土耳其地震后余震超6000起，地震后為什么會有余震？

出品：科普中國

作者：地星引力

監(jiān)制：中國科普博覽

自2023年2月6日土耳其南部靠近敘利亞的邊境地區(qū)連續(xù)發(fā)生強(qiáng)烈地震以來，該地區(qū)就持續(xù)不斷發(fā)生大大小小的余震，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2月20日為止，余震數(shù)量已經(jīng)超過6000次，即使是到了2月21日，也還在持續(xù)發(fā)生著超過6.4級的強(qiáng)烈余震。

土耳其在本次地震中垮塌的建筑 圖片來源：wikipedia

這些余震讓人們不禁對地震的好奇更多了一點(diǎn)：余震是如何產(chǎn)生的？余震會持續(xù)多久？余震有多大的危害？

一、地震是怎么形成的？

要搞清楚余震的形成原因，首先就得搞清楚地震的成因?？赡芎芏嗳硕贾?，地震的產(chǎn)生是板塊運(yùn)動的結(jié)果，地球表面堅(jiān)硬的巖石圈（包括了整個(gè)地殼和上地幔的一小部分）并不是雞蛋殼一樣的完整的圈層，而是分裂成了15個(gè)大的板塊，以及更多小的板塊。

地球表面分為15個(gè)大板塊以及更多次級板塊 圖片來源：作者

這些板塊如同木板漂浮在水面一樣，“漂浮”在地幔之上，而地幔則是在地核這個(gè)巨大熱源的驅(qū)動下做著緩慢的熱對流。自然，“漂浮”在地表的板塊也就會在地幔熱對流的影響下產(chǎn)生運(yùn)動，運(yùn)動的結(jié)果就是板塊之間相互的碰撞與分離。所以，在板塊的邊界（尤其是碰撞板塊的邊界）處往往受到很大的力量的作用，但是由于板塊內(nèi)部的巖層所能受到的壓力是有一個(gè)上限的，所以巖層在受到力的作用后就會破裂，并產(chǎn)生相對滑動，這些破裂的巖層往往呈線狀或帶狀分布，被稱為斷裂帶。

板塊運(yùn)動原理示意圖 圖片來源：USGS

地震就發(fā)生在斷裂帶上。在平時(shí)，斷裂帶會受到強(qiáng)大而緩慢的壓力，由于斷裂帶并不是光滑的面，其間存在著強(qiáng)大的摩擦力，或是斷裂帶上存在著凸起，這些凸起如同鎖扣一般鎖住了斷裂帶，不讓其輕易移動。這種強(qiáng)大的壓力就會作用在斷裂帶兩側(cè)的巖層中，使其像筷子、木板一樣發(fā)生變形，強(qiáng)大的能量就被儲存在變形的巖層中，這種變形我們?nèi)缃褚韵冗M(jìn)的測繪技術(shù)就能檢測出來——地球上絕大部分地區(qū)時(shí)時(shí)刻刻都在移動，而且科學(xué)家們已經(jīng)繪出了地球上不同板塊之間相互運(yùn)動的速度和方向了。

雖然板塊在移動，但其中大部分的位移都被巖層的變形所吸收了——堅(jiān)硬的巖層就好像一個(gè)巨大的彈簧，它也能被壓縮起來。但是這種壓縮是有限度的，一旦超出了這個(gè)限度，巖層就會斷裂，或者是巖層就會壓迫著斷裂帶移動。一旦移動產(chǎn)生，巖層中的變形就會瞬間回彈恢復(fù)到未形變的樣子，就好像彈簧失去束縛后回彈到原位一樣。這一瞬間，被儲存在變形的巖層中的能量就會釋放出來以地震波的形式出現(xiàn)，當(dāng)?shù)卣鸩▊鬟f到地表引起地表震動，就成為了我們熟知的地震災(zāi)害。

圖片來源：（美）塞思·斯坦，（美）邁克爾·維瑟遜著. 地震學(xué)、震源及地球結(jié)構(gòu)概論. 北京：科學(xué)出版社, 2020.03.

二、地震之后為什么往往會有余震？

但是，在絕大多數(shù)情況下，大地震都不是孤立發(fā)生的。我們可以把地殼想象成一根巨大的竹片，這根竹片內(nèi)部由無數(shù)纖維組成。地殼內(nèi)部也是如此，它由層層疊疊的地層組成，每一個(gè)地層都有不同的物理性質(zhì)，甚至在同一個(gè)地層的不同部位也有不同的物理性質(zhì)。這就導(dǎo)致了當(dāng)?shù)貧な芰Φ臅r(shí)候，其內(nèi)部不同的地層對力的耐受程度是不一樣的，有些地方會先受不住，有些地方則一直到最后才會斷裂或移動。

我們可以用竹筷子做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，使勁掰斷一根筷子，在大的破裂之前，就會聽到零星的噼里啪啦的斷裂聲，然后才會出現(xiàn)最大的那一次斷裂。地震的出現(xiàn)也類似，在大部分情況下，首先出現(xiàn)一系列小的地震，然后是一次主震，然后繼續(xù)是一系列小地震。這種地震往往被稱為前震-主震-余震型地震序列。

視頻中是掰斷筷子時(shí)的慢放鏡頭，可以明顯聽出來，在筷子斷裂之前就已經(jīng)有部分纖維斷裂了 視頻來源：作者

當(dāng)然，地震序列還有其他三種類型，一種是主震-余震序列，第二種是震群序列，也就是沒有特別突出的主震，而是出現(xiàn)一系列震級大致差不多的地震，最后一種就是孤立型序列，也就是出現(xiàn)主震（往往震級比較低）后，余震很少且強(qiáng)度很低。但是有學(xué)者根據(jù)中國的地震序列統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，大于6級的地震序列中，主-余型地震序列（包括前-主-余型）占了大部分。

不同類型地震序列的地震震級分布 圖片來源：蘇有錦，李忠華，趙小艷，劉自鳳著. 全球7級以上地震序列研究. 昆明：云南大學(xué)出版社, 2014.02.

這種地震序列的差異可能是由于地下巖層的性質(zhì)不一導(dǎo)致的，由于地震多發(fā)生于地下的堅(jiān)硬巖層中，所以科學(xué)家也利用高溫高壓下的巖石樣品進(jìn)行了初步模擬，在物質(zhì)性質(zhì)均勻的巖石中，其破裂與主-余震型序列相似，而物理性質(zhì)稍不均勻的巖石樣本的破裂則與前-主-余震型地震序列相似，物理性質(zhì)極不均勻的巖石樣本的破裂則與震群型的序列相似。當(dāng)然，對地震序列的不同還有更多其他理論，在此不一一介紹。

圖片來源：蔣海昆等編著；中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司編. 中國大陸地震序列研究. 北京：地震出版社, 2007.07.

而對這些地震序列的具體研究則發(fā)現(xiàn)，余震的形成主要也與斷裂帶有關(guān)系：一部分余震會發(fā)生在主斷裂帶的破裂面上，通常出現(xiàn)在主震后的1-2天內(nèi)，是最早出現(xiàn)的一批余震；一部分余震同樣產(chǎn)生在主斷裂帶的破裂面上，但是在初始破裂段落之外，這代表了破壞區(qū)域向外的擴(kuò)展；另一部分余震則發(fā)生在離主斷裂帶更遠(yuǎn)的地方，是由主地震的遠(yuǎn)程觸發(fā)而導(dǎo)致的遠(yuǎn)處斷裂帶的破裂。

雖然余震比主震要小，但其危害也不能小覷，一方面，強(qiáng)震的余震震級往往也不小，比如本次發(fā)生的土耳其-敘利亞地震，主震后的余震也有很多達(dá)到了6級以上；另一方面，余震會在主震的基礎(chǔ)上造成次級破壞，比如會讓原本已經(jīng)極為脆弱的建筑完全被摧毀，或者頻繁的余震會造成嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害，比如滑坡、泥石流等；再次，余震通常是不可預(yù)測的，因?yàn)槲覀兺耆珶o法確定主震會如何遠(yuǎn)程觸發(fā)其他區(qū)域的斷裂帶。因此，在地震研究中，余震的研究也是非常重要的一環(huán)。

三、余震的發(fā)生有什么規(guī)律嗎？

目前，我們對余震的規(guī)律以及觸發(fā)機(jī)制還了解有限，不過科學(xué)家已經(jīng)歸納出了部分余震的規(guī)律：

第一個(gè)規(guī)律被稱為大森定律（Omori’s law），日本地震學(xué)家大森房吉經(jīng)過研究提出余震次數(shù)會隨著時(shí)間而快速衰減，這個(gè)定律經(jīng)過修正后的表達(dá)如下：

其中c、k、p都為常數(shù)，c、k、p通常根據(jù)各地條件不同而不同，其中p在0.7-1.5之間。這個(gè)規(guī)律通常被用于估計(jì)未來余震發(fā)生的概率，比如當(dāng)p為1，c為0時(shí)，無論第一天的余震概率為多少，第二天的概率都僅為第一天的1/2，第十天概率僅為第一天的1/10。

大森定律與現(xiàn)實(shí)觀察到的余震衰減頻率能很好吻合 圖片來源：吳開統(tǒng)，焦遠(yuǎn)碧等編著. 地震序列概論. 北京：北京大學(xué)出版社, 1990.03.

第二個(gè)規(guī)律被稱為巴特定律（Bath’s law），它指出，無論主震級多大，最大的余震與主震級的差值大約為1.1-1.2（矩震級）。

第三個(gè)規(guī)律被稱為古騰堡-里克特定律（Gutenberg-Richter law），這個(gè)規(guī)律指出了在某一區(qū)域內(nèi)，某一震級地震數(shù)量與總地震數(shù)量之間的關(guān)系，如下公式，其中N為地震數(shù)量，M為震級，a和b為常數(shù)。

按照古騰堡-里克特定律來算的震級與頻度的關(guān)系圖 圖片來源：wikipedia

當(dāng)然，由于地震發(fā)生在地下深處，我們目前對地下巖層的分布和性質(zhì)的了解極為有限，因此對余震發(fā)生的規(guī)律等都只是從地表監(jiān)測到的數(shù)據(jù)中歸納出來的，這些規(guī)律還處于不斷修正中，甚至哪一天這些規(guī)律被完全推翻也不是不可能。但是科學(xué)本身就是不斷曲折前進(jìn)的，或許某一天我們有了能夠用衛(wèi)星監(jiān)測云層一般清晰探測地下巖層的技術(shù)，我們將會完全解開地震的一系列謎團(tuán)，那時(shí)候我們就能精確預(yù)測地震，減少地震的傷亡。