马尼拉海沟如果发生大地震对我国有影响吗?

马尼拉海沟如果发生大地震对我国有影响吗?

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这个问题最近我查了一些资料。

先说结论,马尼拉海沟俯冲带具有可能的潜在特大地震能力和引发巨大海啸的能力,是我国华南沿海面临的最大海啸威胁来源。

其中 USGS 在 2006 年报告中指出,马尼拉海沟、琉球海沟和苏拉威西岛海沟是有可能引起特大海啸的潜在海底地震震源。其中马尼拉海沟发生地震引发海啸,向西或西北方向传播,将会直接威胁我国华南沿海地区的安全。

我国南海由西北向东南依次为大陆架、中央深海盆地和海沟,平均水深为 1140 m,马尼拉海沟南端的最深处可达 5377 m。马尼拉海沟形成于第三纪中新世,北起台湾南部,南至菲律宾中部,位于亚欧大陆板块和菲律宾板块之间,全长共 1500 km,与引发 2004 年印度洋海啸的亚齐 - 安达曼逆冲断层相当。亚欧板块在菲律宾板块以下的部分正以 80 mm/ 年的速度下降,至今仍属活跃地震带。NOAA 统计结果显示,1604 年和 1645 年马尼拉海沟发生两次 Mw8.0 大地震,1904—1968 年期间,南海区域发生 Mw7.0 以上地震 350 次,有 2 次引发海啸。Mw8.0 地震间隔期为 65 年,Mw8.5 地震间隔期为 205 年,Mw9.0 地震间隔期为 667 年。在过去 100 年里 ,马尼拉发生地震最大震级为 Mw7.6,目前抗震俯冲带占主导地位,活跃俯冲带处于平静期,一旦发生特大地震引发海啸,危害性和 2004 年印尼苏门答腊海啸相当。

USGS 根据断层结构将马尼拉海沟划分为 6 个易发生地震的断层。研究表明,M1、M2 和 M3 断层断裂发生地震引发的海啸将极大地威胁到华南沿海地区的安全。参考 NOAA 全球震源数据库系统和美国哈佛大学 CMT 数据源,在危险性分析方案计算中设计 5 种计算情景,分别是断层 M1、M2、M3、M2+M3 和 M1+M2+M3 断裂发生地震的情景,下图为断层参数和发震情况。

马尼拉海沟俯冲带具有以下三个典型特征:长期缺失大地震。马尼拉俯冲带虽然地震频繁,但均为中小地震,自 1560 年西班牙殖民有可靠记录之后四百多年间并未记录到震级超过 Mw7.6 大地震。大地震缺失可能意味着该俯冲区域断层要么以无震慢滑移或者慢地震为主的形式释放能量,要么断层能量不断累积,未来以巨大或特大地震形式释放。基于菲律宾和中国台湾 1998~2015 年的 GNSS 观测,通过块体模型得出该俯冲区域的耦合率可能为 0.48 或更高。俯冲速率高达 65~100mm/ 年。该速率甚至高出全球几个大地震非常活跃的俯冲带,比如日本海沟 62~81mm/ 年、苏门答腊俯冲带 50~60mm / 年和南美 58~72mm / 年。综合马尼拉俯冲带上述三个典型特征,不能排除其未来发生巨大或特大地震的风险。

针对 Megawati 等(2009)和 Qiu 等(2019)提出的最糟糕情景断层模型进行海啸模拟,分析马尼拉俯冲带地震产生的海啸在南海的传播特征和灾害影响。采用海啸模拟程序总结马尼拉俯冲带地震海啸的几个重要特征:

(1)华南沿海包括广东、福建和海南省沿海地区是除了中国台湾南部和菲律宾沿海这些近震源区域外,受马尼拉俯冲带地震海啸威胁最大的区域。特别需要指出的是,根据现有 GNSS 观测,吕宋岛西北部是整个俯冲带俯冲速率最大的区段,从而累积了最大弹性应变能,而这一区域的断层走向和南海北部海域地形特征导致其产生的海啸波能量正对着广东省沿海,尤其是粤东沿海,广东省沿海可能遭遇的最大海啸波高约 4~10m。

(2)分段模型模拟结果显示,发生在俯冲带南、北、中各段的地震海啸均会对中国华南沿海和南海内部岛礁产生灾害性影响,尤其是北段和中段的地震产生的海啸波最大能量将集中分布在广东和福建沿海,需要特别关注,而发生在中段和南段的地震对中沙和西沙群岛的影响更加明显。

(3)受南海北部陆架区域局部地形影响,海啸波在华南沿海多处发生波浪汇聚,自西向东依次是阳江、珠江口西岸澳门珠海一带、汕尾和漳州沿海,汇聚效应将导致这些区域遭遇比其他邻近海岸更大的海啸波高,从而成为风险相对较高的区域。

(4)海啸波传播到中沙和西沙群岛的时间在 0.5~1h 内,传播到华南沿海的时间约为 2~3h,因地震位置不同到达时间略有差异。北段地震产生海啸约两个多小时到达粤东,早于中段和南段的地震,而中段和南段的地震海啸到达中沙群岛和西沙群岛时间比北段约早半个小时。

对比 21 世纪以来另外两次真实发生的由震级 Mw9.0 以上地震触发的越洋海啸事件(2004 年 Mw9.3 苏门答腊 - 安德曼地震触发的印度洋特大海啸和 2011 年 Mw9.0 日本东北地震触发的太平洋特大海啸),如果南海域内发生类似规模的地震海啸,其灾害性后果是无法想象的。南海的海域面积为 350 万平方公里,是印度洋面积(7056 万平方公里)的 1/20、太平洋面积(18134 万平方公里)的 1/50,面积较小而且相对封闭,意味着一旦发生大规模海啸,其能量难以泄露到海域以外的邻近海域,巨大的海啸能量只能在相对狭小的海域传播吸收,在近震源和海啸波传播的主要方向产生巨大的波高,同时海啸波在逐渐衰减过程中会在域内海岸线之间来回反射,从而造成沿海区域超长时间的水位大幅度波动影响。类似的事件曾在同样具有半封闭构造环境的日本海发生过,1983 年 Mw7.9 日本海地震触发的灾害性海啸在日本海内部震荡时间达 2 天之久。通过对潮位站记录的海啸波波谱和数值模拟分析指出,超长震荡的主要原因是海啸波在封闭的海岸线之间发生多次反射,从而引发了整个海域的自由震荡。即使是在太平洋这样具有广袤面积的海域,2011 年日本东北特大海啸也引发了整个太平洋的洋盆震荡,致使海啸波在太平洋沿岸产生的波动持续了 4~5 天。由此看来,对于马尼拉俯冲带地震海啸,除了其产生的淹没灾害外,因南海特殊的封闭环境而可能产生的海岸线多次反射和海盆震荡造成的超长时间水位振荡灾害影响也需要特别关注。

对马尼拉俯冲带进行概率性海啸灾害评估的难点在于该区域缺乏确凿的大地震记录(Mw≥8),同时现代地震记录和 GNSS 的形变监测数据时长和空间分布均有限,断层浅部测量数据缺失导致对该俯冲区域的地震活动性认知不足。根据对马尼拉俯冲带现有地球物理观测资料的分析 ,虽然马尼拉俯冲带历史上缺乏大地震,但高俯冲速率和耦合率说明该区的最大潜在发震等级、频率和破裂范围均存在很大不确定性。针对以上多种不确定性,分别采用基于仪器记载的地震记录(1973~2014 年)和基于大地测量的数据约束(俯冲速率及耦合率)得到两组地震震级和频率的关系。可以看到两者计算得到的地震频率差异很大,以俯冲带北段发生 Mw8.0 级地震周期为例,根据地震记录得到的复发周期为 1042 年,而大地测量数据给出的周期为 232 年。

总的来说,马尼拉海沟俯冲带具有相当大的海啸风险,但是目前来看,我国由于海啸风险不及日本等国,针对海啸的宣传,防灾,预警措施都非常不完善,如果近年来就发生马尼拉海沟大地震,那么我国损失会非常大。但是马尼拉海沟俯冲带的大地震又是非常不确定的,目前没有完全掌握其周期,不像日本针对日本南海海沟大地震一般研究透彻并做好了充足准备。如果投入大量资金建设防灾体系却派不上用场那就十分不值得。不过现阶段建议是沿海民众应该自己主动提高防海啸意识,提前做好相关的避灾规划,如果得知菲律宾海沟俯冲带发生大地震,那么在短时间内应该关注国家海洋预报台的海啸预警,并尽快到高处避险。总之我国民众目前对海啸认识十分不充分,这个问题是非常大的。

参考资料:

  • 李琳琳,邱强等,南海海啸灾害研究进展及展望,《中国科学》杂志社
  • 张鑫,毛献忠,马尼拉海沟潜在地震海啸对我国华南沿海危险性研究,海洋预报