1960年智利9.5级大地震的科学启示

1960年5月22日19时（UTC时间），智利瓦尔迪维亚（Valdivia）突然遭受一次特大地震袭击，造成广泛的破坏。这次被称为“智利大地震”的特大地震的震级高达Mw9.5，是20世纪以来最大的地震，也是有仪器记录以来威力最大的一次地震。60年过去了，围绕这次特大地震的科学研究和探索，始终没有停止。

这次地震到底有多大？

地震发生后，人们首先关注的问题之一就是这次地震有多大？震级是用来衡量地震释放能量大小的量表，这个量表上增加两个点，相当于能量增加1000倍。也就是说，一次7.0级地震的能量是5.0级地震的1000倍、约为6.0级地震的32倍。智利大地震的震级MW（矩震级）为9.5，而中国地震台网目录给出的震级MS（面波震级）为8.5，这种同一个地震的震级大小上的明显差距，问题出现在哪里？

原来，根据震级的测定方法划分，震级可以分为两类。一类是传统震级，用不同类型地震波（P 波、S 波或面波）的振幅A 和周期T测定的震级，包括地方性震级、面波震级、体波震级等；另一类是现代震级，包括矩震级和能量震级。

传统震级测量相对方便，但存在“震级饱和”现象，也就是说，当地震所释放的能量增大的时候，测量出的震级却不再增大。因此面对大地震时，采用这些震级标度会低估地震的能量。而现代震级测定方法可以避免震级饱和现象，但测量方法相对复杂，有时在很短的时间内不能及时测定，在这种情况下仍需采用传统震级对外发布。按照《地震震级的规定》（GB 17740-2017），虽然地震台网应测定可能测到的所有震级，但在进行地震信息发布时，一个地震只能采用“震级优选”的方法选择一个震级予以发布。“震级优选”的方法为：①矩震级作为首选震级；②如果不能及时测定出矩震级，按顺序选择面波震级、体波震级、地方震震级。

中国地震台网为了及时测定发布震级，对于这样的大地震，利用记录到的面波振幅和周期，测定并发布了其面波震级，给出其面波震级 MS=8.5。其他机构如美国地质调查局（USGS）则利用其它方法测定了此次地震矩震级为MW=9.5，成为人类已知的最大地震。

发生背景

地震并非随处发生，绝大多数的大地震集中分布在几个地震带内，其中，环太平洋地震带集中了全球大多数地震，1960年智利大地震就是发生在环太平洋地震带的南美洲西海岸地区。

环太平洋地震带主要是由于太平洋板块向环太平洋周边地区的很多板块俯冲造成的。所谓俯冲，是由于一个板块向另一个板块下方运动而发生在构造板块汇合边界的运动过程，发生这种现象的区域也被称为俯冲带。俯冲带因为其结构和运动方式允许在积累更多的应力集中释放，所以会产生地球上最强烈的地震，二十世纪10次最强烈的地震中，有9次是这种成因类型的地震，包括此次1960年智利大地震。

1960年智利大地震是由纳斯卡板块向南美板块下俯冲造成的。纳斯卡板块是位于南美洲西海岸外的东太平洋盆地的大洋性构造板块，南美板块则是包括南美洲大陆和大西洋海床的大构造板块，由于纳斯卡板块在南美板块下沿智利-佩鲁海沟俯冲，导致应力的释放而引发了这次迄今震级最高的大地震。

图1 纳斯卡板块向南美板块俯冲的示意图

灾害情况

智利大地震持续了11至13分钟，影响智利全境及周边国家，震害面积超过40万平方千米。地震造成瓦尔迪维亚的电力和供水系统被完全摧毁，该镇火车站和约40%的房屋被毁。

虽然地震造成了巨大的破坏，但造成更大破坏的是由此产生的海啸或巨浪。智利海岸受到局部海啸的严重冲击，海啸最高达25米。地震和引发的海啸造成智利南部地区数万人死亡和失踪，200万人无家可归，经济损失5.5亿美元。海啸还横跨太平洋，影响了夏威夷、日本、菲律宾、新西兰东部、澳大利亚东南部和阿留申群岛。当它到达夏威夷时，海浪的最高高度仍有10.6米，仅在夏威夷主岛希洛湾就造成了2400万美元的损失。地震后22小时左右，高达8.1米的海浪袭击了日本，造成日本的本州、北海道等地都遭到了极大的破坏，几千所住宅被冲毁，2万多亩良田被淹没，15万人无家可归……。大海啸还波及了俄罗斯、菲律宾群岛、新西兰东部、澳洲东南部等地。

此次地震还造成了数座火山爆发。地震发生38小时后，智利洛斯拉戈斯地区沉寂了近40年的科顿-库尔勒火山爆发。一些地震学家认为，这次火山喷发与瓦尔迪维亚地震有密切关系。

科学启示

尽管这场大地震造成了严重的人员伤亡和灾害损失，但相比其巨大的震级，伤亡人数仍低于预期。虽然建筑物受到了严重破坏，但只有极少数建筑物倒塌，这是由于智利的许多建筑都是严格按照抗震标准而建的、在保护人员方面功不可没。可见，加强抗震设防，防止建筑物在地震中倒塌是减少人员伤亡的关键环节。特大地震虽然是罕遇事件，仍需要公众严格执行相关的法律法规，不可因大地震属于小概率事件而心存侥幸，更不可自认为远离地震带而麻痹大意。

此次地震引发的海啸造成的严重灾害远远大于地震造成的直接灾害损失和破坏。而最近的2004年苏门答腊地震、2011年东日本大地震都说明了大地震造成的海啸存在巨大威胁。不幸的是，受到当时全球尚未建立有效的地震海啸预警系统等条件的限制，智利大地震并没有在地震之后发出海啸预警。如果部署有适当的仪器与防震通信网络一起使用，以实时计算地震位置和震级并发出海啸预警，将可极大地降低灾害损失。

在此次1960年智利大地震之前，发生了两次7级以上的前震活动。无独有偶，2014年智利伊基克（Iquique）8.1级地震（矩震级）震前也出现了前震活动。这些巨震之前的高震级前震活动和随后大地震之间的关联仍然需要深入研究。

图2 智利北部纳斯卡大洋板块和南美大陆之间的俯冲带示意图，图中的地球表面各装置均为IPOC观测站的不同组成部分。

近年来，智利已联合德国、法国等国家建立了智利板块边界综合观测站（IPOC, ），专门研究智利大陆边缘的地震和变形、完善对地震物理过程的理解，并帮助开发新一代的危险评估和预测工具。可以期待，随着现代观测网络的不断完善和研究的不断深入，人们对地震规律的科学认识水平和地震灾害风险防治的能力也会得到不断提高和加强。

作者：中国地震局地球物理研究所 韩立波

来源：中国地震台网（ID：zgdztw）