中南阿拉斯加地震特征分析

大衛(wèi)·卡爾·施耐德 著；戴長(zhǎng)雷，楊朝暉 譯

(1.阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

中南阿拉斯加地震特征分析

大衛(wèi)·卡爾·施耐德1著；戴長(zhǎng)雷2,3，楊朝暉1譯

(1.阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508;2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

地震對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地貌的塑造具有很大的作用，通過研究阿拉斯加中南部的地震特征有助于進(jìn)一步了解中南阿拉斯加的地質(zhì)構(gòu)造。在梳理重要地震及其相關(guān)知識(shí)的前提下，對(duì)阿拉斯加中南部地區(qū)的地震特征進(jìn)行了分析。指出：①中南阿拉斯加的地震頻繁且常常能量巨大，太平洋板塊俯沖及其向形成阿拉斯加南部的地體上施加的壓力是促成中南阿拉斯加發(fā)生地震的原因；②發(fā)生在1964年的美好星期五大地震的震中位于威廉王子灣北部的阿奈奎克灣東岸的地下，瓦爾迪茲以西大約40英里的地方，地面大約12英里以下的淺源區(qū)，這次地震的震級(jí)為里氏9.2級(jí)。在這次大地震中，不同的位置發(fā)生了不同的沉降和隆升，這種規(guī)模的地震在中南阿拉斯加平均大約每600～950 a會(huì)發(fā)生一次；③德奈利斷層是個(gè)平移斷層，斷層的一盤相對(duì)于另一盤做平移移動(dòng)。發(fā)生在2002年的德奈利斷層大地震記錄到的震級(jí)為里氏7.9級(jí)，在門塔斯塔湖和帕克森之間的斷層附近，地面水平位移達(dá)到最大，為29英尺。此次地震只發(fā)生在3英里多一點(diǎn)的深度，是北美洲對(duì)地面破壞最嚴(yán)重的地震，這種規(guī)模的地震再經(jīng)過600 a的扭力積聚后還會(huì)發(fā)生。

地震；震級(jí)；震中；斷層；地質(zhì)；中南阿拉斯加

1 區(qū)域地震特征

阿拉斯加已經(jīng)成為地震的同義詞。盡管中南阿拉斯加的地震真的很頻繁且常常能量巨大，但是一般不如在加利福尼亞這樣人口更為密集的地方發(fā)生的地震更有破壞性。

阿拉斯加的地震頻度是令人震驚的。盡管只占了地球表面積1%的三分之一，但是阿拉斯加的地震卻整整占了世界地震的11%，占源自美國(guó)的地震的一半以上。在阿拉斯加，平均每年都會(huì)發(fā)生一次7級(jí)地震，每14 a就會(huì)發(fā)生一起8級(jí)以上的地震。

太平洋板塊俯沖及其向形成阿拉斯加南部的地體上施加的壓力是促成中南阿拉斯加地震的原因。由于組成地殼的巖體是有彈性的固體，所以當(dāng)它們承受壓力時(shí)不能夠流動(dòng)。取而代之的是，這些巖體受壓后首先彎曲，然后，在累積壓力的作用下，通常在沿著地質(zhì)斷層的某個(gè)薄弱點(diǎn)倒塌，同時(shí)，不易彎曲的基巖產(chǎn)生一個(gè)巨大的顫抖，并通過地面?zhèn)鞑ヒ环N波動(dòng)，這種波動(dòng)就是我們所能感知到的地震。這種地震產(chǎn)生的過程被稱為彈性回跳。由于太平洋板塊向西北方向移動(dòng)，即使它每年只移動(dòng)幾英寸，但是這一過程仍然會(huì)釋放出巨大的能量，主要是以小中型地震的形式，偶爾也以大型地震的形式。

由于與阿留申大型逆沖斷層鄰近，所以稀疏居人的阿留申群島承受了阿拉斯加地震的主要沖力。但是由于阿留申大型逆沖斷層曲向阿拉斯加海灣，基本抵達(dá)威廉王子灣，所以中南阿拉斯加也發(fā)生了許多地震。中南阿拉斯加另外有兩個(gè)重要的地震源，一是由于亞庫(kù)塔特地體向阿拉斯加猛烈撞擊而在圣伊萊亞斯山附近形成的斷層帶，二是沿著中南阿拉斯加北部邊緣的德奈利斷層帶[1]。

阿拉斯加地震幾乎無破壞的主要原因是在這些易發(fā)地震的地區(qū)幾乎無人居住。另外一個(gè)原因就是許多阿拉斯加地震的震源是在超過45英里深的太平洋板塊俯沖部分上。地震的震動(dòng)強(qiáng)度隨著距離迅速變小。由于能量在到達(dá)地表之前會(huì)有些消散，所以在阿拉斯加，一次深源地震較之于沿著像加利福尼亞平移斷層這樣的淺源地震，對(duì)地表的危害要小一些。

地震會(huì)以地震波的形式在巖土中傳播。一次地震能夠產(chǎn)生的最快的波，也是最先能被感知的波，稱為P波，它是一種縱波(像聲波一樣)。同是還會(huì)產(chǎn)生一種較慢的、前后晃動(dòng)(想像一下晃繩子)的S波。最慢的波是在近地表處傳播的表面波。P波可以感知為最初的劇烈顫動(dòng)，接著就是由S波引起的平滑一些的搖晃，再接下來S波與表面波的滾動(dòng)疊合到一起。S波與表面波的破壞性要比P波大。

地震有兩種度量方法。第一種是里氏震級(jí)，用以標(biāo)識(shí)釋放能量的數(shù)量或量級(jí)。里氏震級(jí)是基于一種量測(cè)地面波動(dòng)幅度的地震儀的波動(dòng)來劃定的。它是一種對(duì)數(shù)級(jí)別，也就是說，6.0級(jí)的地震所產(chǎn)生的振動(dòng)幅度是5.0級(jí)地震所產(chǎn)生的振動(dòng)幅度的10倍。2.0級(jí)的地震很難引起注意，而一場(chǎng)9.0級(jí)的地震則會(huì)在世界范圍內(nèi)引起關(guān)注。第二種標(biāo)識(shí)地震程度的單位是麥?zhǔn)险鸺?jí)，它是用來標(biāo)識(shí)某地震動(dòng)的強(qiáng)度。震動(dòng)的強(qiáng)度一般會(huì)隨著與震中距離的增加而變小，但是下伏巖土的特性也會(huì)對(duì)震動(dòng)的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。其他條件相同時(shí)，具有厚層軟土的地區(qū)會(huì)比直接位于基巖上的地區(qū)經(jīng)歷更強(qiáng)的震動(dòng)。麥?zhǔn)险鸺?jí)用羅馬數(shù)字Ⅰ-Ⅻ來標(biāo)識(shí)，Ⅰ級(jí)地震任何人都感受不到，而Ⅻ地震則標(biāo)識(shí)著徹底的破壞。

中南阿拉斯加已經(jīng)經(jīng)歷數(shù)次有記錄的大地震。其中，特別引人注目的就是發(fā)生在1964年3月27日的大地震和發(fā)生在2002年11月3日的大地震(圖1)。

圖1 阿拉斯加歷史上大地震

2 發(fā)生在1964年的美好星期五大地震

1964年3月27日，世界上儀器記錄到的第二大的地震將中南阿拉斯加搖動(dòng)了長(zhǎng)達(dá)5 min以上，有些人的生命在這次搖動(dòng)中永遠(yuǎn)定格。這一地區(qū)每年會(huì)發(fā)生好幾次里氏5.2級(jí)的地震，而這次地震的震級(jí)為里氏9.2級(jí)，其所釋放的能量達(dá)5.2級(jí)地震的一百萬倍[2]。

這次地震的震中位于威廉王子灣北部的阿奈奎克灣(Unakwik Inlet)東岸的地下，瓦爾迪茲以西大約40英里的地方，地面大約12英里以下的淺源區(qū)。從科爾多瓦到科迪亞克400英里長(zhǎng)的區(qū)域上遭受了數(shù)十次余震。

此次地震最明顯的后果就是改變了中南阿拉斯加震區(qū)的地面高程，好像整個(gè)震區(qū)被懸在了一個(gè)巨大的鉸鏈上一樣。這個(gè)巨大的鉸鏈大約沿著楚加奇地體和威廉王子灣地體的邊界放置。在這一巨大的鉸鏈兩邊，中南阿拉斯加則分別沿著隆升軸線和沉降軸線發(fā)生了彎曲變形。一方面，鉸鏈西北部地區(qū)的地面沉降了7.5英尺(科迪亞克島)，另一方面，鉸鏈東南部地區(qū)的地面則隆升了33英尺(蒙塔古島)(圖2)。除了這些垂向變化之外，沿海地區(qū)的地面還發(fā)生了水平位移。威廉王子灣的拉圖什島周圍地面的水平位移最大，該處的地面向東南方向大約移動(dòng)了60英尺[3]。

在這次大地震中，中南阿拉斯加好似被裝上了一個(gè)巨大的鉸鏈一樣，不同的位置發(fā)生了不同方式的變化。自科恩臺(tái)科特?cái)鄬?地質(zhì)樞紐)向西北方向的那些地區(qū)發(fā)生了沉降。而自科恩臺(tái)科特?cái)鄬?地質(zhì)樞紐)向東南方向的那些地區(qū)則發(fā)生了隆升。阿拉斯加的其他地區(qū)盡管沒有發(fā)生地面永久變形，但是都感受到了地震的震動(dòng)波。圖2 1964年阿拉斯加大地震中的隆升區(qū)和沉降區(qū)

地震可能以好多種方式破壞震區(qū)。一些最嚴(yán)重的破壞是由大型的海洋波浪造成的。這些大波浪有兩個(gè)來源。一是沿著海岸的海底隆升。隆升所造成的海嘯波濤襲擊了科迪亞克、西沃德、瓦爾迪茲、徹尼噶(Chenega)和科爾多瓦。在某些地方這波濤涌起30多英尺高的浪頭，將船塢、船體和房屋一掃而光。一個(gè)海嘯傳過大半個(gè)太平洋，在加利福尼亞和俄勒岡造成16人死亡。海底的滑坡會(huì)造成另一種更為局部的波濤。這種起源的海浪會(huì)將諸如西沃德和瓦爾迪茲這樣的城鎮(zhèn)的海灘完全破壞掉。瓦爾迪茲港的波濤達(dá)到170英尺的高度，而另一個(gè)90英尺高的波濤則幾乎滅絕了威廉王子灣的徹尼噶(Chenega)，造成當(dāng)?shù)厝种痪用竦乃劳觥?/p>

庫(kù)克灣沿岸的絕大多數(shù)破壞是由區(qū)域沉降翹曲與諸如淤泥、砂礫等非固結(jié)沉積物位移而造成的。波特治鎮(zhèn)至少沉降了6英尺，沉降到潮汐帶以內(nèi)，面臨被廢棄的命運(yùn)。今天沿著西沃德公路還可以看到一些荒棄的房屋。荷馬沙嘴沉降了4～6英尺。庫(kù)克灣濱海地區(qū)的沉降使相對(duì)于陸地的高潮水位升高，并經(jīng)年累月增加了懸崖侵蝕。沿著海岸仍可看到由死樹組成的幽靈森林。

由于大部分濱海地區(qū)是由砂礫(冰川和河流來源)及其下伏的細(xì)砂/黏土(在從前的海相或河口相環(huán)境下沉積的)飽水層組成，所以安克雷奇遭受到嚴(yán)重的破壞。地震的晃動(dòng)造成了細(xì)粒物質(zhì)的液化。這些液化了的地層攜帶著上覆的更為穩(wěn)定的地層向山下滑動(dòng)。這就摧毀了大船溝懸崖和克尼克灣沿岸的許多建筑物，并且削弱了坦納根大廈(Turnagain Heights)下臨海的海濱懸崖的重要性。在今天的地震公園還可以看到作為這些巨大的滑坡殘留物的歪歪斜斜的樹木和遭到破壞的黏土丘。

總之，環(huán)太平洋地區(qū)的131人在此次地震中喪命。估計(jì)經(jīng)濟(jì)損失3～4億美元(1964年時(shí)價(jià))。地質(zhì)學(xué)家對(duì)坦納根灣(再回頭灣)和阿拉斯加海灣中的米德爾頓島過去的地震記錄進(jìn)行了分析，初步推斷，這種規(guī)模的地震在中南阿拉斯加平均大約每600～950 a會(huì)發(fā)生一次[4]。

3 發(fā)生在2002年的德奈利斷層大地震

2002年11月3日的下午，伴隨著地震接近亞音速的轟隆隆聲(是的，這種聲音是可以聽到的，但是隱隱約約聽不清楚)。桌臺(tái)上的計(jì)算機(jī)開始發(fā)出嘎吱嘎吱的聲音。但是，這次晃動(dòng)的持續(xù)時(shí)間要比平時(shí)感受到的晃動(dòng)長(zhǎng)得多，如果在安克雷奇居住的時(shí)間足夠長(zhǎng)，就會(huì)很容易說清楚什么時(shí)候是一場(chǎng)“真正”的地震襲擊了我們，而不是每年可以感受到無數(shù)次的標(biāo)準(zhǔn)的震動(dòng)。盡管地震的位置要比預(yù)想的遠(yuǎn)得多，但是一場(chǎng)級(jí)別很大的地震實(shí)際上已經(jīng)發(fā)生了。地震沒有發(fā)生在所預(yù)想的威廉王子灣或者庫(kù)克灣一帶，而是發(fā)生在175英里以外坎特韋爾和帕松森之間的德奈利斷層帶上。

德奈利斷層地震記錄到的震級(jí)為里氏7.9級(jí)。不幸中萬幸的是，地震發(fā)生在一個(gè)人煙稀少的地區(qū)，地震中無人死亡，僅有數(shù)人受傷。這一地區(qū)受的主要損壞體現(xiàn)在幾個(gè)人造工程上。道路被撕裂，跑道因土壤液化而損壞，小屋變的歪歪扭扭。幸運(yùn)的是，阿拉斯加輸油管線表現(xiàn)得確如它設(shè)計(jì)的那樣。管線只是在水平橫梁上前后滑動(dòng)，而沒有斷裂并造成環(huán)境與生態(tài)大災(zāi)難。自阿拉斯加山脈諸山體上傾倒而下的大量滑坡體在下面的冰川上掩埋了一層清晰可見的巖土體。能量巨大的地震表面波甚至攪動(dòng)了路易斯安那州的港口的海水。

地面自震中以大約2 m/s的速度向東斷裂了185英里，這一延展速度為子彈速度的數(shù)倍。在門塔斯塔湖和帕克森之間的斷層附近，地面水平位移達(dá)到最大，為29英尺(圖3)。

德奈利斷層是個(gè)平移斷層，斷層的一盤相對(duì)于另一盤做平移移動(dòng)。在此情況下，中南阿拉斯加相對(duì)于位于斷層北部的阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)在緩慢地以逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管沿著這種平移斷層發(fā)生的地震通常比發(fā)生在俯沖斷層地區(qū)的地震規(guī)模要小，但是前者較后者震源更淺，因此也會(huì)對(duì)地表面造成更多的破壞。與1964年地震發(fā)生在大約12英里的深度相比，此次地震只發(fā)生在3英里多一點(diǎn)的深度。盡管1857年曾在加利福尼亞南部發(fā)生過7.9級(jí)地震，但是，此次地震仍然是北美洲對(duì)地面破壞最嚴(yán)重的地震。1912年曾在這一斷層帶發(fā)生過7.2級(jí)地震。證據(jù)表明，這種規(guī)模的地震再經(jīng)過600 a的扭力積聚后還會(huì)發(fā)生。

4 結(jié) 論

中南阿拉斯加的地震頻繁且常常能量巨大，太平洋板塊俯沖及其向形成阿拉斯加南部的地體上施加的壓力是促成中南阿拉斯加發(fā)生地震的原因。

中南阿拉斯加有兩個(gè)重要的地震源，一是由于亞庫(kù)塔特地體向阿拉斯加猛烈撞擊而在圣伊萊亞斯山附近形成的斷層帶，二是沿著中南阿拉斯加北部邊緣的德奈利斷層帶。

震級(jí)達(dá)里氏7.9級(jí)、發(fā)生于2002年11月3日的德奈利斷層地震使阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)和中南部地區(qū)絕大部分地方都感覺到了震動(dòng)，就在10 d前發(fā)生的接近6.7級(jí)的地震似乎與之有關(guān)。地面位移最大量達(dá)到29英尺，發(fā)生在門塔斯塔附近。圖3 2002年德奈利斷層地震

中南阿拉斯加已經(jīng)經(jīng)歷數(shù)次有記錄的大地震。其中，特別引人注目的就是發(fā)生在1964年3月27日的大地震和發(fā)生在2002年11月3日的大地震。

發(fā)生在1964年的美好星期五大地震的震中位于威廉王子灣北部的阿奈奎克灣東岸的地下，瓦爾迪茲以西大約40英里的地方，地面大約12英里以下的淺源區(qū)，這次地震的震級(jí)為里氏9.2級(jí)。此次地震可能以好多種方式破壞震區(qū)。一些最嚴(yán)重的破壞是由大型的海洋波浪造成的；庫(kù)克灣沿岸的絕大多數(shù)破壞是由區(qū)域沉降翹曲與諸如淤泥、砂礫等非固結(jié)沉積物位移而造成的；部分濱海地區(qū)的破壞是由于地震的晃動(dòng)使砂礫及其下伏的細(xì)砂/黏土飽水層等細(xì)粒物質(zhì)液化后攜帶著上覆的更為穩(wěn)定的地層向山下滑動(dòng)造成的。在這次大地震中，不同的位置發(fā)生了不同方式的變化。自科恩臺(tái)科特?cái)鄬?地質(zhì)樞紐)向西北方向的那些地區(qū)發(fā)生了沉降。而自科恩臺(tái)科特?cái)鄬?地質(zhì)樞紐)向東南方向的那些地區(qū)則發(fā)生了隆升。阿拉斯加的其他地區(qū)盡管沒有發(fā)生地面永久變形，但是都感受到了地震的震動(dòng)波。初步推斷，這種規(guī)模的地震在中南阿拉斯加平均大約每600～950 a會(huì)發(fā)生一次。

德奈利斷層是個(gè)平移斷層，斷層的一盤相對(duì)于另一盤做平移移動(dòng)。發(fā)生在2002年的德奈利斷層大地震記錄到的震級(jí)為里氏7.9級(jí)，發(fā)生在一個(gè)人煙稀少的地區(qū)。地面自震中以大約2 m/s的速度向東斷裂了185英里，在門塔斯塔湖和帕克森之間的斷層附近，地面水平位移達(dá)到最大，為29英尺。此次地震只發(fā)生在3英里多一點(diǎn)的深度，是北美洲對(duì)地面破壞最嚴(yán)重的地震。證據(jù)表明，這種規(guī)模的地震再經(jīng)過600 a的扭力積聚后還會(huì)發(fā)生。

[1] Combellick R A. Paleoseismicity of the Cook Inlet Region, Alaska: Evidence from Peat Stratigraphy in Turnagai and Knik Arms[R]. Fairbanks: Division of Geological and Geophysical Surveys, 1991.

[2] Grantz, Arthur, Plafker, et al. Alaska’s Good Friday Earthquake March 7, 1964: A Preliminary Geologic Evaluation[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1964.

[3] Plafker, George. Tectonics of the March 27, 1964 Alaska Earthquake[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1969.

[4] Stanley, Kirk W. Effects of the Alaska Earthquake of March 27, 1964 on Shore Processes and Beach Morphology[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1969.

Analysis of the earthquake characteristics in Southcentral Alaska

Written by David K.Snyder1;Translated by DAI Changlei2,3, YANG Zhaohui1

(1.UniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Earthquake plays an important role on shaping the local geological landscape. Studying earthquake characteristics in Southcentral Alaska can help further understand its geological structure. The paper analyzes the earthquake characteristics in Southcentral Alaska on the basis of combing important earthquake and its related knowledge. It points out: ①Earthquakes in Southcentral Alaska are frequent and often powerful. Southcentral Alaska’s earthquakes are a result of the subduction of the Pacific Plate and the pressure it exerts non the terranes that form southern Alaska; ②The epicenter of the 1964 good Friday earthquake was underneath the east shore of Unakwik Inlet in northern Prince William Sound, about miles west of Valdez, at a shallow depth of about 12 miles. The earthquake of magnitude 9.2 on the Richter scale. In this earthquake, different locations have taken place different subsidence and uplift. An earthquake of this scale occurs in Southcentral Alaska on average about every 600 to 950 years; ③The Denali Fault is a transform fault, where one section of plate moves laterally compared to another. The 2002 Denali Fault earthquake registered 7.9 on the Richter scale. The maximum horizontal ground displacement was 29 feet, near the fault between Mentasta Lake and Paxson. The earthquake occurred a little more than 3 miles deep and it was the largest earthquake to strike on land in North American. Evidence suggests that an event of this magnitude occurs after a build-up of strain for 600 years.

earthquake; magnitude; epicenter; fault; geology; Southcentral Alaska

中科院寒旱所凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(NO.SKLFSE201310)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(NO.1202171)

大衛(wèi)·卡爾·施耐德(1969-)，男，美國(guó)阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要從事自然地理及地理信息系統(tǒng)方向的科研和教學(xué)工作。

譯者簡(jiǎn)介：戴長(zhǎng)雷(1978-)，男，山東鄆城人，教授，主要從事寒區(qū)地下水及國(guó)際河流方向的教學(xué)及科研工作。E-mail:daichanglei@126.com。

P315；P54

A

2096-0506(2017)02-0015-06