历史上的今天:2011年东日本大震灾(3月11日)震述

东日本大震灾,是发生于2011年3月11日日本时间14时46分18秒的日本东北地方太平洋近海地震所引发的震灾及其二次灾害。该地震矩震级达到Mw 9.1,是日本观测史上最强的一次地震,亦是全球观测史上第三强的地震。地震引发了毁灭性的海啸侵袭日本的太平洋沿岸地区,造成超过2万人死亡或失踪。后来更发生非常严重的福岛第一核电站炉芯融毁事件,令灾情和復兴雪上加霜。

本文主要講述地震的發生、巨大地震構造、前震及餘震活動。

主震简述

主震发生于日本时间3月11日14时46分18.1秒(北京时间14时46分18.1秒),震源是牡鹿半岛东南偏东130公里的海底,震源深度约为24公里。从震源机构解分析,这是属于一次逆断层型的地震。

连动型地震

本次的地震跟以往的三陆近海地震不同的是,今次由宫城县外海(三陆近海)为震源开始滑动,触发再外侧的一个沉睡以久的巨大震源域发生巨大的滑动,此后再向南扩展到茨城县外海为止,触发至少四个已知的震源域,其涉及的总面积为500公里长,200公里阔,其巨大震源域的滑动量相当大,最多更达到62米,这比起以往的超巨大地震(如2004年印尼苏门答腊地震)更严重。

也因为这样断层破坏持续数分钟的超巨大地震,日本气象厅当时测出来的气象厅震级到Mj 7.9开始出现饱和现象,后来经过多次向上修正。首先于16时修正为Mj 8.4;但因为日本国内的广域地震计几乎全部破表,导致平常15分钟内就能算出来的矩震级要花上近一小时才能计算出Mw 8.8,并于17时30分对外发佈,在这时点已经是日本观测史上最强的地震;最后利用国外的波形数据等,于3月13日对外发佈Mw 9.0为本次地震的最终值。

美国地质勘探局(USGS)则最初发佈矩震级为Mw 8.8;地震发生34分钟后向上修正至Mw 8.9;发生6小时后已经修正至Mw 9.0,成为1900年以来第五个震级达到9或以上的地震;2016年11月7日经研究和复核后,将其主震震级再向上修正为Mw 9.1,与2004年印尼苏门答腊外海地震(USGS官方值并排世界第三强

极广范围的震感

因为本次主震震源域非常广阔,导致剧震区域亦变得相当广阔。同时,因为涉及多次带时间差的断层破坏,在不同的地方产生的S波传播需时,很多地方的地震波都呈现两三个或更多的地震峰值,且时间非常长,东日本全域的摇晃时间达6分钟,长周期的地震动更长达10分钟或以上。

宫城县的栗原市在这次地震录得震度7,是观测史上第三次,而在地震速报的阶段就对外发表震度7则是首次。东日本太平洋侧的县市(岩手、宫城、福岛、茨城、栃木、群马、琦玉、千叶)基本上震度达到6弱甚至6强;南关东(神奈川、东京都)、东海道地区(山梨、静冈)以及东日本日本海侧的县市(青森、秋田、新潟、长野)则达到震度5弱或5强;北海道以及再远一点的甲信越地区震度4;远至近畿地区(京都、大坂、奈良)都能录得震度3。

有感范围最远到鹿儿岛,亦有震度1。另外,根据气象厅的推估福岛县磐城市可能达到震度7;防灾科学技术研究所于栃木县芳贺町录到震度7(计测震度值6.51),可是前者只是推估而非实际的观测值;后者则因为不是气象厅用于发佈震度的对象震度计,因此未有被採纳。

前震活动

最为显着的前震活动是3月9日的一次Mj 7.3的地震,当时在宫城县录得最大震度5弱,并发出了海啸注意报,最后录得0.6米的海啸;其后于3月10日再发生一次Mj 6.8.最大震度4的地震,当时被认为是3月9日地震活动的最大馀震。

另外,由2月中旬开始到发生前这一个月的时间发生了两次慢滑动的事件,其中第一次由2月中旬持续到2月末,第二次就在3月9日的地震活动之后,这两次的慢滑动总共放出了相当于矩震级Mw 7.1地震的能量,研究表示这些慢滑动促成了今次的超巨大地震。

北海道大学教授日置幸介利用GPS的连续观测网GEONET进行调查,发现震源域的上空电离层在震前40分钟发生电子密度增大的情况,这在1994年北海道东方近海地震和2010年智利地震皆有发生同样的情况,这有可能成为一种可以超短期内预知巨大地震发生的手法。

馀震活动

馀震非常活跃,即便是主震过后的一小时内,就已经发生3次震级达到Mj 7.0以上的大型馀震,其中于日本时间15时15分发生的茨城县外海地震,震级达到Mj 7.6(Mw 7.9),是至今以来的最大馀震;

另外,馀震的发生范围亦与主震的震源域一样广阔,整个三月裡,震级达到M5.0的馀震有479次、震度1以上的有感地震则超过3000次;日本气象厅在2018年3月10日发表的报告中,提及到由主震发生至2018年3月6日为止,一共有10次M7.0以上、127次M6以上、929次M5以上的馀震;震度4以上383次、震度1以上更达到13386次。以馀震的密度来说,就算放诸世界的巨大地震如2004年印尼苏门答腊地震和2010年智利地震亦无法与其比拟。

同时,本次地震亦诱发了好几场地震,这包括3月12日凌晨时份一连串的长野县北部地震(最大震度6强)以及3月15日的静冈县东部地震(最大震度6强),不少的地震专家表示这是因为主震过后,以东日本为中心发生了地壳变动和应力的变化,令到一些地震可能提早发生。

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