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2023年12月30日发(作者：)
日本9级特大地震简介
徐锡伟
中国地震局地质研究所
2011年3月11日日本东北部海域9级特大型地震，地震持续时间达5分钟，诱发了超过10米高的海啸，不仅冲刷了日本东北部海岸建构筑物、船只、汽车等所有地面物品，还引起了火灾、核电站设施爆炸、核泄漏和上万人死亡，这不仅仅是日本的灾难，也是全人类共同面对的灾难，引发了全球对核电站安全的担忧。同时，还给我们带来了许多经验和教训，如果我们能够从中吸收有用的养分，有可能让我们今后更从容面对未来的地震灾害。
1地震基本参数
时间：2011年3月11日14时46分23秒（东京时间）
地点：日本本州东部海岸附近海域，北纬38.322，东经142.369
震中：日本东北地区宫城县
地震矩释放量：3.6×1022Nm， Mw=9.0
9级地震发生在太平洋板块俯冲到北美板块及更西的欧亚板块之下的巨型逆断层上
（上图显示日本地震震源百年复发间隔的发震概率图：2011年地震发生在太平洋板块向西俯冲的板块边界带上（蓝色矩形框内，是原来预测的多个小于8级潜在震源a, B1, B2, b, c, d,
and e级联破裂的结果）
震源深度：24.4km
震源机制解见下图：
根据主震和余震和已有地震的准确定位资料和震源机制解等，可以推测发震断层：太平洋板块向西俯冲到北美板块及更西的欧亚板块之下的巨型低角度逆断层，属板块边界带地震。
发震断层走向：194.9度，倾向西，倾角14.9度。
用于约束板块俯冲带几何结构的地震分布图（据/earthquakes/eqarchives/subduction_zone/usc0001xgp/)
板块俯冲带发震断层倾角拟合（据/earthquakes/eqarchives/subduction_zone/usc0001xgp/)
板块俯冲剖面模型图（右侧为太平洋板块，下插到西侧北美板块（左侧）之下引发东北部海域9级特大地震
破裂范围：南北长450km，东西宽150km
破裂速度: 2.0km/s
破裂持续时间：300 S，比汶川地震多3分钟
最大断层滑移量：18m（据日本国立地球科学与防灾研究所资料）
日本东北部海域9级特大地震震源破裂分布图（据日本国立地球科学与防灾研究所资料）
GPS观测到的同震位移场：
38.5度附近最大东南向位移7m（据名古屋大学Takeo Ito等，2011）。
日本国土地理院最大东向位移4米。
2地震灾害三大原因
据日本气象厅报告，截止到3月17日上午9点，日本9级特大地震期间死亡人数已经上升到2414人，失踪3118人。沿岸地段地震烈度最高达到最高等级7度，相当于我国地震烈度12度，许多地段达到6度，外围地区在5度左右。原因何在？
日本地震烈度分布（据日本气象厅）
（1）震级高。震级大达到9级，是日本有史以来记录到的最大震级地震。
（2）地震持续时间达5分钟，汶川地震长3分钟，持续震动对建筑结构破坏显然要严重。
这里需要说明的是，由于日本是一个多地震国家，且经济发达，地面构建筑物的抗震设防标准明显地比我们国家的标准要高，在相同的地震破坏条件下，地震灾害会比我国轻。
（3）海啸。由于本次地震在海域地壳出现局部隆起最大达4米左右，引发了浪高10米的海啸。海啸应该说是严重地震灾害的主因。
（4）严重的福岛核电站核泄漏灾害。在地震期间安全关闭，但是没有能够保证关闭后的安全问题。
震中区附近局部隆起与沉降引发了海啸（据日本国土地理院）
3板块边缘地震迁移与地震预测的困境
源于板块边界带的地震空段理论也很难作为预测特大地震的法宝。
我们都知道，地球上发育着3条大的地震带：一是环太平洋地震带，包括日本、中国台湾、美国加州圣安德烈斯断层区等著名的地震活动区，全球约70％的地震分布在环太平洋地震带上。二是从喜马拉雅到地中海的欧亚地震带，地震分布的特点是比较分散，不像环太平洋地震带那么集中、那么规则，欧亚地震带约占全球地震的15％左右。三是沿着各大洋洋中脊分布的洋脊地震带，约占5％左右。这些地震板块之间俯冲、碰撞、剪切走滑等多种作用的结果，所以大多数地震都分布在板块的边缘地区。
全球地震分布图(1990～2000)，图中红点代表地震的震中（资料来源：USGS）
1900年以来全球发生的矩震级Mw大于或等于8.5级特大地震16次，有5次发生在欧亚地震带东段，包括1950年发生在喜马拉雅东构造结的墨脱8.5级地震。其他的11次，包括3月11日日本东北部海域9级特大地震发生在环太平洋地震带上。因此，特大地震在板块边界上，尤其是环太平洋地震带上也是比较高的。从2004年苏门答腊9.3级地震引发海啸起，到2010年智利海域8.8级地震，再到日本海域9级地震，体现出板块之间的相互作用在时间上具有不均匀性，表明近期板块边界地震较为活跃。受板块边界带活跃影响，板块内部或大陆地区的地震也受到影响，例如2008年汶川地震、2010年玉树7.1级地震，2010年新西兰7.1级地震和2011年6.3级地震等可能是受板块边界带活动的影响而出现的板块内部地震。
1900年以来全球发生的8.5级以上特大地震分布图
Google Earth KML
(requires Google Earth)
Location
1.
Chile（智利）
Date UTC Magnitude
1960 05 22 9.5
Lat. Long.
-73.05
-147.65
95.78
160.06
-72.719
-81.5
178.50
97.01
96.5
-175.39
101.367
131.62
161.0
-70.50
149.6
142.4
Reference
Kanamori, 1977
Kanamori, 1977
Park et al., 2005
Kanamori, 1977
PDE
Kanamori, 1977
Kanamori, 1977
PDE
Kanamori, 1977
Johnson et al., 1994
PDE
Okal et al., 2003
Kanamori, 1988
Kanamori, 1977
Kanamori, 1977
日本地震研，2011
-38.29
61.02
3.30
52.76
-35.846
1.0
51.21
2.08
28.5
51.56
-4.438
-5.05
54.0
-28.55
44.9
38.3
2.
Prince William Sound, Alaska（阿拉斯加）
1964 03 28 9.2
3. Off the West Coast of Northern Sumatra4.
Kamchatka（勘察加半岛）
5.
Offshore Maule, Chile（智利海域）
2004 12 26 9.1
1952 11 04 9.0
2010 02 27 8.8
6.
Off the Coast of Ecuador（厄瓜多尔海域）
1906 01 31 8.8
7.
Rat Islands, Alaska（阿拉斯加）
1965 02 04 8.7
8.
Northern Sumatra, Indonesia（苏门答腊）
2005 03 28 8.6
9.
Assam - Tibet（墨脱地震）
10.
Andreanof Islands, Alaska（阿拉斯加）
1950 08 15 8.6
1957 03 09 8.6
11.
Southern Sumatra, Indonesia（苏门答腊）
2007 09 12 8.5
12.
Banda Sea, Indonesia（印度尼西亚）
13.
Kamchatka（勘察加半岛）
14.
Chile-Argentina Border（智利-阿根廷）
15.
Kuril Islands（千岛群岛）
16
日本本州海域地震
1938 02 01 8.5
1923 02 03 8.5
1922 11 11 8.5
1963 10 13 8.5
2011 05 11 9.0
值得指出的是，板块边界特大地震，特别是环太平洋地震带地震比较有规律地发生在历史上或很长一段时间内没有破裂的地震空段内，但要想准确预测也非是一件容易的事。
日本最近几十年的所作所为：根据形变测量数据、历史地震活动性、现今地震分布和板块俯冲几何结构特征等，推定了日本东海岸板块俯冲带不同段落的地震震级大小和发震概率，其中一直把东京湾以南、静冈的东海地震作为未来发生8级地震的预想地，发震概率达87%，30年以来一直以这一预想地，发生8级地震后包括东京都在内的邻近地区如何应对为目标，不断地进行地震演练，而东北部海沟附近作为发震概率不高、震级相对较小的潜在危险区。结果在东北部海沟附近几个潜在震源区发生了级联破裂，产生了9级地震。
地震在如此规律的板块边缘要进行真正意义上的预测尚且不可能，更何况板块内部呢？困难可想而知。
日本东部沿海俯冲带地震预测与发震概率图（据日本地震调查推进本部）
4面对频发的地震灾害我们该怎么办？
2011年3月11日日本本州东部海域发生9级地震震动破坏，大面积海啸冲刷、核电站核经受长时间震动破坏引发的核泄漏-将成为抹不去的长久灾难。面对灾难，我们必然要问：怎么办？
4.1地震灾害观测事实
1995年日本阪神地震期间，从朝日新闻报道中注意到了这样的一个事实：地震重灾带集中在野岛—会下山—西宫断层沿线，90%以上的震亡人数和木质房屋倒塌率30%以上的地段均集中在距断层2—3公里宽度范围内（翠川三郎，1995），重灾带以外地区破坏很轻，为什么？因为野岛—会下山—西宫断层就是阪神地震的发震断层，断层所在地带为灾害特别严重带！
1995年日本阪神地震带状分布地震灾害图（据朝日新闻）
1995年日本阪神地震地表破裂带小仓断错点地面建筑设施破坏实例
１９９９年土耳其伊兹米特地震、台湾地区集集地震和美国霍克托曼地震３次地震现场考察表明：地震灾害由两个部分组成：一是地震的震动引起的破坏，呈面状分布。这种类型的地震灾害可以提高抗震设防标准来有效地减轻，这也就是为什么在美国、日本等欧美发达国家，同样的7级地震死亡人数有时是零或很少的根本原因。
地震灾害的另一部分是由发震断层在地震的同时产生地表错动对地面建构筑物的直接毁坏，这种同震地表错动可以说是无坚不摧的。实际上涉及到地面间构筑物的抗断问题。
车龙埔断裂同震地表破裂通过处桥梁断裂，河床形成跌水陡坎，显示出活动断层同震错动对地面间构筑物是无坚不摧的！！！
另外，近断层强地面运动记录也反映出近断层地震动量值明显比远离断层区域要大。集集地震记录到上千条地震动记录，从统计图件上可以看到，活动断层发生地震的时候，在离断层三公里的范围内强地震动参数最大，例如峰值加速度有的达到1G，甚至超过1G，什么概念？可以把人抛起来。所以，在近断层３ｋｍ范围内破坏最严重。三公里以外逐渐衰减到正常值，约在0.2G或者以下。这种情况下，合理的抗震设防标准，如果房屋是保证质量的，是按照一定的抗震设防标准设计的，在三公里以外，应该说是可以保证房屋裂而不倒的。
Legend--PGAUP-Footwall, alluviumNS-Footwall, alluviumEW-Footwall, alluviumUP-Hanging wall, bedrockNS-Hanging wall, bedrockEW-Hanging wall, bedrockPGA(cm/s/s)87293133
台湾集集地震近断层强地面运动峰值加速度随断层距离的变化（王国权提供）
（PGA: 峰值加速度;Closest distance to fault: 离断层距离）
Closest distance to fault(km)
四川龙门山区白露中心学校可能是地震灾害防御、避让活动断层可以有效减轻地震灾害的教科书：断层就从学校两栋教学楼之间的操场上通过，形成的陡坎高２米，陡坎南面教学楼是1996年造的，按照7度设防的，窗户的开间比较大，产生好多X剪切裂缝，房柱钢筋发生了扭曲。陡坎北面的教学楼也是按照7度设防于2006年造的，墙体没有出现裂缝。所以，在质量保证的条件下，离开断层就可以保证地震安全。
白露中心学校地震陡坎与教学楼：避让活动断层是有效减轻地震灾害的最好措施
汶川地震尽管造成很大的灾害，但是给我们带来一个机会研究地表变形与房屋破坏之间的关系。通过详细测量、分析地表变形与房屋破坏的关系，得知地表变形梯度大于0.03地段房屋才出现中等及其以上破坏，也就是说在断层附近30米的范围内会产生严重的破坏，其它的破坏不是由于断层错动造成的，是由地震动引起的。
4.2减灾应对方法-科学技术做后盾
减轻灾害必须解决地面建构筑物的抗震与抗断两个问题。
地震灾害实例观测告诉我们，地面震动导致的破坏可以通过提高抗震设防标准，合理的抗震设计来有效地抗震。通过活动断层鉴定和大比例尺的填图可以准确地确定具有发震能力的活动断层位置，为土地规划、建设提供避让依据，那就是抗断问题。如果地面建筑物避开具有这些发震能力、地震的时候能够产生错动的断层，就可以有效的减轻由地面破裂引发的灾害。
1）避让活动断层－科学行动
（１）自２００４年开始在国家发展与改革委员会、国家财政部、科技部、中国地震局
等部委和各级地方政府的资助和支持下，首先对２０个具有发震构造背景、历史上发生过６．５级以上地震或存在活动断层的大中城市进行了城市活动断层探测与地震危险性评价，通过探测与活动断层科学鉴定，在２０个城市存在的１０８条断层中，通过编制区域地震构造图、１：５万活动断层分布图、深浅地震构造勘探、钻孔联合探测和多手段新年代学样品测试等，鉴定、甄别出２６条具有发震能力的活动断层，对这２６条活动断层进行了加密勘探，确定空间位置，综合编制了１：１万活动断层分布图，供规划、建设部门使用，避让“活动断层”，防患于未然。目前，地市级城市活动断层探测还在进行中。按照国务院的有关文件精神，到２０２０年前全面完成地市级城市活动断层探测。
（２）地震重点防御区和主要地震区带的活动断层填图工作，通过大地震复发间隔的探槽开挖、断错地貌的测量、地质样品的年代测定等，在确定空间位置的基础上，获得反映活动断层发震危险性的定量参数，对这些活动断层发震危险性做出中长期评价，这是一项地震灾害预防的基础性科研工作，能够有效地提高防震减灾的能力。（喜马拉雅计划）
2）适当提高建构筑物抗震设防标准
迄今为止，多地震国家都有符合自己经济实力和反映科学技术水平的抗震设防标准。
新一代地震区划图在中国地震局震害防御司和主编高孟潭研究员支持下正在紧锣密鼓地编制中，编制过程中考虑了科学技术水平的进步、我国经济的发展、地震安全等因素，要求大震不倒，针对我国不同地震构造区活动断层分布、地震类型、地震频度、潜在震级大小、地震波衰减关系、场地条件等，适当提高了我国建构筑物抗震设防标准，体现了以人为本的理念。
3）重大工程场址，特别是核工程场址的区域稳定性问题--福岛核电站的经验与教训
核电站不仅要考虑场址区和近场区没有活动断层，还要保证一定区域范围的地壳稳定性，避免核电站因震动引起核泄漏事故，以及建立安全关闭后核电站的安全问题保障体系！！
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