3·11日本大地震的基本情況
　　
　　最近發(fā)生在日本的大地震在社會上產生了很大的影響。這次大地震發(fā)生在3月11日下午當地時間14點46分，地點是38.03N、143.15E，震源深度為25公里，震級為9級。震源距仙臺鎮(zhèn)129公里、距東京373公里。震源機制是低角(14度)的俯沖型地震。斷層的長度約為700公里、寬度約為200公里，斷層面上最大滑動量是18米。
　　此次地震主要有三個特點：一是震級非常大，9級地震在歷史上并不多見；二是震動的時間比較長，約為300秒；三是引發(fā)了高達10米的海嘯，并伴有核泄漏等事故發(fā)生，這也是這次地震最大的特點。
　　
　　地震發(fā)生后，我跟日本的幾位朋友進行了聯系，特別是仙臺東北大學地震火山預報中心的幾位朋友，他們都回復了。其中的一位朋友在郵件中詳細地介紹了他的親身感受。他介紹，在地震發(fā)生的時候，他相信建筑物是堅固的，所以沒有逃出去，躲在了房間里。盡管這樣，他也不能確信這樣是安全的。因為，這次經歷與以往不同。以往在地震發(fā)生時，通常是十幾秒、半分鐘左右的強烈晃動，覺得東西要掉下來，有一種危險的感覺，然后逐漸消失、平靜。而這次地震，一次震動之后又來一次，總共有四五次，換算成時間有兩三分鐘時間的震動。他猜想，這次地震可能是一個地方破裂帶動另一個地方破裂，連續(xù)破裂造成的。
　　他的這種感覺是有道理的。圖1所示是日本東京大學地震研究所在震后公布的斷層模型。左圖中圓圈部分為當初地震震源分布，紅色五星為主地震位置。右圖為斷層分布和滑動的分布情況，是一塊一塊的，發(fā)生地震后，大約以每秒2公里的速度從震源向四周擴散，接連發(fā)生錯動，這樣給人的感覺是連續(xù)的破壞行為。
　　
　　3·11地震成因與日本地震特點
　　
　　截止到3月21日，本次大地震一共引發(fā)了657次余震，整個日本東部到海溝都在不斷破裂，不斷發(fā)生地震。這次地震引發(fā)的海嘯、核泄漏，已經導致超過1萬人死亡，16000多人失蹤。為什么會發(fā)生這么大的地震?它的成因和背景是什么呢?
　　在半個世紀以前，科學家已經提出地球是板塊構造，并且板塊之間存在相互運動。GPS等現代觀測技術都證明了這一點?；旧希厍蚩梢苑譃榱蟀鍓K，還有一些小的板塊。六大板塊之間的運動速度是非常大的，有的達到每年8厘米、5厘米、3厘米等。在這樣的板塊構造背景下，就會產生很多的能量積累，當能量積累到一定程度時便以地震的形式釋放。這就是地震的基本成因。
　　
　　圖2給出的不同板塊的年齡，顯示了世界地震分布的基本構造背景。紅色是最“年輕”的板塊，集中在洋脊，是大洋里中心的地方，是洋脊地震帶的區(qū)域。這里產生了新的板塊向兩邊移動，這就是所謂的板塊漂移。移動到陸地邊緣，就向下面俯沖，產生了現在最大的地震帶：環(huán)太平洋地震帶。另一個大地震帶是歐亞地震帶，中國基本上處于歐亞地震帶上。具體來講，比如太平洋板塊，洋脊產生板塊以后，向兩邊移動，然后沖入大陸的下面。沖撞的部位就是地震產生的地方，叫做俯沖帶型地震帶。
　　日本東邊是太平洋板塊，南面是菲律賓板塊，基本上日本整個列島都是在板塊俯沖帶的上面，即處于世界三大地震帶的環(huán)太平洋地震帶上。該地震帶上的地震大多屬于低角俯沖帶型地震。太平洋板塊運動的速度是每年8.5厘米左右，基本上都俯沖到日本的島嶼下面，這就是一個大的構造背景，也是產生地震的能量或者動力來源。
　　在日本列島上，震源深度大約在0～150公里。從立體空間可以看到，按照板塊俯沖的方向，沿著邊界上發(fā)生了大量的地震。
　　日本列島的地震類型基本上可以分為三類：一個是內陸型地震，這也是受板塊俯沖作用發(fā)生的；再一個最主要的類型就是板間的地震；最后就是板內地震。內陸地震和板內地震能量一般都不太大，一般為六七級，板間地震通常較大，世界上9級以上大地震幾乎都屬于板間地震。
　　這個地方為什么會發(fā)生地震?我們知道，板塊向下移動的時候，如果是慢慢滑動，兩個板塊之間隨著板塊推移也在逐漸相互運動，這個時候，能量通過熱或者其他形式已經釋放出來了，不發(fā)生地震。
　　
　　如圖4所示，太平洋板塊與歐亞板塊(部分北美板塊)相互運動，太平洋板塊向西位移突然收斂的地方(深藍色的條帶)為日本海溝(五星表示這次地震震中)。這個海溝深十多公里，其深度大干喜馬拉雅山的高度。在太平洋板塊剛剛向下俯沖的部分是沒有地震的，因為有海水的作用，板塊之間是慢慢滑動的，在非常深的地方也沒有地震，因為那里比較熱、比較軟，通常也可以自由地滑動。但是中間有一部分，平時是耦合不動的，英文叫Asperity，漢語叫做凹凸體或者是障礙體，因為板塊不斷向下俯沖，這個地區(qū)可以累積非常大的能量，到一定時候突然破裂，就是地震，這次地震就是這樣發(fā)生的。
　　板塊的慢滑動可以通過GPS的觀測或者其他手段測出來，也可以反演出這個地方的滑動。如果有的地方耦合不動，就是危險區(qū)，這里發(fā)生地震之后，破裂的范圍或者大小和慢滑動是互補的。
　　為什么有的地方是慢滑動，有的地方是耦合不動的，目前還不十分清楚。但有一種可能，就是海洋下面的所謂海山。海底跟陸地上一樣，也有山和丘陵。這些山隨著俯沖，最后進入到陸地板塊下面，和陸地板塊有一個很強的摩擦力，不太容易滑動，這就是地震容易發(fā)生的地方。地震不斷地發(fā)生，并且有一個明確的時間規(guī)律，例如，在茨城附近大致以20年為一周期。所以，1940年發(fā)生比較集中的地震，到1960年又會發(fā)生地震，按下來是1980年，等等。因此，日本研究地震的時候，基本找到了俯沖帶型地震的基本規(guī)律。因為哪里慢滑動發(fā)生，哪個地方不滑動，是可以觀測出來的，沒有滑動的地方，就是地震的危險區(qū)。當能量積累到一定的時間，根據滑動的速率、不滑動區(qū)域的大小，基本上可以確定震級的大小，所以地震的長期預報或者趨勢性預報，相對來講要容易得多。
　　海山作為耦合體或者兩個板塊之間耦合不動的地方，研究者在日本四國島的海域處找到了證據。所以，海山的前后段，就是危險區(qū)，就是地震發(fā)生的地方。
　　和中國相比，日本基本上是以俯沖帶型地震為主，中國則是以內陸型地震為主。日本地震多伴隨海嘯，但不是所有的地震都發(fā)生海嘯。中國的地震，除了臺灣地區(qū)，基本上無海嘯。還有，日本地震多數發(fā)生在海域，但是陸地上也有，相對來講震級不是那么大。中國的地震大都發(fā)生在陸域。日本地震次生災害比較大。所謂次生災害就是除了地震直接震塌或者倒塌的災害以外，經常會產生火災、海嘯，這些造成的災害往往比地震直接造成的災害多；而中國地震直接造成的災害比較多。日本地震引起的死傷人數，這次比較大，但相對來講比中國地震產生的傷亡小一些。中國是因地震造成死亡人數最多的國家。僅在上世紀，或者過去100年中，超過20萬人死亡的3次大地震都發(fā)生在中國。
　　
　　3·11地震預報失敗的原因
　　
　　地震預報失敗的原因是什么呢?地震的孕育或者發(fā)生是一個非常復雜的過程，人類對它的認識還處于初級階段，這是最根本的原因。日本地區(qū)超過8級的地震不多，雖然歷史上也有過8.6級、8.3級，但是9級的地震確實出乎所有人意料。另外歷史地震統(tǒng)計表明，下一個8級地震可能發(fā)生在日本東海地區(qū)。
　　圖5為日本預測30年內發(fā)生強地震運動可能的分布圖，紅色表示概率最大的地方，也就是說在日本東海地方或者南海地方，是非常有可能發(fā)生地震的。北海道發(fā)生地震的可能性也比較大，但是這個地區(qū)人少，可能引起的災難并不太大。日本根據研究成果對地震進行了預測。1978年日本制定了《大規(guī)模地震對策特別措施法》，據此在東海地區(qū)21處設置探測地下板塊運動的設備，不斷完善大地震預測系統(tǒng)。2003年，東海大地震對策專門調查委員會還預測，大地震將導致最多1萬人死亡。同年5月29日，日本中央防災會議出臺了《東海地震對策大綱》，針對東海大地震進行預想并制定應對措施。2009年，日本政府再發(fā)預測，30年內東海地區(qū)發(fā)生大地震的幾率為87％。
　　俯沖帶型地震往往是單個障礙體的破裂，為什么這次是大范圍地發(fā)生地震?為什么多個耦合區(qū)同時破裂?其原因目前還不是很清楚，這是今后一個很重要的研究課題。
　　
　　3·11地震災害與地球物理場變化
　　
　　這次地震引發(fā)了巨大的海嘯。海嘯作為地震的伴隨現象不奇怪，這是自然現象。海嘯預警比地震預警花的時間長，需要時間計算，然后發(fā)出預警。由于日本東海岸在此次地震時普遍下沉了很多，最大的地方超過1米，助長了海嘯災害的擴大。
　　據日本方面用GPS觀測網觀測，水平位移結果是5.2米，下降的最大值是1.2米。我們實驗室用理論根據斷層計算的結果也表明，日本沿海處都是在下沉的，產生了位移場，對中國的最東部會產生約2厘米的變化，對中國東北地區(qū)普遍產生大約5毫米的位移。這是不是意味著日本一定向東移呢?不一定。因為太平洋板塊的俯沖引起的通常是向西的移動，這種移動是不發(fā)生地震的，一旦能量積累到一定程度的時候，就發(fā)生地震，向東移動，這兩個移動大體上是平衡的。
　　如圖6所示，這次地震同時引發(fā)了重力場的變化。左圖為空間固定點的重力變化分布圖，達到約正負300微伽；右圖為經過300公里平滑后的重力場變化結果，達到約正負10微伽，這樣大的重力變化完全可以被重力衛(wèi)星GRACE觀測到。待幾個月后GRACE數據公開后，這個結論便會得到證實。
　　社會上關注，地震是否使地球旋轉加快。理論來說是這樣的，但沒有實際意義，對我們的生活、對人類的生存沒有任何影響。地球扁率(J2)變化觀測曲線見圖7。近年來發(fā)生地震所產生的影響也繪于其中，結果是產生的地球旋轉變化乘上100倍。圖中也顯示了2006年蘇門答臘地震產生的變化，乘上100之后，變化也是非常微小。所以地震產生的地球旋轉的變化是微乎其微的，一點兒不用擔心。
　　
　　3·11地震帶給我們的啟示
　　
　　通過這次地震可以得到的幾點認識。首先，地震是不可避免的自然現象，今后還會發(fā)生大地震，甚至還會發(fā)生9級以上的地震，這是不可避免的，是地球動態(tài)變化的自然結果。其次，地震預報還需要進一步探索，加強地震科普教育也很重要。大家通過電視可以看到日本民眾對地震的反應態(tài)度非常平靜，這說明平時的科普教育非常重要。另外，要加強地震科學基礎研究和地震應急的研究。最后是要加強抗震救災?，F在中國富裕了，有些建筑的設防標準、抗震標準應該提高。我們的標準和世界上建筑強度的標準相比，目前還比較