出乎意料的板块内地震，究竟为什么发生？
作者：Anaïs Maréchal
编辑：Meister Xia
一览：
多数地震发生在板块边缘，由板块碰撞导致，但也有板块内部发生的地震，称为板内地震。
板内地震难以捉摸，地点出乎意料，震级有高有低。
板内地震最新理论认为，成因可能是一些微小现象，如侵蚀、降雨、冰川融化。
要认识板内地震并预测潜在风险还需要更多研究支持。
地球表面由多个板块组成，承载着大洋与大陆。板块不断移位、滑动、碰撞、交叠，导致边界变形，积聚的压力会沿断层线突然释放，发生地震 [1]。但在板块内部远离边界的位置，本该平静、没有形变的区域却仍有地震。既然无法用传统板块构造学说解释，这些意料之外的地震究竟为什么发生呢？对此，地震学家提出了多种理论，包括地表侵蚀、水循环、冰川融化等。
板内地震
远离板块边界的地震叫做板内地震。巴黎高等师范学院地震专家Éric Calais指出：“每个大陆都有板内地震，但全球只有少数、零星的记录。”2017年，博茨瓦纳爆发6.5级地震，地震区域没有检测到板块运动。1811至1812年，美国密西西比河流域的新马德里爆发了四次7级或以上的板内地震。中美洲、瑞典北部、法属圭亚那都发生过板内地震。被认为“不在断层带上”的法国本土也发生过板内地震 [2]。
图片来源：里氏地震震级及等级
2019年罗讷河谷发生的4.9级地震震惊了科学界。法国国家科学研究中心蒙彼利埃地球科学实验室研究主任Jean-François Ritz说：“此前该区域的地震震级都较低，1962到2018年的39次地震均为3级以下。”这次地震的原因同样不是断层运动。罗讷河谷已经2000万年没有发生过较大的地震了。
Éric Calais解释道：“板内地震可以达到较高的震级，但数量远不及板块边界的大地震。”自1974年首次记录以来，全球只发生了20次6级或以上的板内地震 [3]，更早的只能通过历史记载或地貌痕迹推断。Éric Calais说：“板内地震另一个特点是频率低。板块边界位置上，同样震级的地震发生频率更高。比如加利福尼亚几百年就有一次。”但板内地震不会如此频发，有些所在的断层带已经沉睡了几百万年。
认识地震，保护人类
了解板内地震很重要。有些板内地震震级可达到中至高级，破坏性强，震源浅，且所在区域的民众往往缺乏准备。罗讷河谷地震震中方圆20公里内就有两个核电站，震源深度仅1公里 [4]，破坏了900幢建筑，3人受伤，造成几百万欧元的经济损失。
法国的分区制建筑标准规定了建筑抗震级别，但该标准所参照的国家地震灾害地图没有包含罗讷河谷等预测之外的地区。Éric Calais说：“最近几年，科学界认识到板内地震会发生在意想不到的地区，基于板块模型的传统灾害计算方法无法估算其风险。”
“板内地震会发生在意想不到的地区，基于板块模型的传统灾害计算方法无法估算其风险。”
板内地震影响大，因此相关研究较多。一份由多名法国科学家联名撰写的报告指出：“学界不能形成统一意见，导致无法对地震活动及相关灾害明确分类。过去很长时间里，科学界认为板块活动是地震的唯一原因。其实板块内部也会有轻微形变，但频次太低无法测量 [5]。”
现象小，后果大
如今有学者提出了新的解释：板内地震是由地质学意义上短暂（数百至数千年）、微小的地质活动造成的 [6]，如雨水在水循环的作用下渗透地表，或者几千公里深处的地幔气体液体上升到板块所在处，增加了岩石压力。2017年的博茨瓦纳地震就是一个例子 [7]。
冰川融化与地表侵蚀也可能因减轻了地表重量，导致板块小幅反弹，触发板内地震。有人认为最后一个大冰期末尾阶段（1.2万年前）的冰川融化导致了罗讷河谷地震 [8]。据Jean-François Ritz介绍：“罗讷河谷地震专家报告提出，可能是因为震源附近采石场的开采活动使地壳变轻 [9]。”
图片来源：PI France
Éric Calais补充道：“新理论强调微小地质活动的作用，但它们不是唯一的因素。地震所需的板块压力需要上百万年的积累，微小地质活动只不过是导火索。”没有导火索，单凭压力不会引发地震。在几百万甚至几千万年的时间跨度中，板块活动有起有伏：有的板块会扭转方向，有的会断裂，有的会趋于平稳，种种形变导致板块上形成一个个压力源。Jean-François Ritz说：“我们观察了引发罗讷河谷地震的断层，发现冰川融化或地表侵蚀也会导致有规律的地震，但时间间隔长达1万年 [10]。”
板内地震很少，所以难量化。研究人员只能通过数字模拟再现，且判断每种现象（板块、地表侵蚀、水循环等）起到的作用大小也不容易。Éric Calais说：“这些特殊地震可能在一个地方只发生一次，潜在风险计算很复杂。学者缺乏评估潜在板内地震的客观指标。”
罗讷河谷过往地震痕迹的搜寻工作仍在进行。Jean-François Ritz断定：“此次地震所在的断层可能会沉寂很久，但区域内还有其他断层。未来几年内，我们会开展区域地震灾害评估，用更多研究和观察检验我们的观点！”
Anaïs Maréchal
参考资料：
1. Hiroo Kanamori and Emily E Brodsky 2004, The physics of earthquakes, Rep. Prog. Phys. 67 1429
2. Ritz, J‑F., et al, 2021, New perspectives in studying active faults in metropolitan France ; the “Active faults France” (FACT/ATS) research axis from the Resif-Epos consortium, dans Seismicity in France, Comptes Rendus Géoscience, Volume 353, issue S1, p.381–412
3. Calais, E., Camelbeeck, T., Stein, S., Liu, M., and Craig, T. J. (2016), A new paradigm for large earthquakes in stable continental plate interiors, Geophys. Res. Lett., 43, 10,621–10,637, doi:10.1002/2016GL070815.
4. Delouis B., et al., (2021), Constraining the point source parameters of the 11 November 2019 Mw4.9 Le Teil earthquake using multiple relocation approaches, first motion and full waveform inversions, CR Géosciences, ISSN (electronic) : 1778–7025
5. Mazzotti, S., et al., 2020, Processes and deformation rates generating seismicity in metropolitan France and conterminous Western Europe, BSGF Earth Sciences Bulletin, 191, 19.
6. Calais, E., Camelbeeck, T., Stein, S., Liu, M., and Craig, T. J. (2016), A new paradigm for large earthquakes in stable continental plate interiors, Geophys. Res. Lett., 43, 10,621– 10,637, doi:10.1002/2016GL070815.
7. Gardonio, B., Jolivet, R., Calais, E., & Leclère, H. (2018). The April 2017 Mw6.5 Botswana earthquake: An intraplate event triggered by deep fluids. Geophysical Research Letters, 45, 8886– 8896. https://doi.org/10.1029/2018GL078297
8. Ritz, JF., Baize, S., Ferry, M. et al. Surface rupture and shallow fault reactivation during the 2019 Mw 4.9 Le Teil earthquake, France. Commun Earth Environ 1, 10 (2020). https://doi.org/10.1038/s43247-020‑0012‑z
9. Delouis B., et al., Rapport d’évaluation du groupe de travail (GT) CNRS-INSU sur le séisme du Teil du 11 novembre 2019 et ses causes possibles. Rapport d’expertise CNRS, 11 Décembre 2019
10. Ritz J‑F, et al., The 2019 Le Teil surface-rupturing earthquake along the La Rouvière Fault within the Cévennes fault system (France): What does paleoseismology reveal. Journées AGAP, March 2022, Numéro spécial de la collection E3S Web of Conferences – Journées Scientifiques AGAP Qualité 2022, publié par EDP Sciences (proceeding 04001).
Éric Calais
巴黎高等师范学院教授、全球地震活跃区专家
Jean-François Ritz
法国国家科学研究中心蒙彼利埃地球科学实验室研究主任
Anaïs Marechal
地理科学博士，科学记者
”
End
