首都科学讲堂回顾 | 第808期：撕裂的大地——解密土耳其大地震

本文内容来自北京市科学技术协会主办、北京科学中心承办、北京科技报社协办的首都科学讲堂。讲堂每周邀请院士专家开讲，弘扬科学精神，帮助公众树立科学思想，掌握基本科学方法，了解必要科技知识。

当地时间2月6日，与叙利亚交界的土耳其境内连续发生两次7.8级大地震和多次强余震，大地震带来的巨大破坏受到了全世界的广泛关注。这次大地震的灾害程度如何？是怎么形成的？是否把全球带入了“地震活跃期”？地震预测到底准不准？地球是否进入了“震动”模式？除了巨大的灾害外，这次大地震又给人类带来哪些启示？

本期首都科学讲堂联合中国地质图书馆、中国地质科学院地质研究所、李四光纪念馆，邀请中国地质科学院地质研究所研究员苏德辰，带领公众了解地质灾害知识，以及领略我们生活的这颗星球的地质之美。

主讲嘉宾：

苏德辰

中国地质科学院地质研究所研究员

自然资源首席科学传播专家

撕裂的大地——解密土耳其大地震（上）

撕裂的大地——解密土耳其大地震（下）

地震的概念：震级、裂度

我们先了解一下地球的内部结构。地球大体分成了地壳、地幔和地核3个层圈，再进一步划分，还可以分别分为更次级的层圈。例如：地幔可以分为上地幔和下地幔，上地幔顶部为固体状态的岩石层，它与地壳一起共同构成了岩石圈。岩石圈之下则是厚度数十千米至200千米的软流圈。那么，科学家是如何知道地球有这些层圈的？最主要的依据就是地震波。

地球的内部结构

地震发生时，震源会发射出不同类型的地震波，地震波在不同的介质里的传播速度并不一样，比如：P波在固态、液态物质内部均能传播；而S波只能在固态物质里传播，遇到液态物质时无法传播。

按照当前的全球构造理论，地球由坚硬的岩石圈包围着，但岩石圈并不是铁板一块，而是分成了若干个小的块体，这就是地理书上说的“板块”。地球表面由七大板块拼贴在一起，每一个大板块的内部，还可以细分成若干形状各异、大小不等的小板块。

板块之间并不是静止不动的，而是一直处于运动状态，主要的动力来自地下的岩浆活动。地下深部的岩浆在循环运动过程中，会托着岩石圈板块往不同方向运动，使得板块彼此之间相互撞击、俯冲、分离和错动。在这样的过程中，就会形成火山、地震、海陆变迁等地质活动，成为影响地球地貌基本格局的最重要因素。

从全球地震中心分布图（1963年-1998年）上可以看到，这些密密麻麻的黑点构成的带状区域，都是地震密集发生的位置。科学家根据地震分布位置来判断板块边界。当然，七大板块的边界划分，除了依据地震分布外，还要依据火山活动和地质人员的调查。

地震的规模称为震级，通常用美国地震学家里克特于1935年时提出的计算方案来划分，因此被称为里氏震级。里氏震级每增加一级，释放的能量约增加32倍。一次6级左右的地震相当于美国在广岛投下的那颗原子弹的爆炸当量，即约等于1.5万吨TNT。2008年5月12日发生的汶川大地震是8级地震，它的能量大约相当于1000颗广岛原子弹。

这次土耳其7.8级地震释放的能量大约相当于500多颗广岛原子弹，威力非常巨大。大家可以设想一下，如果500多颗原子弹围绕着一个很小的区域爆炸，会产生多么灾难性的后果。

科学家根据地震波来演算地震震级时，因为采用方法不一样，计算出来的震级就会略有出入。所以每一次大地震，不同的地震机构往往会给出不同的数字。以此次土耳其大地震为例，两次大地震我国地震中心给出的数字都是7.8级；而德、美、土耳其等国给出的震级各不相同。不过这并不影响对地震的认定，因为每一次大地震的能量是唯一的，就算数字不同，一般出入也不会很大。这跟一个人测量身高类似，使用卷尺测量和激光测距得到的数字会略有不同。

地震还有一个参数叫做裂度。裂度是地震波传到地表以后，对地表的建筑物、基础设施造成破坏的程度，它与建筑物等基础设施的质量有非常大的关系。

震源、震中和地震波示意图

一般来讲，越是接近震中的位置，地震波的破坏能量越大，地震裂度也越大；越是远离震中的位置，地震波衰减的越多，破坏力越小，裂度也越小。完全理想情况下，裂度值应该是以震中为中心的同心圆。但是地下的介质并不是均匀不变的，地震波的传播往往受到岩石的岩性和构造特点的影响而发生变化。有时，离震中较近的地方反而可能相对安全，建筑物倒塌的很少；而稍远一点的地方，建筑物的损毁情况反而会更严重。裂度还与建筑物的质量有关：建筑物的质量特别差，倒塌损毁就比较严重。

历史上的大地震

当地时间2023年2月6日4时17分，土耳其南部与叙利亚北部边界的东安纳托利亚断层带突然滑动，引发了7.8级大地震。截至2023年2月底，除了两次7级以上的大地震，沿着东安纳托利亚断层两侧，还发生了4次6级以上、30 余次5级以上的余震，5级以下的余震多达上万次。这是2000年以来土耳其发生的最大一次地震。

土耳其灾情简介

这两次7级以上大地震造成的地表破裂长度超过400千米，约11万平方千米的区域受到地震影响。这次地震总共造成了6万名平民的死亡或失踪，12万多人受伤，成千上万的楼房倒塌，2600多万平民无家可归，流离失所。除去楼房倒塌，大量的基础设施也遭到了损毁，尤其是高速公路、铁路，还有农田。

1989年旧金山地震后的街景

此外，地下翻沙冒水的现象也非常严重，这种现象被称为“泥火山”或“沙火山”。它在形态上跟火山相似，但与岩浆没有任何关系，是地震以后地下的沙土在地震的扰动下，跟水快速混合后强烈地喷出，才形成的这种结构。

1931年，新疆富蕴县卡拉先格尔发生了8级大地震，所幸该地区人烟稀少，未造成太多伤亡。如果有机会到北疆的可可托海旅游参观，不妨去看一看这个地震现场，它距离富蕴县大约30千米。除大规模坍塌以外，现场地面也发生了非常强烈的裂开。这种景象已保留了近100年，仍然跟刚发生时并无二致。

新疆富蕴县卡拉先格尔地震断裂

再回过头来看此次土耳其大地震。当前的地球理论认为，地表发生的地震、火山活动等，主要都是在板块作用、地下岩浆驱动下形成的。

土耳其97%的国土位于亚洲的最西部，地理上叫做安纳托利亚高原，剩下一小部分国土在欧洲境内，欧亚之间的界线是著名的土耳其海峡。土耳其最大的城市伊斯坦布尔就位于土耳其海峡北部，是土耳其经济、文化、交通中心，也是世界著名旅游胜地，是连接欧亚的一个非常重要的节点。因此，土耳其是世界上唯一一个跨越亚洲与欧洲的国家，伊斯坦布尔是唯一一个跨越亚欧的城市。

安纳托利亚高原整体是一个比较稳定的岩石块体，被称为安纳托利亚板块。它与北侧的欧亚板块之间是一条上千千米长的断裂带，称为北安纳托利亚断层。安纳托利亚板块的正南侧是非洲板块，以每年平均8-10毫米的速度往安纳托利亚板块方向运动，在地中海附近俯冲到了安纳托利亚板块的下方。安纳托利亚板块东侧的阿拉伯板块，每年平均以20毫米的速度向北侧推挤，二者之间的地质界线称为东安纳托利亚断层。

土耳其板块构造位置与地震分布 (1900-2023)

非洲板块和阿拉伯板块都在拼命地往北挤，而北侧有巨大的欧亚板块阻挡，那么安纳托利亚板块该怎么办？它只能以平均每年25毫米的速度往受力较小的左下方“逃离”。因此土耳其全境都是地震高发区，大地震集中出现于北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层。此次7.8级大地震和随后的7级地震，使安纳托利亚板块整体向南移动了3米多。

需要注意的是，尽管2月6日当天连发两次7级以上地震，但是地球并没有像某些人担心的那样进入全球性的地震活跃期。多年的观测结果证明，现在的地震发生频率仍然在正常范围之内。事实上，从公元前140年至今，在这次大地震发生的区域，历史上已经发生过10余次7级以上大地震，因地震死亡的人数累计超过66万人。其中，公元115年的7.3级大地震造成25万人死亡；公元525年发生的7级大地震造成25万至30万人死亡。

地震成因——认识走滑断层

阿拉伯板块和非洲板块都在往北侧移动，北侧的欧亚板块岿然不动，安纳托利亚板块只能委曲求全往左下侧滑移。但两侧的滑动性质截然不一样，科学家是怎样判别的呢？这需要首先了解一下“断层”的概念。

断层是指地壳受力发生破裂，沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的地质构造，相应的破裂面就称为断层面。断层是地壳中最常见和最重要的构造现象之一。断层的规模变化很大，大断层的长度可达数千千米，深度可达数千米甚至数十千米，小断层规模小到厘米级甚至微米级、纳米级。

断层面通常呈线状与地表相交且都有一定的方向性，这个方向称为走向，例如南北走向、东西走向、北东走向等。断层走向也可以是曲线或不规则形状。注意，“走向”并不是地质专业独有的术语，日常生活中的公路、铁路、两地的边界线等都有走向，例如著名的北京长安街是东西走向、北京的中轴线为南北走向。

断层面两侧的岩石沿着走向滑动，称为走向滑动断层，简称走滑断层，也有人将其称为平移断层、平推断层等。站在断层一侧观察，如果断层另一侧的物体是向左方移动的断层，则称为左行走滑断层。反之，就称为右行走滑断层。

走滑断层示意图

地球上发生的很多大地震是走滑断层引起的。这场土耳其大地震，就是由土耳其与叙利亚交界附近的东安纳托利亚断层的活动所引起的。这个大断层两侧的岩层总体上都向各自的左侧滑动，是典型的左行走滑断层。

地震预测、预报与利弊

中国伟大的地质学家李四光一直坚持地震是可以预测的。他曾提出通过观测地应力的变化来预测或预报地震。

通俗地讲，岩石在地下要承受各种外力作用，比如重力作用、周围岩石的挤压作用、热胀冷缩引起的挤压或拉张作用等等。岩石内部为抵御这些外力的影响，会产生相应的反作用力，这种在岩石内部积累的力就是地应力。

一旦岩石中积蓄的地应力超过岩石的承受限度，岩石就会在极短的时间内发生断裂或错动，造成地面的震动，这就是地震。岩石内部地应力积累的时间越长，能量越大，断裂和错动的规模就越大，地震的震级就越高。

李四光认为，地震与地应力以及地应力的变化有着密切关联。岩石内部的地应力一般是逐步加强的，通过测量地应力的强度和变化规律，有可能预测或预报地震。我们国家在很多的断层带周边都布置了地应力的观测点。

地震预测、预报及土耳其未来十几年内的地震活动分析

2008年汶川地震发生之后，由中国地质科学院牵头的“汶川地震断裂带科学钻探”项目，计划钻探四口科学深井。其中，前三口井的位置都是沿着映秀—北川断裂带布置，在讨论第四口井的位置时曾经引起争议。因为地应力监测部门报告，在四川省雅安市的芦山县，地应力观测值不但没有释放，反而在增加。多位科学家认为，下一次地震的震中很有可能就在四川省芦山县境内，因此建议第四口地震科学钻井布置在芦山县。但是因为芦山县的施工条件有限等原因，第四口井的位置最终没有选在芦山县。2013年4月，芦山县发生了7.0级地震，多位科学家十分懊悔，因为错过了一次成功预测地震的机会。

从上世纪90年代以来，国际上科学界的主流观点认为，地震是不可以准确预报的。但是包括我本人在内，仍然有很多人认为，未来我们人类完全可以预测或预报地震，因为绝大多数大的地震发生之前都是有先兆的，只是各种先兆与地震之间的关联程度有多大，还需要未来做很多工作。

地震是人类社会面临的最严重的自然灾害之一，自然也是科学家关注的重中之重。虽然地震经常给人类社会带来灾难与痛苦，但地震也并非一无是处。

比如前面介绍的，人类可以根据地震波的传播规律认识地球的精细结构。地震还可以形成绝美的风景，美丽的可可托海周边很多海子都是因为地震而形成的。这些海子沿着大的断层带分布，地震后，断裂带两边的山体滑坡把河流堵塞，就形成了堰塞湖，也就是许多牧民称呼的海子。四川岷江沿线就有这样的堰塞湖，已经变成了特别漂亮的景区。

科学和科学之美

这几年我做地学科普，一直强调要“知其然”，更要“知其所以然”。当我们读万卷书，行万里路时，不妨思考一下美丽的自然风光背后的科学成因，比如黄山为什么“美”，泰山为什么“雄”，华山为什么“险”？我一直强调地质之美，因为几乎所有自然美景的背后，都有极为明显的地质因素，地质决定了各种地貌景观的形成及其未来。

（本期图片、视频来自第808期首都科学讲堂）

传播科学知识

弘扬科学精神

让科学普及与科技创新两翼齐飞

来源：北京科学中心