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他们提前说出了地震将从哪里开始

长期地震预测给出的是某段断层在一定时期内发生破裂的概率。对于日本九州中部日奈久断层带的中段和南段,官方估计的30年概率分别最高为6%和16%。这类预测从来不说的,是破裂会从断层上的哪个位置开始。

一把衡量应力的尺子

地震学家按大小来统计地震。震级不低于M的地震数量N遵循古登堡–里克特定律(Gutenberg–Richter law):log₁₀N = a − bM。其中的斜率称为b值,决定了小地震与大地震的比例。实验室实验和对地壳的研究表明,b值随应力(岩石所承受的挤压和剪切荷载)升高而下降。把它在空间和时间上绘制成图,它就成了一把衡量应力的尺子:b值低的地方,标示着断层上受力最大的部分。

这个想法由来已久。在加利福尼亚州的帕克菲尔德(Parkfield),一幅在2004年6.0级地震七年前发表的b值图,标出了后来发生滑动的那一片区域。但它没有指出破裂会从哪里开始,而该图的作者称,实际的起始点出乎他们的意料。对于其他许多大地震,低b值都是在事后才被注意到的,已经来不及检验。

2019年,地图上的一个矩形

2016年4月,熊本地震序列——先是6.5级,然后是6.4级,再是7.3级——使日奈久断层带北段和相邻的布田川断层带发生了破裂。日奈久断层带的中段和南段没有破裂。

K. Z. Nanjo及其同事利用日本气象厅的地震目录,绘制了2017年1月至2019年3月的b值图。沿着两条断层带,b值在2016年之后处处升高,这是应力已经释放的迹象。只有一个地方例外:日奈久断层带的中心,那里的b值下降了。另外两条线索也指向同一地点:那里余震衰减的方式,以及一个关于2016年后慢滑移的模型——这种滑移恰好在该处之前停了下来。

2019年,该团队公开发表了这片区域——一个横跨东经130.6–130.8°、北纬32.5–32.6°的矩形——作为下一次破裂最有可能开始的地方,并在熊本县政府举行的新闻发布会上宣布了这一结果。

同一断层区域的两幅彩色地图,中间有一个红色矩形和星形标记。

2016年之前(a)以及2017年1月至2019年3月(b)的b值图:蓝色表示b值低。红色矩形是2019年指出的区域;红色星形标出2026年的地震。——图2,Nanjo等(2026),arXiv:2610.39393。

七年之后

2026年7月28日,一场7.1级地震袭击了日奈久断层带中段,破裂延伸到了地表。就在第二天,该团队把2019年的地图提交给了日本地震调查委员会。

在地图上,震中——破裂起始点正上方的地表位置——恰好位于矩形之外,距其北缘2.9公里:小于地图上每个点收集地震所用的5公里半径,因此仍在地图的分辨能力之内。但地图把直到地下25公里的所有深度合并在了一起,而破裂是从地下的某一个点开始的。在沿断层所作的垂直剖面上,低b值区域向下延伸,而2026年地震的起始点位于地下16公里深处,正处在这一区域之内,那里的b值为0.6–0.7。在两个相互独立的初步模型中,大滑移区——滑移超过1.2米——都穿过了2019年指出的区域。

就在地震发生前,这些低值依然存在。地震之后,起始点周围的b值升至0.9–1.2,这正是应力释放后预期会出现的情况。据作者所知,这是第一个被事先公开发表的大地震起始点。

断层的三幅彩色编码垂直剖面,从地表一直到地下20公里,带有星形标记。

沿日奈久断层的垂直剖面中的b值:2016年之前(a)、2026年地震前夕(b)以及地震之后(c)。7.1级地震始于剖面上的0公里标记处、地下16公里深,位于一片蓝色的低b值区域内。——图4,Nanjo等(2026),arXiv:2610.39393。

下一个候选地点

剖面上还显示出另一片低b值区域,位于2026年破裂起始点西南约20公里处,恰好在那次地震大滑移结束的地方。它位于断层的一处弯折,即断层改变走向的地方——这处弯折在地震之前就已被野外调查绘入图中。2016年的地震序列同样始于一处b值低的弯折。自2000年以来,这片区域的b值一直很低,经历两次地震序列都是如此:两次都没有释放它的应力。和2019年一样,作者把它指为下一次破裂最有可能开始的地方。

破裂可能从那里向西南延伸,进入八代海之下。那里的地震太少,无法测量b值,于是该团队计算了2026年的滑移如何改变了那些断层上的应力。结果是:它把这些断层推向了更接近破裂的状态,在其东北端,根据所用模型的不同,最大值为0.9到1.7巴(bar)。正是这些断层,官方评估本来就给出了最高的概率——30年内最高16%。

一个地点,而不是一个日期

“一场地震无法证明一种方法有多好,”作者写道。要评判它,必须把同样的步骤应用到其他断层上,并在地震到来之前把每一个选择都记录下来。数据已经存在:日本、加利福尼亚州、智利、意大利和土耳其的台网年复一年地记录着哪怕是很小的地震。2019年指出的那片区域等了七年才迎来它的地震,而b值中没有任何信息能说明下一场地震何时到来。它提供的是一个值得关注的地点,好让那里的防灾准备能在地震之前、而不是之后得到检视。