【地理知识】“震”在哪里——细数中国地震带
2021-02-21 20:30
大自然工作坊
中国何处可能发生地震？迁徙的青蛙和地震云都是没法给出答案的。要想对地质事件进行最靠谱的解释，必然还得依据地质科学本身。看看专门研究地球动力机制与活动的科学——板块构造学，给出的是什么意见吧。
地震是地壳内能量的突变性释放。地震发生时，随着地震波而向外辐射的能量，对人类生命和财产的安全造成了致命的威胁。而除了地震那巨大的破坏力外，它的不可预测性，也让人们对它的恐惧再次上升了一个数量级。人们并无法像其他地质灾害那样，能够显而易见地观察到地震的直接诱发源。
如果你想避免火山灾害，你可以远离火山；想避免泥石流灾害，你可以离开高落差的山区，想避免海啸，你不呆在海边就行。但是地震呢？翻阅人类自古至今留下的地震记录，无论城市、海边、山区、平原…一切人类可能居住的地方，似乎留下了这地下恶魔的淫威。地震，就仿佛撒旦手中的骰子一样，那随机的灾难，说不定一不小心就甩到了哪里。
在这致命的破坏性和不确定性面前，人们对地震的恐惧异化为了高度的警觉与敏感，一些事实上与地震并没有太多联系的现象，便会因为人们的恐惧与敏感而聚焦起了大众的视线。但是，地震发生在哪里真的就毫无规律可言吗？这样的说法同样极端。
虽然我们并没有让撒旦不掷骰子的本领，也依然无法知道那骰子随机落在哪里，落出多大的点数，但最起码，经过地质学家们不懈的努力，我们至少知道了骰子必须洒在棋盘里。而棋盘在哪里——在板块构造学这门研究地球运动形态及其动力机制的科学面前——便是一个确定性的命题了。
[Introduction] 板块交界处的棋盘
板块构造学（Plate Tectonics）是一门全新的地球科学理论。它的诞生甚至比量子力学还要年轻几十年。虽然它的源头可以追溯到上世纪初大陆漂移假说的提出，但其核心理论体系的建立，却是在上世纪中叶随着海洋磁异常条带的扩张、洋中脊及热点的发现才予以完成的。板块构造学说的理论框架主要立足于三个确定的事实以及两个基本的假设。其中，【软流圈的确定存在】、【星球级板块的确定存在】、以及【岩石圈确定可以发生大规模水平运动】这“三大事实”给了板块构造学一个基本的图景，而【地球总表面积不变】、以及【力在板块中以刚性传递】这两假设，则为板块构造学所进行的一切解释给出了一个基本的前提条件。
如果要形象地描述建立在“三大事实”上的基本图景，简单地说便是这样的：在地核这个燃料炉的的加热下，具有流动性特征的软流圈产生滚滚对流环。而最上部的板块呢，则是飘在“软流圈之海”上的七巧板，随着前者的对流，随波逐流地运动在地球的最表面。
图景画出来后，为了描述问题，我们还得让它动起来。这就需要用到“两大假设”了。
虽然板块在对流环上是移动的，但地球表面却被板块完全覆盖，并没有丝毫未被板块填充的空间来容许这些板块自由地移动。根据第一假设【地球的总表面积不变】，这就相当于站在一辆挤满了人的公交车上一样，车厢的体积是一定的。如果你要进行一点位移， 但同时却又扩不出来额外的自由空间，那么你的移动将必然同周围接触者产生作用：对前方人的挤压、相对侧面人的平移、以及相对身后的人的空间拉张。板块之间也一样，只不过板块之间所进行的却是星球级的挤压、平移以及拉张。在直接接触的条件下进行大规模的相对移动，可想而知，必然会伴随着大量能量的释放与转移。再根据第二假设【力的刚性传递原则】，由于板块是刚体，广袤的板块内部，并不会受到太多力的作用，它们相对运动时的能量释放及力学效应，便被集中在了板块之间针锋相对的接触边缘。
于是，板块边缘集中了最为剧烈的力的作用，使得挤压边缘由于强烈的撞击而形成宏伟的造山系，使得俯冲边缘由于深深陷入地下而形成深邃的海沟，使得平移边缘由于强烈的剪切摩擦而产生平直绵延的走滑断裂带，使得拉张边缘由于破裂形成深大的裂谷或中脊…人们便是根据这些地貌学上的特征反映，将板块的边界一点一点地勾勒出来，绘制成了如下所示的全球板块分布图。
板块构造学所解释出的板块分布图
图片来源：learner.org
回到我们今天的话题上来，我们知道，地震是地壳能量的释放。而板块构造告诉我们，板块之间的能量需要消耗在这些刚性板块的边缘，换句话说，地震的发生范围，其实就被板块构造学限定在了这板块的分界线上咯？
那就把人类历次记录的地震事件的坐标，投影到地球表面上吧。在投影的样本足够大之后，我们逐渐发现了问题的所在——地震发生的高频率地区呈现带状分布，与通过地貌特征而限定出的板块边缘几乎完全吻合！
1963-1998历次地震发生地的坐标在地球表面的投影。
图片来源：alieninterview.org
于是，板块的边缘，从此有了一个更为大家所熟知的名称——地震带。可以看到，无论从“经验的”统计数据上看也好，从“逻辑的”构造地质学理论推导来看也罢，地震，只能发生在板块的接触带上。在广大的板块内部，地震活动是微乎其微的。这一条条星球级的黑色巨线，便是撒旦播下骰子的棋盘。
[Geological Background] 中国的板块与造山带分布情况
当然，你可能已经在平时的涉猎中了解到板块边缘和地震间的密切关系，但我相信大家应该还会有这样的疑问——就拿大家最关心的中国区域来说吧，从上面地震分布的投影图上看，除了青藏高原这个欧亚板块与印度板块的接触带外，中国确实处于欧亚板块的内部，但为何“板块内部”依然还投有不少的点，为何依然还会发生如此多的地震呢？
其实，上述经典的板块图示，只是对星球级的板块做出了描述而已。欧亚板块、太平洋板块、印度板块….它们是地球的最大的一级板块，而这些板块呢，则是由次一级的小版块所组成的。我们现在便来讨论一下中国境内的次级板块。我们会发现，真正具体到中国尺度内的地震分布，对应的，则是这些次级板块的分布边界。
中国三大亚板块分布图
图片基于百度地图。笔者在此基础进行绘制。
中国内部的基本构造格局，便是围绕着三个主要的次级板块（也称克拉通。以下不再讨论全球级板块，故简称板块）而形成的，他们分别是华北板块、华南板块和塔里木板块。三大板块的分布如图所示：如果粗略地描述便是这样：三大板块中，华北处在两块板块中间，三者呈“7”字形排列。华北板块在南侧以秦岭-大别造山带为界与华南板块分开，而在北西侧则以阿尔金造山带而与塔里木板块为邻。这两条造山带，分别是上述板块间相互相撞挤压的产物。
三个板块显然不能够覆盖中国的全部面积。充填在中国版图内其他区域的，除了这三大板块亲自碰撞产生的造山带外，便是在漫长的远古时期拼贴到这些板块边部的一些微小陆块、岛弧了。譬如，我国更靠北一点的地方（新疆北部、内蒙古、东北一部分），便属于著名的中亚造山带的一部分。中亚造山带由堆挤在西伯利亚板块和塔里木板块之间的一系列零零碎碎的小陆块小岛弧们组成。这条宽阔的造山带在西侧以天山与塔里木板块为界，绵延经过外蒙古，塑造出辽阔的蒙古高原，最终在东方止于阴山-兴安岭山脉，从而与华北板块毗邻。
而整个青藏高原上面已经说过，则直接起源于印度板块向欧亚板块的碰撞。高原本身便是由一系列推挤的陆块拼贴而成的，它在北方以祁连山与塔里木隔山相望，而在东侧则跨越龙门-横断山脉进入华南板块的上扬子地区。
台湾则更为直接，它压根就是目前正在激烈活动的西太平洋岛弧的一部分。与日本列岛在地貌上呈平行分布。
中国造山带分布图
图片来源：ditu.cn
了解了中国内部板块和造山带的大致分布区间后，让我们在中国范围内再来演绎一次板块构造学的基本理论吧。“稳定的刚性板块在碰撞时，会在碰撞最为直接的边缘产生大规模挤压，形成平行于板块边界的高耸绵延的造山带，并伴随着巨大的能量释放比如地震……”…..停！好的，让我们看看中国内部地震的频度投影吧。是不是又一次与祖国一条条巍峨的山脉重合，从而勾勒出了次级板块们那隐隐约约的轮廓？
中国地震带分布图
图片来源：godeyes.cn
答案自然不言而喻，除了一些早已经失活的造山带（譬如秦岭-大别、东中亚造山带）外，其他的造山带都以其尚不稳定的力学机制而在印度板块和太平洋板块的作用下铺开了自己的棋盘。这是没有奇怪的。但是，仔细分析中国的地震分布图，我们发现，在上面第一部分结尾时提出的问题，随着板块尺度的缩小，不仅没有顺利地解决，反而如同分形般，同样再更次一级的尺度上出现了。这个现象明显表现在华北板块的内部，“为什么次级板块的内部，还是分布着如此之多的地震投影点呢？”
继续回答“二级板块的下面还有三级板块”？不，已经不行了。大量研究表明，在数亿年前太古代时，当单位陆块拼贴形成统一的华北板块后，显生宙中的华北板块，已然是一个无法再进行详细划分的整体了。
当然，我们还是心存侥幸，板块之间的作用力【主要】集中在板块的边缘嘛，在内部，偶尔发生一些小规模的应力场调整，也是情有可原的…..等等，情有可原？
1668年，郯城大地震，里氏8..5级，约5万余人死亡，山崩地裂，泉涌三丈…
1975年，海城大地震，里氏7.3级，官方统计伤亡共18308人…
1976年，唐山大地震，里氏7.8级，官方统计24.2万人死亡， 16.4万人重伤…
在上面这些撼动人心的数据面前，板块构造学家们好不容易用半个世纪建立起来的限定地震高发区的一点希望，便会随着华北大地上地震之魔的狂舞，而如同震中的建筑一样，瞬间归于崩塌吗？在大自然无处不在的随机性面前，难道我们就真的只能用混沌学那“测不准”三个字来敷衍万事万物？变幻莫测的造化胎动，难道就容纳不下一点确定的回答？
不。要知道，地质学人所着眼的那个世界，并不是量子世界。
[Thinning of N.C.Craton] 华北苏醒！
这么说吧，我们知道，在时光的长河中，没有什么东西是一成不变的。地质学对沧海桑田的回答，已经使得地史变迁的这种印象早已深入人心。那么换位思考一下，对于一个稳定的板块来说，暂且不谈别的板块对其的作用，我们能不能想象它自己会渐渐地活跃起来，逐步成为一个构造活动的高发区域呢？答案，是会的。
我们那从隐生宙时期形成以来便经历着数亿年沧桑，稳定地接受着时间洗礼的华北板块，在如今，已经从开始一点一点地失去它往日的厚重与沉稳，在时间中睁开了它沉睡的双眼，一点点地活跃了起来，使得内部孕育了频繁的地质活动。这种作用被称为板块的活化（Reactivation），研究表明，板块的活化往往与板块的减薄（Thinning）有关。而经过了岩石地球化学、地震波、地热梯度等等诸方面的验证，华北克拉通确实也有着减薄的事实。无论从其机制在板块构造理论中的特殊性考虑也好，从地震预测及矿产勘探等应用方面考虑也罢，华北板块的减薄，都注定将引来地学界的重视。2007年，我国国家自然科学基金委员会推出了为期8年的“华北克拉通”重大研究计划，便是与华北板块减薄相关方面的研究成为当前地学界热点的一个有力佐证。
根据相关研究，虽然华北版块内剧烈的地震活动并非直接来自相邻板块（太平洋板块）的推挤， 但太平洋板块确实也难逃干系。由太平洋板块俯冲所造成的挤压应力场的直接波及区域是日本岛弧的范围，而朝向大陆的方向，随着俯冲板块向下运动，在较靠后的区域的地表范围内，却往往会发生拉张应力。我们有这样的生活经验，对一块橡皮泥或者面团，对它进行拉伸将不可避免地减少其厚度。板块也一样。在拉张应力场下，岩石圈同样将遭受不可避免的减薄。只不过，对于刚性的板块，我们却无法像面团一样使之柔和地伸展。伴随着巨量的正断层和相关的岩浆活动，拉张应力在地表的突然释放，便成为了一次又一次地震活动的第一推动力。而这，也正是太行山-燕山地震带的缘起之由了。
绵延万里的华北平原内部，还有一条横贯南北的大型平移断层，也就是我们所熟知的郯庐断裂带——它北起辽吉黑，南抵鄂东，波及河北、山东、江苏，并与燕山地震带“共振”于京津，直接如同一把锋利的刻刀，在华北大地上留下百万年的伤痕。郯庐断裂带本来是中生代时由华北板块和华南板块碰撞而形成的，然而，在随后太平洋俯冲作用下，伴随着太平洋俯冲所带来的巨大走滑分量，这条古老的断裂带重新活跃，成为了横插在板块内部的大地之刃。
当然，太行山正断层系以及郯庐断裂带，只是华北板块内部两条比较宏观的地震带，事实上，在太平洋板块俯冲作用中，俯冲入地幔的板块必然会受到地幔的加热，从而产生脱水相变。脱水过程中新生物质的浮力上升，以及体积扩大，都成为了华北克拉通减薄的积极贡献因素，而对于人类来说，则又平添了诸多地震的隐患。最直观的便是漫步在上述两大地震带之间的，深埋在地下的数以万计的断层与裂隙。记得不知是哪位地质学家说过，“华北板块的构造样式，就如同一个将盘子在地上摔粉碎，”他这样形象地描述，“然后再踢上一脚。”
地震灾害的防护，要建立在对地质客观事实的承认上。我们无法改变华北板块内部地质背景异常复杂的客观事实，但是，这并不代表人们每天都要敏感到风声鹤唳，看到一些稍微不正常的自然现象就“草木皆兵”。对地质现象的解答，主要还是要依据现代地质科学的成型理论。何况，在升级抗震设施技术上，在优化抗震机制建设上，我们确实还有很大可以去努力的空间。踏踏实实地依靠专业科学理论的进展，实实在在地着手于抗震工程技术的提高，才是人类——这个以理性和智慧而立身的种族——在亘古不灭的地质灾害面前能够给出的最有底气的，也是的唯一的答案。
作者：果壳网 溯鹰返回搜狐，查看更多
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