出品：科普中國

作者：地星引力

監制：中國科普博覽

自2023年2月6日土耳其南部靠近敘利亞的邊境地區連續發生強烈地震以來，該地區就持續不斷發生大大小小的余震，根據統計，到2月20日為止，余震數量已經超過6000次，即使是到了2月21日，也還在持續發生著超過6.4級的強烈余震。

土耳其在本次地震中垮塌的建筑 圖片來源：wikipedia

這些余震讓人們不禁對地震的好奇更多了一點：余震是如何產生的？余震會持續多久？余震有多大的危害？

一、地震是怎么形成的？

要搞清楚余震的形成原因，首先就得搞清楚地震的成因。可能很多人都知道，地震的產生是板塊運動的結果，地球表面堅硬的巖石圈（包括了整個地殼和上地幔的一小部分）并不是雞蛋殼一樣的完整的圈層，而是分裂成了15個大的板塊，以及更多小的板塊。

地球表面分為15個大板塊以及更多次級板塊 圖片來源：作者

這些板塊如同木板漂浮在水面一樣，“漂浮”在地幔之上，而地幔則是在地核這個巨大熱源的驅動下做著緩慢的熱對流。自然，“漂浮”在地表的板塊也就會在地幔熱對流的影響下產生運動，運動的結果就是板塊之間相互的碰撞與分離。所以，在板塊的邊界（尤其是碰撞板塊的邊界）處往往受到很大的力量的作用，但是由于板塊內部的巖層所能受到的壓力是有一個上限的，所以巖層在受到力的作用后就會破裂，并產生相對滑動，這些破裂的巖層往往呈線狀或帶狀分布，被稱為斷裂帶。

板塊運動原理示意圖 圖片來源：USGS

地震就發生在斷裂帶上。在平時，斷裂帶會受到強大而緩慢的壓力，由于斷裂帶并不是光滑的面，其間存在著強大的摩擦力，或是斷裂帶上存在著凸起，這些凸起如同鎖扣一般鎖住了斷裂帶，不讓其輕易移動。這種強大的壓力就會作用在斷裂帶兩側的巖層中，使其像筷子、木板一樣發生變形，強大的能量就被儲存在變形的巖層中，這種變形我們如今以先進的測繪技術就能檢測出來——地球上絕大部分地區時時刻刻都在移動，而且科學家們已經繪出了地球上不同板塊之間相互運動的速度和方向了。

雖然板塊在移動，但其中大部分的位移都被巖層的變形所吸收了——堅硬的巖層就好像一個巨大的彈簧，它也能被壓縮起來。但是這種壓縮是有限度的，一旦超出了這個限度，巖層就會斷裂，或者是巖層就會壓迫著斷裂帶移動。一旦移動產生，巖層中的變形就會瞬間回彈恢復到未形變的樣子，就好像彈簧失去束縛后回彈到原位一樣。這一瞬間，被儲存在變形的巖層中的能量就會釋放出來以地震波的形式出現，當地震波傳遞到地表引起地表震動，就成為了我們熟知的地震災害。

圖片來源：（美）塞思·斯坦，（美）邁克爾·維瑟遜著. 地震學、震源及地球結構概論. 北京：科學出版社, 2020.03.

二、地震之后為什么往往會有余震？

但是，在絕大多數情況下，大地震都不是孤立發生的。我們可以把地殼想象成一根巨大的竹片，這根竹片內部由無數纖維組成。地殼內部也是如此，它由層層疊疊的地層組成，每一個地層都有不同的物理性質，甚至在同一個地層的不同部位也有不同的物理性質。這就導致了當地殼受力的時候，其內部不同的地層對力的耐受程度是不一樣的，有些地方會先受不住，有些地方則一直到最后才會斷裂或移動。

我們可以用竹筷子做一個小實驗，使勁掰斷一根筷子，在大的破裂之前，就會聽到零星的噼里啪啦的斷裂聲，然后才會出現最大的那一次斷裂。地震的出現也類似，在大部分情況下，首先出現一系列小的地震，然后是一次主震，然后繼續是一系列小地震。這種地震往往被稱為前震-主震-余震型地震序列。

視頻中是掰斷筷子時的慢放鏡頭，可以明顯聽出來，在筷子斷裂之前就已經有部分纖維斷裂了 視頻來源：作者

當然，地震序列還有其他三種類型，一種是主震-余震序列，第二種是震群序列，也就是沒有特別突出的主震，而是出現一系列震級大致差不多的地震，最后一種就是孤立型序列，也就是出現主震（往往震級比較低）后，余震很少且強度很低。但是有學者根據中國的地震序列統計發現，大于6級的地震序列中，主-余型地震序列（包括前-主-余型）占了大部分。

不同類型地震序列的地震震級分布 圖片來源：蘇有錦，李忠華，趙小艷，劉自鳳著. 全球7級以上地震序列研究. 昆明：云南大學出版社, 2014.02.

這種地震序列的差異可能是由于地下巖層的性質不一導致的，由于地震多發生于地下的堅硬巖層中，所以科學家也利用高溫高壓下的巖石樣品進行了初步模擬，在物質性質均勻的巖石中，其破裂與主-余震型序列相似，而物理性質稍不均勻的巖石樣本的破裂則與前-主-余震型地震序列相似，物理性質極不均勻的巖石樣本的破裂則與震群型的序列相似。當然，對地震序列的不同還有更多其他理論，在此不一一介紹。

圖片來源：蔣海昆等編著；中國地震局監測預報司編. 中國大陸地震序列研究. 北京：地震出版社, 2007.07.

而對這些地震序列的具體研究則發現，余震的形成主要也與斷裂帶有關系：一部分余震會發生在主斷裂帶的破裂面上，通常出現在主震后的1-2天內，是最早出現的一批余震；一部分余震同樣產生在主斷裂帶的破裂面上，但是在初始破裂段落之外，這代表了破壞區域向外的擴展；另一部分余震則發生在離主斷裂帶更遠的地方，是由主地震的遠程觸發而導致的遠處斷裂帶的破裂。

雖然余震比主震要小，但其危害也不能小覷，一方面，強震的余震震級往往也不小，比如本次發生的土耳其-敘利亞地震，主震后的余震也有很多達到了6級以上；另一方面，余震會在主震的基礎上造成次級破壞，比如會讓原本已經極為脆弱的建筑完全被摧毀，或者頻繁的余震會造成嚴重的次生地質災害，比如滑坡、泥石流等；再次，余震通常是不可預測的，因為我們完全無法確定主震會如何遠程觸發其他區域的斷裂帶。因此，在地震研究中，余震的研究也是非常重要的一環。

三、余震的發生有什么規律嗎？

目前，我們對余震的規律以及觸發機制還了解有限，不過科學家已經歸納出了部分余震的規律：

第一個規律被稱為大森定律（Omori’s law），日本地震學家大森房吉經過研究提出余震次數會隨著時間而快速衰減，這個定律經過修正后的表達如下：

其中c、k、p都為常數，c、k、p通常根據各地條件不同而不同，其中p在0.7-1.5之間。這個規律通常被用于估計未來余震發生的概率，比如當p為1，c為0時，無論第一天的余震概率為多少，第二天的概率都僅為第一天的1/2，第十天概率僅為第一天的1/10。

大森定律與現實觀察到的余震衰減頻率能很好吻合 圖片來源：吳開統，焦遠碧等編著. 地震序列概論. 北京：北京大學出版社, 1990.03.

第二個規律被稱為巴特定律（Bath’s law），它指出，無論主震級多大，最大的余震與主震級的差值大約為1.1-1.2（矩震級）。

第三個規律被稱為古騰堡-里克特定律（Gutenberg-Richter law），這個規律指出了在某一區域內，某一震級地震數量與總地震數量之間的關系，如下公式，其中N為地震數量，M為震級，a和b為常數。

按照古騰堡-里克特定律來算的震級與頻度的關系圖 圖片來源：wikipedia

當然，由于地震發生在地下深處，我們目前對地下巖層的分布和性質的了解極為有限，因此對余震發生的規律等都只是從地表監測到的數據中歸納出來的，這些規律還處于不斷修正中，甚至哪一天這些規律被完全推翻也不是不可能。但是科學本身就是不斷曲折前進的，或許某一天我們有了能夠用衛星監測云層一般清晰探測地下巖層的技術，我們將會完全解開地震的一系列謎團，那時候我們就能精確預測地震，減少地震的傷亡。

來源: 中國科普博覽

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