不在傳統(tǒng)地震帶，廣西柳州為何遭遇300年來最強(qiáng)地震？

來源：科學(xué)大院（中國科學(xué)院官方科普微平臺(tái)），轉(zhuǎn)載請聯(lián)系cas@cnic.cn

5月18日，廣西柳州市的居民經(jīng)歷了一個(gè)不眠之夜。

5月17日的傍晚和晚間，柳州發(fā)生了兩場3級以上地震；5月18日凌晨0時(shí)21分，一場5.2級地震突然襲來。在經(jīng)歷了幾次較小的余震后，當(dāng)晚21時(shí)44分，第二場5.2級地震又接踵而至。截至目前，系列地震已造成2人遇難、5人受傷，多處民房坍塌。

柳州地震現(xiàn)場救援（圖片來源：央視新聞）

短短28小時(shí)內(nèi)，柳州發(fā)生了5次3級以上地震，其中包含兩次5.2級地震。5.2級地震已經(jīng)屬于中強(qiáng)震，且此次震源深度淺，僅有8公里，這導(dǎo)致地震烈度較大，周邊多地震感強(qiáng)烈。

在大家的印象中，廣西似乎很少發(fā)生地震。那么，為什么這次柳州會(huì)突然爆發(fā)如此密集、且震級不小的地震呢？

“隱藏”的斷裂帶

首先，從構(gòu)造位置來看，廣西位于華南地塊內(nèi)部，遠(yuǎn)離全球主要地震帶，因此地震的發(fā)生頻率確實(shí)較低。柳州上一次發(fā)生5級以上地震還要追溯到清朝康熙三十四年（1695年），震級為5.5級，距今已經(jīng)超過300多年。

從公元前2300年至公元2000年，中國震級大于4級的地震震中分布。華南地區(qū)的地震數(shù)明顯少于四川、云南等地震高頻地區(qū)（圖片來源：中國地震局地質(zhì)研究所的）

不過，對于地處廣西中北部的柳州而言，地下還隱藏著一條重要的地質(zhì)構(gòu)造——河池-宜州-柳城斷裂帶

這條斷裂帶是廣西一條非常重要的區(qū)域性斷裂，總體呈向南突出的弧形，大致沿東西方向展布。其蹤跡西起南丹，經(jīng)河池、宜州、柳城，東至鹿寨以西，綿延約300公里。在衛(wèi)星圖像上，可以清晰地看到這條斷裂帶在地表上留下的“疤痕”。

柳州、河池周邊地區(qū)衛(wèi)星地圖（圖片來源：高德地圖）

河池-宜州-柳城斷裂帶遙感圖（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

地質(zhì)學(xué)家將這條長達(dá)300公里的斷裂帶劃分為四段：

北段，即最西端的南丹段，其最新活動(dòng)主要停留在約260萬年至77萬年前的早更新世，如今的活動(dòng)性很弱。

西段與中段，即河池段和宜州段，是整條斷裂帶中最活躍的部分。研究表明，這一段在幾十萬年前的中更新世中晚期仍有明顯活動(dòng)，被評估為具備發(fā)生5.5-6.0級潛在地震的能力。

東段，即柳城-英山段，也就是柳州本次地震發(fā)生的地帶。該段的活動(dòng)黃金期在中更新世，而從距今約12.8萬年的晚更新世開始，其活動(dòng)跡象已不明顯，本身不具備發(fā)生震級≥6.5級、能造成地表破裂的強(qiáng)震能力。

破碎的斷裂網(wǎng)絡(luò)

一個(gè)關(guān)鍵問題隨之而來：柳州此次短時(shí)間內(nèi)頻發(fā)地震，是這條區(qū)域性大斷裂“復(fù)活”了嗎？

從震中來看，此次柳州5.2級地震的震中位于柳州市柳南區(qū)太陽村鎮(zhèn)，在空間上稍微偏離了河池-宜州-柳城斷裂帶。因此，目前分析傾向于認(rèn)為，雖然不能完全排除地震與這條主干斷裂的深部構(gòu)造存在聯(lián)系，但更可能的原因是柳州地下的次級斷裂網(wǎng)絡(luò)在活動(dòng)。

5.2級地震構(gòu)造圖，震中與河池-宜山斷裂帶稍有偏移（圖片來源：中國地震局地質(zhì)研究所）

柳州地處多個(gè)大地構(gòu)造單元的交接部位，地下如同一個(gè)被多組線條切割的棋盤。除了主干斷裂，還隱伏著多條不同方向、規(guī)模較小的斷裂，此次地震就可能與區(qū)域內(nèi)的楊柳斷裂、百朋斷裂等次級構(gòu)造相關(guān)。此次震中離百朋斷裂僅數(shù)公里遠(yuǎn)，余震分布也和百朋斷裂走向較為一致，因此推測地震與百朋斷裂的關(guān)系更為密切。此外，這個(gè)區(qū)域歷史上就多有2級左右的地震發(fā)生，是應(yīng)力容易集中的部位。

2012年11月2日柳州北3.0級地震震區(qū)附近構(gòu)造圖，F(xiàn)15為百朋斷裂。

此次柳州地震震中位于太陽村鎮(zhèn)，圖中用黑色方框標(biāo)注（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

值得注意的是，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造背景分析，研究預(yù)估河池-宜州-柳城斷裂帶東段的潛在地震最大震級為5.5級，此次地震震級并未超出這一估算范圍。這有力地說明，現(xiàn)代地震地質(zhì)研究對于評估區(qū)域地震危險(xiǎn)性是具有重要參考價(jià)值的。

不同尋常的地震烈度

此次地震還引發(fā)了一個(gè)極具地域特色的科學(xué)問題：為什么儀器測得的震中附近烈度與實(shí)際感覺可能存在差異？

地震的震級表示地震釋放能量的大小，而烈度表示某個(gè)具體地點(diǎn)受地震影響和破壞的程度。對于此次5.2級地震，儀器測得的最高烈度約為4-5度。然而根據(jù)實(shí)地的災(zāi)害情況考察，在震中區(qū)的太陽村鎮(zhèn)等地，實(shí)際的地震烈度可能達(dá)到7度。

儀器測量的地震烈度分布圖（圖片來源：中國地震局）

實(shí)地調(diào)查的地震烈度圖（圖片來源：中國地震局）

這一差異的原因，除了監(jiān)測烈度的強(qiáng)震儀分布密度過低以外，還可能和柳州廣泛分布的喀斯特地貌有關(guān)。

喀斯特地貌中廣泛發(fā)育的溶洞、溶蝕裂隙、地下暗河等，構(gòu)成了一個(gè)極其復(fù)雜的地下不連續(xù)面網(wǎng)絡(luò)。它們會(huì)像透鏡或共鳴腔一樣，對傳播至此的地震波產(chǎn)生局部放大或聚焦效應(yīng)。其原理可通俗理解為兩點(diǎn)：

一是地震波傳播速度的變化導(dǎo)致的能量集中。地震波在下方完整堅(jiān)硬的基巖中傳播極快。當(dāng)它向上傳播至巖溶發(fā)育區(qū)時(shí)，突然進(jìn)入一個(gè)由溶洞、破碎帶和松散填充物組成的低速介質(zhì)迷宮，這樣其傳播速度會(huì)顯著變慢，導(dǎo)致地震波能量會(huì)更集中，振幅會(huì)顯著增大。

二是松軟土層的振動(dòng)疊加效應(yīng)。巖溶地區(qū)地表常覆蓋厚度不均的松散沉積物。地震波中的剪切波在這種軟土層中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多次反射和折射，能量不易快速消散，反而像在一個(gè)房間里不斷回蕩、反復(fù)疊加，導(dǎo)致地表振動(dòng)持續(xù)時(shí)間更長、幅度更大。

此外，由于喀斯特地貌的地下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，很容易在地震中發(fā)生局部塌陷，從而導(dǎo)致建筑地基失效等問題，放大災(zāi)害影響。這也是為什么在石灰?guī)r地區(qū)，有時(shí)即使是中等震級的地震，也可能在局部造成超出預(yù)期的震感和破壞。

柳州部分街道路面出現(xiàn)多處圓形塌陷坑洞（圖片來源：央視新聞）

地震評估的挑戰(zhàn)

分析指出，此次地震序列，很可能是柳州地下多條次級斷裂，在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力長期積累下，發(fā)生的一次集中的應(yīng)力釋放。此次地震是柳州自1695年發(fā)生5.3級地震后，331年來最強(qiáng)的一次地震，可以被視為柳州數(shù)百年積累的構(gòu)造應(yīng)力一次較為充分的能量釋放過程。從防災(zāi)角度看，柳州的抗震設(shè)防烈度為6度，兩次5.2級地震導(dǎo)致部分老舊房屋出現(xiàn)災(zāi)情，甚至有房屋垮塌。這凸顯了提升建筑物抗震能力，尤其是對老舊建筑進(jìn)行加固改造的重要性。

這次事件也揭示了一個(gè)更深層次的科學(xué)挑戰(zhàn)：對于華南板塊內(nèi)部的地震風(fēng)險(xiǎn)評估，我們掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)仍存在缺失。與青藏高原周緣、臺(tái)灣等地震活躍區(qū)相比，華南內(nèi)陸的地震學(xué)研究存在明顯差距。這并非源于不重視，而是由該地區(qū)的地質(zhì)與歷史特性決定的。

首先是歷史記錄較為短暫。華南地區(qū)較為完整的地震目錄約始于明代，時(shí)間跨度僅約650年。這與板塊內(nèi)部斷裂動(dòng)輒數(shù)千年甚至上萬年的復(fù)發(fā)周期相比，如同白駒過隙。僅僅依據(jù)這數(shù)百年的記錄去外推斷裂未來數(shù)千年的活動(dòng)性，如同只觀察一個(gè)人幾分鐘的行為，就去斷言他的一生，顯然是不充分的。

其次是古地震研究幾乎一片空白。在板塊邊界地區(qū)，科學(xué)家通過開挖探槽，直接研究斷裂帶上的古地震遺跡，從而獲得斷層滑動(dòng)速率、復(fù)發(fā)間隔等關(guān)鍵定量參數(shù)。但華南地區(qū)的這類研究極為稀少，絕大多數(shù)斷裂的長期活動(dòng)習(xí)性仍是謎團(tuán)。

最后是識別潛在發(fā)震斷層的困難。華南板塊內(nèi)部斷裂的活動(dòng)速率極低，通常小于每年0.1毫米。如此緩慢的滑動(dòng)，在地表留下的形變痕跡極其微弱，難以被傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查方法識別。許多斷裂帶直到發(fā)生地震，才通過余震分布和震源機(jī)制解的分析而浮出水面。

華南板塊內(nèi)有記錄的歷史最大地震是1936年廣西靈山6.8級地震，這表明在相對穩(wěn)定的板塊內(nèi)部，同樣具備發(fā)生地表破裂型地震的能力。因此，未來華南地區(qū)的地震危險(xiǎn)性評估絕不能簡單依賴歷史地震目錄進(jìn)行外推，還需要做更系統(tǒng)的評價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳教兵，凌銘，李細(xì)光，等. 河池-宜州-柳城斷裂帶活動(dòng)性分段研究[J]. 華北地震科學(xué)，2020, 38（S2）：27-32. doi:10.3969/j.issn.1003?1375.2020.S2.005.

[2]郭培蘭,龍政強(qiáng).2012年11月廣西柳州北3級地震序列地震活動(dòng)特征分析[J].華南地震,2016,36(02):25-31. DOI:10.13512/j.hndz.2016.02.005.

作者：等風(fēng)（中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院）