目前，日本首都圈內(nèi)的地震活動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，而安政江戶地震會不會在此地復(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)計在不久的將來首都圈以西會發(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，震級最高的便是大正關(guān)東地震這樣的8級地震。據(jù)日本地震調(diào)查委員會公布的數(shù)據(jù)，首都圈在今后30年內(nèi)發(fā)生8級地震的概率不足2%，但發(fā)生安政江戶地震這類7級地震的概率則高達(dá)70%左右。

8級地震主導(dǎo)的地震活動

    日本首都圈的地下結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。因為以房總半島海域內(nèi)的日本海溝為起點的太平洋板塊，以地處相模灣西部的相模海槽為起點的菲律賓海板塊，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，最大的能量來源實為菲律賓海板塊的位移。7級地震在上述的五大區(qū)域內(nèi)均有發(fā)生，而8級地震僅會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級大地震。距今最近的一次8級地震是1923年的大正關(guān)東地震，再早一些則是1703年的元祿地震。

    8級地震一旦發(fā)生，還會引發(fā)數(shù)次余震，震級最大可達(dá)7級，這又會改變?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)也會因此誘發(fā)震級較高的地震。這種大型地震加上系列余震的活動會持續(xù)近10年的時間，其后便會進(jìn)入地震活動減少的平靜期。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便會開始頻繁起來，進(jìn)入7級地震頻發(fā)的活躍期?；钴S期的長度大約也是100年。接著，地震活動會達(dá)到峰值，最終引發(fā)又一次8級地震。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)東地震級別相似的地震），正是一個完整的地震活動周期，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級地震過渡的新一輪周期中。

    進(jìn)入江戶時代（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年代的江戶時代初期，整個時期長約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次震級達(dá)到5級的有感地震。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，震級達(dá)到5級的地震僅發(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次震級達(dá)到5級的地震。然后在1923年發(fā)生了大正關(guān)東地震，余震活動一直持續(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周期的階段性變化與上一次周期時一致，那么下一次活躍期的前半段應(yīng)該會有類似于安政江戶地震的7級地震發(fā)生，同一時期在南海海槽處也會有8級地震發(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)生了震級為7級的嘉永小田原地震，屆時那一帶的地震活動說不定也會開始活躍起來。

    只是，此次的活動周期對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級地震，但就規(guī)模而言，以元祿地震更大；再來，這一次的活動周期中，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周期是不是一次典型的首都圈地震活動周期，若不首先核實這一點，就很難推算出下一次地震活躍期將于何時開始、安政江戶地震這樣的7級地震是否還會再現(xiàn)。研究課題中最重要的一項就是活動周期的進(jìn)度表。

    上一次的活動周期從1703年的8級元祿地震開始，到1923年的8級大正關(guān)東地震為止，總共歷時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，到江戶時代初期的17世紀(jì)初（也就是1703年的元祿地震所處的活動周期進(jìn)入活躍期以后）時便豐富了起來，但時間更早一些的就十分罕見了。有些時代留下了記錄，也有一些時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級地震以外，關(guān)東各地也會發(fā)生7級的直下型地震，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級地震。

    查證歷史地震活動的另一種方法，就是調(diào)查自然中所殘留的地震及海嘯痕跡，對其年代進(jìn)行測定。房總半島南部的正下方便是一處8級地震震源區(qū)，每次發(fā)生8級地震時，地面便會出現(xiàn)隆起，在沿岸地區(qū)形成10級以上的階地。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，其震級也要更高的緣故。

    接著又對形成年代更早、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年便會發(fā)生一次8級地震，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）便會發(fā)生一次，如此周而復(fù)始。

日本歷史上的8級地震

    只是，憑借對房總半島南部的調(diào)查，是否就能完全還原歷史上的8級地震活動，這一點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。

    由于相模灣正下方便是一處8級地震的震源區(qū)，當(dāng)8級地震發(fā)生時，海嘯便會向當(dāng)?shù)匮匕兜貐^(qū)涌去。海嘯會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。雖然洪水有時也會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，有時還會遭到自然侵蝕。此外也要考慮到因為地點因素而未能妥善沉積的情況。因此，要找出一處理想的調(diào)查地點首先就有一定難度，而作為首都直下項目的組成內(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，最上層為大正關(guān)東地震時期的沉積物，第二層為元祿地震時期的沉積物。那么下面那三層又是何時沉積而成的呢？雖然年代測定只能得出一個大致的范圍，但只要時期相近的古籍中有所記載，經(jīng)過對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年之間的某一時期形成的沉積層，而古籍中關(guān)于這一時期的記錄，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

    震級經(jīng)查估為8級的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也為8級，則其與元祿地震的發(fā)生間隔為202年，那么8級地震的復(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)一步驗證，也有源自臺風(fēng)、洪水的可能）和估計為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是8級，878年的元慶地震也是8級。在小網(wǎng)代灣發(fā)現(xiàn)的720年—1280年海嘯沉積物，所對應(yīng)的地震說不定正是1100年左右的一場8級地震或878年的元慶地震中的一個。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級地震。

    至于其中形成于1100年左右的沉積物，在1096年時，的確發(fā)生過東海地震和東南海地震連動而成的永長地震，但并沒有哪本古籍里記載過這一時期在關(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期。

    最為久遠(yuǎn)的560年—690年海嘯沉積物所對應(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。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級地震在1000多年的時間里，大約每過200年便會復(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了針對日本歷史上的地震活動進(jìn)行調(diào)查研究后得到的各項成果，至于當(dāng)前的地震活動情況，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)），對地殼變動進(jìn)行幾近實時的觀測，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態(tài)。

    研究人員對首都圈地下結(jié)構(gòu)與地震活動的了解，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)對策，但要總結(jié)出一套必備的措施，仍需要相當(dāng)長的時間。我們先要自己做好準(zhǔn)備面對隨時可能發(fā)生的7級直下型地震。(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