2015年尼泊爾廓爾喀地震*

Susan E Hough

(U.S.Geological Survey， 525 South Wilson Avenue， Pasadena， California 91106 USA)

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2015年尼泊爾廓爾喀地震*

Susan E Hough

(U.S.Geological Survey， 525 South Wilson Avenue， Pasadena， California 91106 USA)

摘要隨著1833年和1934年最近大地震(MW >7.5)的發(fā)生， 人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到尼泊爾面臨著高地震危險(xiǎn)。 當(dāng)2015年4月25日尼泊爾(Nepal)廓爾喀(Gorkha)MW 7.8地震發(fā)生時(shí)， 人們起初感覺(jué)是最壞的擔(dān)心變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)了。 震級(jí)盡管很大， 然而， 鄰近人口稠密的加德滿(mǎn)都(Kathmandu)山谷的損失程度低于預(yù)期。 山谷內(nèi)的多數(shù)本地建筑物很少或者沒(méi)有受到結(jié)構(gòu)破壞。 但山谷外邊的一些村莊卻發(fā)生了一些災(zāi)難性的破壞， 這些損害和石砌建筑的高易損性有關(guān)， 很多實(shí)例還和滑坡有關(guān)。 這個(gè)預(yù)期地震的意外觀測(cè)結(jié)果迫使人們努力理解本次地震事件和更好表征未來(lái)喜馬拉雅(Himalayan)大地震的危險(xiǎn)。 為此， 這一專(zhuān)題的文章給出和描述了一些可用的數(shù)據(jù)集及能更好表征與解釋本次地震及其影響的初步結(jié)果。

引言

人們很久以前都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了喜馬拉雅弧及其鄰區(qū)地震危險(xiǎn)性很高， 堅(jiān)信尼泊爾無(wú)疑會(huì)發(fā)生像1934年尼泊爾—比哈爾(Bihar)地震或震級(jí)更高的地震， 估計(jì)震級(jí)可達(dá)MW8.1～8.4[1-6]。 雖然這種警覺(jué)已經(jīng)促進(jìn)了科學(xué)研究和風(fēng)險(xiǎn)減災(zāi)努力， 但地球物理監(jiān)測(cè)和提高快速恢復(fù)能力的進(jìn)展受到了資源的阻礙。 由于政治壓力一定程度的激勵(lì)， 加德滿(mǎn)都山谷的人口由2001年的約160萬(wàn)猛增到2011年的250萬(wàn)。 多數(shù)為易損建筑物的建筑物并行發(fā)展加劇了地震風(fēng)險(xiǎn)。 雖然尼泊爾具有建筑規(guī)范， 大多當(dāng)局也有建筑許可程序， 但尼泊爾98%以上的建筑由業(yè)主和地方匠人建造， 當(dāng)局未能估價(jià)工程設(shè)計(jì)規(guī)劃[7]。 整個(gè)地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)和材料的質(zhì)量普遍很低。

2015年4月25日廓爾喀發(fā)生了MW7.8地震， 它似乎正是專(zhuān)家們長(zhǎng)期擔(dān)心的會(huì)對(duì)整個(gè)國(guó)家產(chǎn)生毀滅性打擊的地震。 地震中心位于人口稠密的加德滿(mǎn)都山谷西部， 向東部傳播， 它破裂了處于山谷下部?jī)H12～15 km深的滑脫面[8]。 雖然本次地震對(duì)整個(gè)尼泊爾產(chǎn)生了嚴(yán)重影響， 但生命和財(cái)產(chǎn)損失沒(méi)有根據(jù)詳情估計(jì)[9]或根據(jù)過(guò)去地震損失推斷[3]的嚴(yán)重。 這樣， 關(guān)于地震動(dòng)的關(guān)鍵問(wèn)題產(chǎn)生了： 主震地震動(dòng)的本質(zhì)是什么？ 對(duì)意外表相特征的解釋是什么？ 為什么加德滿(mǎn)都山谷和其他尼泊爾地區(qū)的破壞沒(méi)有更嚴(yán)重？ 這個(gè)事件有助于我們更好地理解過(guò)去這個(gè)地區(qū)和喜馬拉雅地震構(gòu)造帶上發(fā)生的大地震嗎？ 對(duì)未來(lái)地震及其相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的可能性， 我們能夠得到什么教訓(xùn)呢？ 這些問(wèn)題的討論在尼泊爾和國(guó)際社會(huì)已經(jīng)開(kāi)始了[10]， 并且顯然還將持續(xù)多年。

現(xiàn)代儀器數(shù)據(jù)， 特別是尼泊爾， 將是解決這些難題的關(guān)鍵。 不幸的是， 近場(chǎng)數(shù)據(jù)是有限的， 多數(shù)本地和近區(qū)域距離的重要數(shù)據(jù)不是免費(fèi)可用的。 這個(gè)專(zhuān)題的主要目的是歸檔、 描述和給出主震前后收集的免費(fèi)數(shù)據(jù)集的初步分析報(bào)告。 這些研究改進(jìn)了這次地震及其影響的表征。

1專(zhuān)題概述

顯著地震發(fā)生后， 美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(U.S. Geological Survey， USGS)國(guó)家地震信息中心(National Earthquake Information Center， NEIC)使用全球和本地可用數(shù)據(jù)盡可能地表征地震事件及其影響， 向有關(guān)各方傳播信息。 NEIC產(chǎn)品主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)頒布， 得到了國(guó)際社會(huì)的廣泛應(yīng)用。 Hayes等[11]給出了NEIC對(duì)廓爾喀地震響應(yīng)的概述， 包括使用全球及時(shí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的影響評(píng)價(jià)討論[12]。

因?yàn)樽罱募磿r(shí)可用臺(tái)站在西藏拉薩， 距主震震中約650 km， 所以NEIC起初的主余震位置沒(méi)有得到很好地約束。 像Hayes等[11]和Dixit 等[13]描述的那樣， 加入在主震前由USGS和尼泊爾地震技術(shù)學(xué)會(huì)與USGS合作安裝儀器收集的本地?cái)?shù)據(jù)后， 主余震的定位結(jié)果得到了改善。 這些數(shù)據(jù)由安裝在美國(guó)大使館的1個(gè)傳統(tǒng)強(qiáng)震儀(NetQuakes)[13-14]和加德滿(mǎn)都地區(qū)的3個(gè)場(chǎng)點(diǎn)的低成本微電子機(jī)械系統(tǒng)加速度計(jì)記錄[13]。

除了使用本地記錄改進(jìn)余震定位外， Dixit等[13]進(jìn)一步說(shuō)明了這些數(shù)據(jù)如何有助于解決涉及地震動(dòng)的關(guān)鍵問(wèn)題。 雖然Galetzka等[14]得到了這樣的結(jié)論： 由于震源輻射結(jié)合了長(zhǎng)周期的盆地效應(yīng)， 主震地震動(dòng)受長(zhǎng)周期能量主導(dǎo)， 這一解釋也引發(fā)了另一個(gè)問(wèn)題： 前湖床的響應(yīng)為什么也受比以前研究預(yù)期更長(zhǎng)的周期主導(dǎo)[15]？ 對(duì)比了主震和余震的數(shù)據(jù)后， Dixit等[13]得到了主震期間加德滿(mǎn)都山谷的響應(yīng)普遍是非線性的結(jié)論。

加德滿(mǎn)都中部地質(zhì)礦產(chǎn)辦公室的一個(gè)重要記錄， 進(jìn)一步闡明了加德滿(mǎn)都山谷主震地震動(dòng)的特征， 通過(guò)Dixit等[13]的電子補(bǔ)充材料可以得到這個(gè)重要記錄。 Bhattarai 等[16]給出并描述了這個(gè)儀器的主震和2015年5月12日MW7.3余震記錄。 這些記錄和NetQuakes儀器記錄的特征一致， 它忠實(shí)地提供了兩種記錄的驗(yàn)證。 他們的結(jié)論是， 主震期間的長(zhǎng)周期能量(≈4 s)表達(dá)了加德滿(mǎn)都山谷的基本共振模式， 同時(shí)指出， 包含這個(gè)社區(qū)目前尚不可用的附加數(shù)據(jù)的更詳盡分析需要充分理解觀測(cè)結(jié)果[17]。

儀器數(shù)據(jù)的可用性提供了地震動(dòng)本質(zhì)的關(guān)鍵約束， 但這種數(shù)據(jù)的數(shù)量有限， 促進(jìn)了基于詳細(xì)破壞記錄的強(qiáng)震烈度的詳盡表征[18]。 僅有的有限烈度數(shù)據(jù)由USGS社區(qū)互聯(lián)網(wǎng)烈度圖系統(tǒng)(也稱(chēng)為“你感覺(jué)到了嗎？ ” Wald 等[19])收集。 為更全面細(xì)致地約束烈度分布， Martin等[18]收集了傳統(tǒng)新聞媒體及社會(huì)媒體的記錄， 像Martin與Szeliga[20]描述的那樣， 解釋了歐洲地震表(European Macroseismic Scale， EMS)烈度[21]。 Musson等[22]的結(jié)果表明， EMS烈度和修正的麥加利烈度一致。 分析獲得了受到整個(gè)區(qū)域3000個(gè)地點(diǎn)約束的烈度分布。 獲得的數(shù)據(jù)集， 為截至目前對(duì)任何地震編輯過(guò)的最大傳統(tǒng)數(shù)據(jù)集， 表明了加德滿(mǎn)都山谷內(nèi)外的主震烈度一般為中等(EMS 6-7)， 超過(guò)EMS 8的甚為稀少。 Martin等[18]進(jìn)一步比較了此觀測(cè)烈度分布和1833年及1934年地震的烈度。

Moss等[6]進(jìn)一步記載了主震地震動(dòng)及其影響， 重點(diǎn)評(píng)價(jià)了工程地質(zhì)極端事件勘察(geotechnical extreme events reconnaissance， GEER)計(jì)劃導(dǎo)致的工程地質(zhì)影響。 他們通過(guò)直升機(jī)勘察提供了經(jīng)受滑坡的大量文檔。 Moss等[6]對(duì)發(fā)生的幾萬(wàn)次滑坡的結(jié)論是， 這些滑坡與這個(gè)震級(jí)事件的預(yù)期相符合。 考慮到基礎(chǔ)設(shè)施的性能， GEER團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論， 多數(shù)道路和水工設(shè)施的破壞是因?yàn)樯襟w滑坡。 然而， 滑坡的死亡人數(shù)比2005年巴基斯坦克什米爾( Kashmir)地震滑坡造成的少得多[23](～26000)， 這表明整個(gè)尼泊爾山體滑坡的嚴(yán)重影響程度處于預(yù)期水平的低端[24]。 詳細(xì)的液化觀測(cè)結(jié)果有類(lèi)似的顯示， 加德滿(mǎn)都山谷確實(shí)發(fā)生了土體破壞， 但液化的數(shù)量和規(guī)模低于預(yù)期。

由此可見(jiàn)， 上述調(diào)查研究結(jié)果一致， 不僅在加德滿(mǎn)都山谷， 即使在整個(gè)近場(chǎng)區(qū)域， 主震地震動(dòng)和烈度一般都是中等(EMS 6-7)。 因此， 破壞、 液化和山體滑坡都顯著低于加德滿(mǎn)都山谷鄰近區(qū)域給定震級(jí)地震的預(yù)期值。 Yun等[25]分析了震后4天和7天收集的合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar， SAR)數(shù)據(jù)， 生成了破壞替代圖， 進(jìn)一步凸顯了破壞分布。 他們的結(jié)果也表明了遠(yuǎn)距離區(qū)域的大部分破壞由滑坡造成。 得到的圖已由許多國(guó)際災(zāi)害評(píng)估和響應(yīng)規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)應(yīng)用。

其他幾篇論文注重改進(jìn)主震的破裂特征。 Angster等[26]給出了主震后9天開(kāi)始的實(shí)地調(diào)查結(jié)果。 實(shí)地調(diào)查證實(shí)了主前緣逆沖(main frontal thrust， MFT)斷層以南沒(méi)有產(chǎn)生地表破裂， 為基于全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System， GPS)和其他可用數(shù)據(jù)的推斷[8]提供了重要佐證。 他們還進(jìn)行了加德滿(mǎn)都山谷內(nèi)的實(shí)地調(diào)查， 詳細(xì)識(shí)別并繪制了1 km北東向地表破裂， 他們把這地表破裂解釋為局部擴(kuò)展的結(jié)果， 而不是深部構(gòu)造位移。 Moss等[6]也描述了這個(gè)特征， 包括槽探的初步結(jié)果。

Zhang等[27]使用遠(yuǎn)震、 GPS和SAR數(shù)據(jù)建立了廓爾喀地震和5月12日余震的滑動(dòng)模型。 他們的結(jié)果凸顯了主震和余震破裂的細(xì)節(jié)， 識(shí)別出了他們認(rèn)為可能是來(lái)自于障礙體的弱滑動(dòng)區(qū)域。 他們使用這種滑動(dòng)模型研究廓爾喀地震序列造成的MFT上的庫(kù)侖應(yīng)力變化及其對(duì)未來(lái)MFT上地震的影響。 He等[28]借助區(qū)域距離上記錄的遠(yuǎn)震P波使用區(qū)域和遠(yuǎn)震波形展示了快速震源特征改善此前震動(dòng)圖的潛力。 他們還提供了阿拉斯加、 澳大利亞和歐洲臺(tái)陣的反傳播投影分析結(jié)果。 這些研究結(jié)果通常和Hayes等[11]確定的主震破裂性質(zhì)一致。 He等[28]和Avouac等[8]的反傳播投影結(jié)果表明， 這個(gè)越來(lái)越受歡迎的數(shù)據(jù)有限區(qū)域震源性質(zhì)成像方法的價(jià)值。 不同臺(tái)陣和不同分析的結(jié)果通常一致， 但也呈現(xiàn)出了一些差異， 這些差異需要在未來(lái)的前瞻性研究中做進(jìn)一步的探索。

列完這些特殊問(wèn)題后， Bossu等[29]描述了如何使用基于智能手機(jī)的信息服務(wù)程序LastQuake來(lái)快速評(píng)估地震及其影響， 以及如何與公眾接觸。 LastQuake通過(guò)考慮地震信息網(wǎng)站上的網(wǎng)絡(luò)流量模式及征集對(duì)多語(yǔ)種在線問(wèn)卷的響應(yīng)來(lái)檢測(cè)和表征有感地震事件。 特別是， 在數(shù)據(jù)有限的區(qū)域， 這種和其他公眾參與的科學(xué)方法， 不僅對(duì)補(bǔ)充傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展， 而且對(duì)數(shù)據(jù)的收集都提供了巨大潛力。

總之， 這個(gè)專(zhuān)題的文章提供了幾個(gè)主要數(shù)據(jù)集和實(shí)地勘察調(diào)查的綜合資料。 為同地震研究快報(bào)(SRL)出版服務(wù)于美國(guó)地震學(xué)會(huì)(Seismological Society of America， SSA)領(lǐng)域的意圖保持一致， 這個(gè)專(zhuān)題描述的數(shù)據(jù)集都是免費(fèi)可得的， 這為國(guó)際地震專(zhuān)業(yè)人士尋求理解本次地震及其影響提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。 這些文章也給出了凸顯廓爾喀地震及其影響的初步結(jié)果。 不同數(shù)據(jù)集的考慮揭示出， 近場(chǎng)地震動(dòng)及因而導(dǎo)致的破壞和滑坡的程度， 不但在加德滿(mǎn)都山谷附近地區(qū)， 而且在尼泊爾大部地區(qū)都低于假定廓爾喀地震震級(jí)的預(yù)期值。 這些初步結(jié)果提出了有關(guān)地震成因和地震災(zāi)害的關(guān)鍵問(wèn)題： 什么引起了長(zhǎng)周期地震動(dòng)？ 未來(lái)喜馬拉雅大地震事件或世界其他地區(qū)滑脫斷層大地震事件的地震動(dòng)實(shí)質(zhì)上會(huì)類(lèi)似于本次地震事件或比本次事件可能更嚴(yán)重嗎？ 根據(jù)本次地震的結(jié)果， 我們能夠得到什么樣的歷史地震教訓(xùn)呢？ 特征地震模型適合于喜馬拉雅山板塊邊界嗎？ 要解決這些及其他問(wèn)題還需要做進(jìn)一步的工作。 這里和別處記錄的數(shù)據(jù)集將為深入綜合理解本次重要而神秘的地震事件及其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)提供關(guān)鍵性約束。

文獻(xiàn)來(lái)源： Susan E Hough. Introduction to the focus section on the 2015 Gorkha， Nepal， earthquake. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6): 1502-1505. doi:10.1785/0220150212

(甘肅省地震局楊國(guó)棟譯)

(譯者電子信箱， 楊國(guó)棟： yanggd@gsdzj.gov.cn)

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* 收稿日期：2016-02-10； 采用日期： 2016-03-04。

中圖分類(lèi)號(hào)：P315；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.009