里以下的浅源区，这次地震的震级为里氏9.2级。此次地震可能以好多种方式破坏震区。一些最严重的破坏是由大型的海洋波浪造成的；库克湾沿岸的绝大多数破坏是由区域沉降翘曲与诸如淤泥、砂砾等非固结沉积物位移而造成的；部分滨海地区的破坏是由于地震的晃动使砂砾及其下伏的细砂/黏土饱水层等细粒物质液化后携带着上覆的更为稳定的地层向山下滑动造成的。在这次大地震中，不同的位置发生了不同方式的变化。自科恩台科特断层(地质枢纽)向西北方向的那些地区发生了沉降。而自科恩台科特断层(地质枢纽)向东南方向的那些地区则发生了隆升。阿拉斯加的其他地区尽管没有发生地面永久变形，但是都感受到了地震的震动波。初步推断，这种规模的地震在中南阿拉斯加平均大约每600～950 a会发生一次。

德奈利断层是个平移断层，断层的一盘相对于另一盘做平移移动。发生在2002年的德奈利断层大地震记录到的震级为里氏7.9级，发生在一个人烟稀少的地区。地面自震中以大约2 m/s的速度向东断裂了185英里，在门塔斯塔湖和帕克森之间的断层附近，地面水平位移达到最大，为29英尺。此次地震只发生在3英里多一点的深度，是北美洲对地面破坏最严重的地震。证据表明，这种规模的地震再经过600 a的扭力积聚后还会发生。

[1] Combellick R A. Paleoseismicity of the Cook Inlet Region, Alaska: Evidence from Peat Stratigraphy in Turnagai and Knik Arms[R]. Fairbanks: Division of Geological and Geophysical Surveys, 1991.

[2] Grantz, Arthur, Plafker, et al. Alaska’s Good Friday Earthquake March 7, 1964: A Preliminary Geologic Evaluation[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1964.

[3] Plafker, George. Tectonics of the March 27, 1964 Alaska Earthquake[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1969.

[4] Stanley, Kirk W. Effects of the Alaska Earthquake of March 27, 1964 on Shore Processes and Beach Morphology[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1969.

Analysis of the earthquake characteristics in Southcentral Alaska

Written by David K.Snyder1;Translated by DAI Changlei2,3, YANG Zhaohui1

(1.UniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Earthquake plays an important role on shaping the local geological landscape. Studying earthquake characteristics in Southcentral Alaska can help further understand its geological structure. The paper analyzes the earthquake characteristics in Southcentral Alaska on the basis of combing important earthquake and its related knowledge. It points out: ①Earthquakes in Southcentral Alaska are frequent and often powerful. Southcentral Alaska’s earthquakes are a result of the subduction of the Pacific Plate and the pressure it exerts non the terranes that form southern Alaska; ②The epicenter of the 1964 good Friday earthquake was underneath the east shore of Unakwik Inlet in northern Prince William Sound, about miles west of Valdez, at a shallow depth of about 12 miles. The earthquake of magnitude 9.2 on the Richter scale. In this earthquake, different locations have taken place different subsidence and uplift. An earthquake of this scale occurs in Southcentral Alaska on average about every 600 to 950 years; ③The Denali Fault is a transform fault, where one section of plate moves laterally compared to another. The 2002 Denali Fault earthquake registered 7.9 on the Richter scale. The maximum horizontal ground displacement was 29 feet, near the fault between Mentasta Lake and Paxson. The earthquake occurred a little more than 3 miles deep and it was the largest earthquake to strike on land in North American. Evidence suggests that an event of this magnitude occurs after a build-up of strain for 600 years.

earthquake; magnitude; epicenter; fault; geology; Southcentral Alaska

中科院寒旱所冻土工程国家重点实验室开放基金项目(NO.SKLFSE201310)；国家自然科学基金项目(NO.1202171)

大卫·卡尔·施耐德(1969-)，男，美国阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要从事自然地理及地理信息系统方向的科研和教学工作。

译者简介：戴长雷(1978-)，男，山东郓城人，教授，主要从事寒区地下水及国际河流方向的教学及科研工作。E-mail:daichanglei@126.com。

P315；P54

A

2096-0506(2017)02-0015-06