目前，日本首都圈內(nèi)的地震活動(dòng)可能已開始邁入平靜期的尾聲，如同安政江戶地震那樣的大地震再度發(fā)生的可能性正在增加。
眾所周知，日本是地震多發(fā)國家，如何預(yù)防、預(yù)報(bào)乃至預(yù)測地震，一直是日本科學(xué)界的重要研究領(lǐng)域。日本科學(xué)家不僅在努力開發(fā)更加尖端的預(yù)警、預(yù)防技術(shù)，也在深入研究日本地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，調(diào)查日本歷史上的大地震，希望能摸索出大地震規(guī)律，為地震的預(yù)防提供更加有用的參考信息。
自日本安政江戶地震發(fā)生以來已有大約150年，如今，當(dāng)年的江戶已經(jīng)面貌大改，變成了地域遼闊的首都圈，而安政江戶地震會(huì)不會(huì)在此地復(fù)發(fā)，一直是日本科學(xué)家心中的隱憂。2年前首都圈以北經(jīng)歷了東日本大地震，預(yù)計(jì)在不久的將來首都圈以西會(huì)發(fā)生東南海地震和南海地震等，這些周邊地區(qū)的情況開始讓人聯(lián)想起150年前的那場災(zāi)難。
日本首都圈內(nèi)發(fā)生的地震中，震級(jí)最高的便是大正關(guān)東地震這樣的8級(jí)地震。據(jù)日本地震調(diào)查委員會(huì)公布的數(shù)據(jù)，首都圈在今后30年內(nèi)發(fā)生8級(jí)地震的概率不足2%，但發(fā)生安政江戶地震這類7級(jí)地震的概率則高達(dá)70%左右。
8級(jí)地震主導(dǎo)的地震活動(dòng)
日本首都圈的地下結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。因?yàn)橐苑靠偘雿u海域內(nèi)的日本海溝為起點(diǎn)的太平洋板塊，以地處相模灣西部的相模海槽為起點(diǎn)的菲律賓海板塊，都在此處朝著陸地板塊的下方俯沖。因而在首都圈的正下方，呈現(xiàn)出菲律賓海板塊強(qiáng)行擠入陸地板塊與太平洋板塊兩者間的形態(tài)。由于這樣的地下結(jié)構(gòu)，地震的發(fā)生地點(diǎn)遍布于五大區(qū)域，由淺至深依次為活斷層所在的陸地板塊內(nèi)部、陸地板塊——菲律賓海板塊邊界面、菲律賓海板塊內(nèi)部、菲律賓海板塊——太平洋板塊邊界面以及太平洋板塊內(nèi)部。
日本首都圈內(nèi)發(fā)生的地震活動(dòng)，最大的能量來源實(shí)為菲律賓海板塊的位移。7級(jí)地震在上述的五大區(qū)域內(nèi)均有發(fā)生，而8級(jí)地震僅會(huì)在陸地板塊與菲律賓海板塊的邊界面發(fā)生。這兩大板塊在神奈川縣至相模灣正下方之間的區(qū)域緊密固著，逐漸蓄積著應(yīng)變，一達(dá)到臨界值便會(huì)引發(fā)固著區(qū)的脫離，導(dǎo)致板塊邊界面形成逆斷層并發(fā)生位移，最終引發(fā)8級(jí)大地震。距今最近的一次8級(jí)地震是1923年的大正關(guān)東地震，再早一些則是1703年的元祿地震。
8級(jí)地震一旦發(fā)生，還會(huì)引發(fā)數(shù)次余震，震級(jí)最大可達(dá)7級(jí)，這又會(huì)改變?nèi)毡緩V大地區(qū)地下的應(yīng)變數(shù)值，乃至距離主震震中較遠(yuǎn)的地區(qū)也會(huì)因此誘發(fā)震級(jí)較高的地震。這種大型地震加上系列余震的活動(dòng)會(huì)持續(xù)近10年的時(shí)間，其后便會(huì)進(jìn)入地震活動(dòng)減少的平靜期。平靜期的長度約為100年。不過在此期間，應(yīng)變依然在板塊邊界面處持續(xù)蓄積，待應(yīng)變蓄積至一定程度后，板塊邊界面一帶的地震活動(dòng)便會(huì)開始頻繁起來，進(jìn)入7級(jí)地震頻發(fā)的活躍期?；钴S期的長度大約也是100年。接著，地震活動(dòng)會(huì)達(dá)到峰值，最終引發(fā)又一次8級(jí)地震。至此便可看出，從1703年的元祿地震到1923年的大正關(guān)東地震（指日本大正年間發(fā)生的關(guān)東地震，史稱“關(guān)東大地震”，大正型關(guān)東地震是指同一震源區(qū)引發(fā)的與大正關(guān)東地震級(jí)別相似的地震），正是一個(gè)完整的地震活動(dòng)周期，長度約為220年，而日本當(dāng)前則處于大正關(guān)東地震向下一次8級(jí)地震過渡的新一輪周期中。
進(jìn)入江戶時(shí)代（公元1603年—1867年）后，古籍中留下的記錄也大為豐富起來，研究人員對(duì)元祿地震所處活躍期之后的情況因而知之甚詳。元祿地震所處的活躍期始自17世紀(jì)10年代的江戶時(shí)代初期，整個(gè)時(shí)期長約90年。江戶附近（如今的東京23區(qū)）除了在1615年、1647年、1649年分別發(fā)生過造成人員傷亡、建筑物破壞等后果的地震（破壞性地震）外，還發(fā)生過8次震級(jí)達(dá)到5級(jí)的有感地震。接著便在1703年發(fā)生了元祿地震，其余震一直持續(xù)到了1710年以后。之后再到1840年為止的130年間則是平靜期，其間侵襲江戶的破壞性地震僅發(fā)生過1次，震級(jí)達(dá)到5級(jí)的地震僅發(fā)生過3次。
接下來又是從1845年左右開始到1923年大正關(guān)東地震結(jié)束、長約80年的地震活躍期。在此期間，侵襲了江戶、東京一帶的破壞性地震共有5次。第一次是1855年的7級(jí)安政江戶地震，災(zāi)害規(guī)模巨大，損失慘重。其后則分別于1894年發(fā)生了明治東京地震，1895年在茨城縣南部發(fā)生了地震，1906年在東京灣發(fā)生了地震，1922年在浦賀附近發(fā)生了地震（1921年的龍崎地震沒有在東京造成損失）。此外還發(fā)生了7次震級(jí)達(dá)到5級(jí)的地震。然后在1923年發(fā)生了大正關(guān)東地震，余震活動(dòng)一直持續(xù)到了1930年初。自那以來的80多年里，江戶一直處于地震平靜期。
如果首都圈此次所處地震活動(dòng)周期的階段性變化與上一次周期時(shí)一致，那么下一次活躍期的前半段應(yīng)該會(huì)有類似于安政江戶地震的7級(jí)地震發(fā)生，同一時(shí)期在南海海槽處也會(huì)有8級(jí)地震發(fā)生。而且在安政江戶地震發(fā)生的兩年前，神奈川縣西部的小田原也發(fā)生了震級(jí)為7級(jí)的嘉永小田原地震，屆時(shí)那一帶的地震活動(dòng)說不定也會(huì)開始活躍起來。
只是，此次的活動(dòng)周期對(duì)比上次仍有些許不同，導(dǎo)致今后的階段性變化是否一致亦不得而知。一來，大正關(guān)東地震與元祿地震雖然同為8級(jí)地震，但就規(guī)模而言，以元祿地震更大；再來，這一次的活動(dòng)周期中，日本海溝附近發(fā)生了上次周期中沒有出現(xiàn)過的9級(jí)特大地震——2011年東日本大地震。
大地震周期
鑒于日本科學(xué)家尚不清楚上一次活動(dòng)周期是不是一次典型的首都圈地震活動(dòng)周期，若不首先核實(shí)這一點(diǎn)，就很難推算出下一次地震活躍期將于何時(shí)開始、安政江戶地震這樣的7級(jí)地震是否還會(huì)再現(xiàn)。研究課題中最重要的一項(xiàng)就是活動(dòng)周期的進(jìn)度表。
上一次的活動(dòng)周期從1703年的8級(jí)元祿地震開始，到1923年的8級(jí)大正關(guān)東地震為止，總共歷時(shí)220年，那么更早的周期又是什么情況呢？直到前幾年為止，這個(gè)問題一直沒有答案。
記載著關(guān)東地區(qū)歷史事件的古籍，到江戶時(shí)代初期的17世紀(jì)初（也就是1703年的元祿地震所處的活動(dòng)周期進(jìn)入活躍期以后）時(shí)便豐富了起來，但時(shí)間更早一些的就十分罕見了。有些時(shí)代留下了記錄，也有一些時(shí)代完全沒有任何記錄，而留下的資料也是詳略不等。即便是信息量如此有限的古籍，加以查閱后仍可發(fā)現(xiàn)，關(guān)東地區(qū)一直在遭受一次又一次的大地震及海嘯侵襲。
問題在于，除了大正關(guān)東地震這樣的8級(jí)地震以外，關(guān)東各地也會(huì)發(fā)生7級(jí)的直下型地震，這些地震一樣造成了很大的破壞。我們很難界定，古籍中所記載的那些破壞性地震有哪些屬于8級(jí)地震。
查證歷史地震活動(dòng)的另一種方法，就是調(diào)查自然中所殘留的地震及海嘯痕跡，對(duì)其年代進(jìn)行測定。房總半島南部的正下方便是一處8級(jí)地震震源區(qū)，每次發(fā)生8級(jí)地震時(shí)，地面便會(huì)出現(xiàn)隆起，在沿岸地區(qū)形成10級(jí)以上的階地。據(jù)日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等機(jī)構(gòu)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大正關(guān)東地震中形成了2米左右的隆起，元祿地震中形成了6米左右的隆起。據(jù)知，這是由于元祿地震的震源區(qū)一直覆蓋至房總半島以東，較大正關(guān)東地震的震源區(qū)面積更大，其震級(jí)也要更高的緣故。
接著又對(duì)形成年代更早、海拔更高的階地進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，關(guān)東地區(qū)大體上平均每隔400年便會(huì)發(fā)生一次8級(jí)地震，大正型關(guān)東地震（震源區(qū)從神奈川縣內(nèi)陸到房總半島南部）每發(fā)生3到4次，元祿型地震（震源區(qū)要大于大正關(guān)東地震，從神奈川縣內(nèi)陸直到房總半島以東）便會(huì)發(fā)生一次，如此周而復(fù)始。
日本歷史上的8級(jí)地震
只是，憑借對(duì)房總半島南部的調(diào)查，是否就能完全還原歷史上的8級(jí)地震活動(dòng)，這一點(diǎn)仍有不確定的因素存在。于是，日本東京大學(xué)地震研究所、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等機(jī)構(gòu)也展開研究，利用相模灣沿岸的海嘯痕跡來查證地震活動(dòng)。
由于相模灣正下方便是一處8級(jí)地震的震源區(qū)，當(dāng)8級(jí)地震發(fā)生時(shí)，海嘯便會(huì)向當(dāng)?shù)匮匕兜貐^(qū)涌去。海嘯會(huì)刮擦海床及海岸等處，卷起那里的沙礫，運(yùn)送至內(nèi)陸地區(qū)并沉積下來。由此形成的沉積物就叫做海嘯沉積物。雖然洪水有時(shí)也會(huì)形成十分相似的沉積層，但只要仔細(xì)研究一下沉積層中所含的貝殼、木片以及微生物的殘骸等就可以區(qū)分出來，沉積層的形成年代也可以利用這些貝殼、木片，借助放射性碳年代測定法推算出來。
相模灣沿岸自古以來便被開墾成農(nóng)田耕種，海嘯沉積物遺失的情況也很常見，有時(shí)還會(huì)遭到自然侵蝕。此外也要考慮到因?yàn)榈攸c(diǎn)因素而未能妥善沉積的情況。因此，要找出一處理想的調(diào)查地點(diǎn)首先就有一定難度，而作為首都直下項(xiàng)目的組成內(nèi)容之一，日本東京大學(xué)地震研究所等機(jī)構(gòu)在對(duì)三浦半島西南角附近的小網(wǎng)代灣展開的調(diào)查中，在海嘯沉積物的問題上便遇到了難題。
小網(wǎng)代灣的海嘯沉積物已經(jīng)形成了層狀結(jié)構(gòu)，最厚部位達(dá)2米，從中可以清晰地分辨出5層海嘯沉積物。經(jīng)核實(shí)，最上層為大正關(guān)東地震時(shí)期的沉積物，第二層為元祿地震時(shí)期的沉積物。那么下面那三層又是何時(shí)沉積而成的呢？雖然年代測定只能得出一個(gè)大致的范圍，但只要時(shí)期相近的古籍中有所記載，經(jīng)過對(duì)照便可框定具體的地震。
調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，第三層有很大的可能為1293年的鐮倉大地震。第四層則是720年—1280年之間的某一時(shí)期形成的沉積層，而古籍中關(guān)于這一時(shí)期的記錄，包含了818年的“關(guān)東諸國的地震”、878年的元慶地震等數(shù)場破壞性地震。第五層的沉積年代推算是在560年—690年之間，但是古籍中并沒有相應(yīng)的記載。
平靜期已近尾聲
震級(jí)經(jīng)查估為8級(jí)的1293年鐮倉大地震，與1703年的元祿地震間隔了410年，若將房總半島海岸階地成因的調(diào)查結(jié)果一并考慮在內(nèi)，上一次的活動(dòng)周期（從元祿地震到1923年大正關(guān)東地震為止的220年）應(yīng)該屬于特例。
不過就在最近，研究人員又取得了更新的進(jìn)展。在靜岡縣伊東市的宇佐美發(fā)現(xiàn)了疑為1495年大地震留下的海嘯沉積物。如果這場地震的震級(jí)也為8級(jí)，則其與元祿地震的發(fā)生間隔為202年，那么8級(jí)地震的復(fù)發(fā)間隔就很有可能不是400年，而是200年。
進(jìn)一步地追溯歷史，又有更多以前沒有發(fā)現(xiàn)過的8級(jí)地震浮出水面。如前所述，研究人員已經(jīng)在小網(wǎng)代灣地區(qū)確定了形成于720年—1280年之間與560年～690年之間的海嘯沉積物，在館山則發(fā)現(xiàn)了估計(jì)為1100年左右形成的沉積物（具體成因是否是海嘯有待進(jìn)一步驗(yàn)證，也有源自臺(tái)風(fēng)、洪水的可能）和估計(jì)為878年元慶地震中形成的海嘯沉積物。
這些現(xiàn)象應(yīng)該如何解釋？根據(jù)館山的調(diào)查結(jié)果來看，有可能1100年左右的那場地震震級(jí)是8級(jí)，878年的元慶地震也是8級(jí)。在小網(wǎng)代灣發(fā)現(xiàn)的720年—1280年海嘯沉積物，所對(duì)應(yīng)的地震說不定正是1100年左右的一場8級(jí)地震或878年的元慶地震中的一個(gè)。而依據(jù)小網(wǎng)代灣的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在比這些地震更為久遠(yuǎn)的560年—690年之間，似乎也發(fā)生過一場8級(jí)地震。
至于其中形成于1100年左右的沉積物，在1096年時(shí)，的確發(fā)生過東海地震和東南海地震連動(dòng)而成的永長地震，但并沒有哪本古籍里記載過這一時(shí)期在關(guān)東地區(qū)也有大地震發(fā)生。只是僅憑古籍記載的缺失，也不能貿(mào)然斷言就沒有地震存在。另一方面，878年的元慶地震在《日本三代實(shí)錄》中有所記載。關(guān)東諸國，尤其是相模武藏一帶（如今的神奈川、東京和埼玉），受災(zāi)嚴(yán)重，導(dǎo)致交通中斷，強(qiáng)烈余震相繼發(fā)生，持續(xù)了五、六日之久。此外，房總半島南部有處階地，據(jù)推測也是形成于這一時(shí)期。
最為久遠(yuǎn)的560年—690年海嘯沉積物所對(duì)應(yīng)的地震，有可能曾與三浦半島斷層群中的北武斷層發(fā)生過連動(dòng)。近年發(fā)現(xiàn)三浦半島斷層群同屬分支斷層，北武斷層最近一次的活動(dòng)據(jù)推斷為6～7世紀(jì)。古籍中雖沒有相應(yīng)的地震記載，但南海海槽在684年曾發(fā)生過8級(jí)的白鳳地震。
這些地震還需要研究人員進(jìn)行更加詳盡的研究，不過姑且假設(shè)它們?nèi)际窍嗄：２垡l(fā)的8級(jí)地震，從大正關(guān)東地震開始向前追溯，依次記錄下發(fā)生年份是：1923年，1703年，1495年，1293年，1100年左右，878年，690年—560年。8級(jí)地震在1000多年的時(shí)間里，大約每過200年便會(huì)復(fù)發(fā)一次，無一例外。這樣的話，當(dāng)前所處周期應(yīng)該也是200年，地震平靜期已經(jīng)開始接近尾聲。
不斷積蓄的應(yīng)變
以上我們?yōu)榇蠹医榻B了針對(duì)日本歷史上的地震活動(dòng)進(jìn)行調(diào)查研究后得到的各項(xiàng)成果，至于當(dāng)前的地震活動(dòng)情況，則由國土地理院利用日本各地鋪設(shè)的GPS（全球定位系統(tǒng)），對(duì)地殼變動(dòng)進(jìn)行幾近實(shí)時(shí)的觀測，并且不斷地估算著各地區(qū)的應(yīng)變蓄積速度。查看陸地板塊——菲律賓海板塊邊界面的應(yīng)變蓄積速度便可發(fā)現(xiàn)，大正關(guān)東地震、東京灣北部地震的震源區(qū)內(nèi)均在不斷地積蓄著應(yīng)變。
元祿型地震一旦發(fā)生，房總半島東邊地震源區(qū)也會(huì)以相當(dāng)快的速度積蓄應(yīng)變，因此需要特別留意。此外研究人員還觀測到，該震源區(qū)西北側(cè)的板塊邊界面處不時(shí)還有慢地震發(fā)生。根據(jù)以上種種情況來看，日本東部大地震發(fā)生后，該地區(qū)的應(yīng)變蓄積情況雖然出現(xiàn)了暫時(shí)性的變化，如今卻在逐漸恢復(fù)至與震前相同的水平。日本國土地理院正在密切監(jiān)視著這種慢地震的動(dòng)態(tài)。
研究人員對(duì)首都圈地下結(jié)構(gòu)與地震活動(dòng)的了解，在近幾年獲得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。日本政府在新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，反復(fù)調(diào)整著防災(zāi)對(duì)策，但要總結(jié)出一套必備的措施，仍需要相當(dāng)長的時(shí)間。我們先要自己做好準(zhǔn)備面對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生的7級(jí)直下型地震。(撰文 中島林彥 審校 石邊岳男 藤原治 金子浩之 翻譯 薄錦)
本文作者 中島林彥是《科學(xué)美國人》日本版《日經(jīng)科學(xué)》的編輯。
本文審校 石邊岳男是日本東京大學(xué)地震研究所地震火山信息中心的特聘研究員。
藤原治是日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所活斷層與地震研究中心的研究主任。
金子浩之是日本靜岡縣伊東市教育委員會(huì)終身教育科市史編輯室主審。
本文由《環(huán)球科學(xué)》雜志社供稿
