石木说

活动断层的识别在活动断层研究中是非常重要的一个环节，在定量确认活动断层活动时代之前，我们必须要勾画出断层的分布范围。地震地质学家如何寻找断层的呢？

发生地震时，地表沿断层会分布鼓包、陡坎，被水平错断的河流阶地和山脊等，地震地质学家就是根据卫星影像和航片上这些地貌分布特征，辨识出断层的存在，如阿尔金断裂，刚开始研究人员就是在卫星影像上肯定了这条断层的存在，低分辨率的影像只能给出断层的粗略信息，研究人员还要进行实地考察和断层填图，最后给出断层分布的精确位置。根据变形地貌面的年代，可以给出活断层活动时代的范围。

谷歌地球在活动断层研究中的重要意义

谷歌地球是谷歌公司提供的免费卫星影像，其随时间不断更新，且其分辨率不断的提高，在有些地方可以与某些商业的卫星影像相媲美。利用谷歌地图，地震地质学家可以很快的定位研究区范围，对地貌特征进行解译，分辨出断层的分布位置。在进行野外考察之前，研究人员根据河流的大小和断错、陡坎分布以及交通等情况，确定重要考察地点，节省时间，很大提高了野外工作效率。

Google Earth http://earth.google.com/

Google Earth上的阿尔金断裂

对于徒步和交通工具都很难到达的地方，研究人员可以借助高分辨率的航片，解译断层通过之处的为地貌特征，可以测量出地貌变形量的大小，以期获得断层的活动强度。

高精度航片 红箭头为断层位置

城市是人类文明发展的产物，是人类智慧的结晶，各种商业、文化和政治等之所在，其在当今社会中具有重要的作用。自然灾害对城市的危害很大，由于它的空间限制和过大的人口密度，任何一个大范围的灾难对其的危害都是不可估量的。近年来，我国开展的“城市活断层探测工程”即是评估地震对各大城市的危害性的评估。

探测城市内部和周边的活断层情况，城市建筑物合理避让和加固，以期做好抵御地震的破坏，这种策略也是依据当前地震研究程度最为合理的。我国大城市的活断层探测工作基本已经结束，目前中小城市正在陆续开展。但是对于有些偏远地区的小城镇，由于经济和地理或规划者的原因，目前或在未来一段时间内还不能开展此类的工作。如玉树，在上次地震中损失惨重，主要就是倒塌的房屋都没有依照建筑标准。

青海果洛藏族自治州玛沁县，东昆仑断裂即穿越城南边，东昆仑断裂在该区的平均滑动速率达到10mm/yr。该县正在建设的移民工程离断层不足3km，而该移民工程的质量也令人担忧。在城东西两侧的藏族群众的房屋或帐篷与电线杆都是沿着断裂而建，这里一旦发生地震，其电力和群众的住所必然遭到致命的破坏。

沿断层而建的电线杆(玛沁城东牧场) 红箭头为断层位置

断层边的藏民帐篷,红箭头为断层位置

另外一个相反的例子是甘肃阿克塞哈萨克族自治县，该县以前的老县城就建在阿尔金大断裂上，后来搬迁至老城以北20公里外，这是当地政府的明智之举。

阿克塞老县城 来源：付碧宏

阿克塞新老县城对比 来源：付碧宏

后面两张图来源：http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=312752

我在气候预测与地震预测一文中提到,地震地质学家通过横切活动断层,开挖大型探槽,可以辨识出在该断裂上以往发生的古地震事件.得到完整的古地震事件后,通过分析地震发生的年代序列,总结该断裂的发震规律,预知未来该断裂上地震危险性如何.来自美国加州大学欧文分校的Sinan O. Akçiz博士与其同事在圣安德烈斯断裂的卡离索平原(Carrizo Plain)开挖了古地震探槽,给出了5次古地震事件,并结合1857年的7.9级地震,认为圣安德烈斯断裂的强震复发周期为88±49年,这比以往的研究人员所给出的结果小了很多.他们将这一结果发表在了2010年第9期的《地质》（Geology）上。

圣安德烈斯断裂

圣安德烈斯断裂是美国西海岸最重要的一条右旋走滑大断裂，是北美板块和太平洋板块的边界，年平均滑动速率达数厘米。Sinan O. Akçiz博士等开挖的探槽位于圣安德烈斯断裂的南段，这里在1857年发生过7.9级大地震。

沿断裂带开挖的探槽位置

从探槽剖面中，研究人员辨别出加上1857年地震的6次地震事件，通过碳十四测年方法，限定了每次地震事件的发震时间范围，地震的平均复发间隔为88±49年，但是从时间序列中，我们很容易看出，每两次相邻地震之间的时间间隔大致可以分为两种范围，一个是50年左右，一个是150年左右，两种不同的时间间隔分别代表了两种不同大小震级的地震，依照研究人员的数据可以认为50年时间间隔的地震震级在6.5级左右，而150年则为7.9级左右，探槽中的地层变形强弱也支持这种观点，这种发震模式符合滑动可预报模式（见附录1）。如果以上证据没有错误，从1857年到2010年，该断裂已有153年的平静期，可以认为该断裂已达到发生7.9级大震的时间，在未来的5～7年，该断裂将会发生像2008年中国四川汶川地震一样大的地震。

古地震事件序列

参考文献：

1. Century-long average time intervals between earthquake ruptures of the San Andreas fault in the Carrizo Plain, California， Geology; September 2010; v. 38; no. 9; p. 787-790; DOI: 10.1130/G30995.1

附录：

1. 地震的原地复发模式

1980年，日本学者岛崎和田将地震复发行为理想化为三种情况：a.严格周期性复发模式，b. 时间可预报模式, c.滑动可预报模式。第一种情况是每次地震发生时的应力累积量和应力降都是一样的，第二情况是每次地震发生时的应力累积量是一样的，第三种情况是每次地震后应力剩余量是一样的。

地震复发模式

上次第四纪大会上有人提出地震为什么要原地复发的问题。依据现有的理论，地震是由活动断层突然滑动造成的地面震动，地震只会发生在活动断层上（火山引发的地震另论），而不会发生在稳定的块体上。活动断层是在不断运动着的，通过运动和断层面之间的摩擦力来集聚能量，一旦能量超出了摩擦力的范围，地震就发生了。一条断层发生地震之后，就会进入平静期，继续积聚能量，以期为发生下一次地震做准备，这就是原地复发。当然，可能每次地震时破裂初始点是不同的，但是属于同一个段落。

做过两次报告，均有人提出“断层的滑动速率和地震危险性的关系”这个问题。对于这个问题，在2008年汶川Mw7.9级地震之前，很多研究人员对此有很大的误解，因此错估了龙门山断裂的危险性。

地震地质学家通过地质学方法，得到断层在万年尺度上的平均滑动速率，这个滑动速率的大小表明断层长期的平均活动水平，如果只看这一个指标，我们不能评估断层在未来的危险性。地震是一个能量释放的过程，地震的大小与断层积聚的能量有关，而能量的标定与断层应力积累情况、断层活动的规模有关，应力积累情况与区域构造环境、断层活动性质、特征地震原地复发间隔（古地震活动历史）和最新一次强震的活动时间有关。

如龙门山断裂带，整体的滑动速率不超过2～3mm/yr，其中2008年地震的主要发震断裂的中央断裂（映秀——北川断裂）逆冲速率只有0.3～0.6mm/yr和右旋走滑速率约为1mm/yr，平均活动水平算是低的。但是，以往我们忽略了它200多公里长度，而且缺少它的古地震活动特征和历史强震资料，因此在汶川地震之前，研究人员很难对其作出合理的危险性评价。总之，这也是研究人员的疏忽，在地震之前没能对其做深入的研究，蛊惑研究人员的一个指标就是它的低滑动速率，高估了滑动速率在地震危险性中所占的比重。

南北地震带中段及龙门山地区活动构造图(参考1)

2008年汶川地震之后，科学家们对龙门山地区做了大量的科研工作，探槽中所揭示的古地震资料表明，该地区大震的活动具有准周期性，复发间隔约为3000年，因此汶川地震之后，在很长的一段时间内，该地区不太可能有大地震发生。

参考资料：

1.张培震, 闻学泽, 徐锡伟, 等. 2008 年汶川 8.0 级特大地震孕育和发生的多单元组合模式. 科学通报, 2009, 54(7): 944~953

地震地质学家通过分析历史地震和古地震事件，可以总结地震在时空上分布的特征，进而对未来地震危险性作出合理的预测。为了能够做出较为正确的预测，地震地质学家必须要知道过去发生的全部历史地震事件和某一时段完整的古地震事件序列，然而，限于历史资料的缺陷和现今确认古地震事件的技术问题，很难得到完整的历史地震和古地震事件。

对于历史地震事件。地震地质学家主要是从历史资料（各种史书、地方志、古人的诗文和历史文物遗迹等）中获得地震的资料，文明古中国的文字记载历史有几千年，当然关于地震的描述也是相当早的，这也是我们能够做历史地震考证的基础。即使如此，对于很多的历史地震，地震地质学家必须要费很大的精力去搜集史料，而往往只能在一些地方志、野史或零散的古文里才能找到些端倪。如果资料不足，研究人员就不能够准确的画出历史地震的发震时间、震中、震级、等震线等，这就为地震预测带来了很大的不确定性。

历史地震等震线

对于古地震事件。古地震事件为无文字记载的地震，通常由于这种地震发生时间比较老，或发生在偏远的无人地区，在历史资料中没有记载。在内陆地区，对于中浅源的大地震，地震发生时，必然对地面或以下的地层产生影响，或错断，或褶皱等，经过风化侵蚀、新地层的掩埋等过程，古地震必然在地层中留下一些标记，地震地质学家就是根据这种标记来发现古地震事件。研究人员在横切活动断层上，开挖数米深、数米宽、十来米长的探槽，通过分析探槽中地层的变化，找出古地震的标记，然后利用上下地层的关系，确定古地震发生的年代。然而，由于探槽选址、开挖尺寸等以及地震本身的复杂性，地震地质学家有时很难给出完整的古地震事件。

古地震探槽

“现在是认识过去的钥匙”，认清探槽中的地层关系，来推测过去发生的地震事件，古地震研究也是在这个至理名言下进行的。然而，过去也是对未来认识的一把钥匙，把过去地震的发生规律弄清楚，我们就可以推测未来地震的危险性如何。不光地震研究，气候变化研究也是如此。

最近格陵兰岛北部埃姆冰芯钻探项目（The North Greenland Eemian Ice Drilling – NEEM）钻到了冰盖之下的基岩，在2537.36米深处，得到了最底层的冰芯，即埃姆间冰期的表面。冰芯中记录了过去气候变化，从没有受到任何干扰的冰层中，可以得到气候变化的完整记录。埃姆间冰期是上一个间冰期，其温度比现在要高，而且海平面比现在高5米，利用冰芯里的同位素、温室气体、DNA、孢粉等，冰芯研究人员可以知道过去气候是怎么变化的，进而为未来气候变化预测提供可靠的依据。

基岩上的冰芯

NEEM由来自14个国家的科学家组成，中国的参与科学家是来自中科院寒旱所的任贾文，丹麦和美国提供重要的支持。NEEM的主要任务是，弄清埃姆间冰期气候的变化，因为埃姆间冰期可能与我们正在经历的气候变化最为相似。当温度升高时，埃姆时期的格陵兰岛的冰盖的融化对海平面的升高影响有多大等，都会对我们预测未来海平面的上升等有重要的指示意义。

地震是由断层活动产生的地面振动现象，发生大地震时，地面的剧烈活动，导致沿地震断层附近的树木发生倾斜，对树冠、树干和树根产生破坏。这些破坏最终致使树木年轮宽度发生突变或缺失，甚至造成树木死亡。从而这些不同于正常情况下的因素被树木年轮记录下来，通过分析树木年轮的变化，利用特定的定年方法，推测历史地震或古地震事件发生的准确的年代和断层破裂情况。这种通过树木年轮研究地震的方法被称为树木地震学。

美国圣安德烈斯断层附近松树树根上保存的地震证据(点击查看大图)

这种方法早在1968年就已被Pege成功应用于美国阿拉斯加Fairweather断层1958年7.3级地震破裂带的确定中，研究人员还通过类似方法，分析了圣安德烈斯断裂上的树木年轮，找到了1906年旧金山7.8级地震、1857年8级地震的证据。

圣安德烈斯断裂

在国内，研究人员也利用树木地震学的方法，对1931年新疆阿尔泰山富蕴8级地震、1927年甘肃古浪8级地震、1888年甘肃景泰6（1/4）级地震等及其发震断层做了研究。

树木年轮中记录富蕴8级地震的证据

树木地震学方法的应用：

1.确定古地震和历史地震的其次和年代，年代比在探槽中采集的光释光样品精度要高很多

2.确定地震断层的破裂段

参考文献：

杨斌, 刘百篪, 周俊喜. 1995. 甘肃古浪、景泰活断层上的树木地震学研究. 地震地质. 17(2):139-147.

天蓝. 2008. 寻找树木年轮中的古地震事件. 生命世界. http://www.lifeworld.com.cn/Item/1013.aspx

智利8.8级地震和海地7.0级地震，都是用的矩震级，矩震级是由断层破裂的地震矩决定，地震矩是能量的直接反映。地震矩M₀和矩震级Mw之间的关系公式是(M_w) = (2/3).*log₁₀(M₀) – 6.05，而M₀ = （mu）* A* u，（mu）=30 GPa 或3×10¹⁰ N/m²是剪切模量,A是断层面积，即断层面的长度乘以宽度，u为平均同震位移量。造成智利地震的断层长600km，宽150km，同震位移为5m，海地地震长30km，宽10km，同震位移3m，利用以上公式我们就可以分别计算出海地地震和智利地震的矩震级分别为6.9和8.7，这和播报的结果差不多，而地震矩分别为2.7000e+019 Nm和1.3500e+022 Nm，两者相差500倍。

来源：How do we determine that the recent Chile earthquake was “500 times larger than” the recent Haiti earthquake?