2015年尼泊尔廓尔喀地震*

Susan E Hough

(U.S.Geological Survey， 525 South Wilson Avenue， Pasadena， California 91106 USA)



2015年尼泊尔廓尔喀地震*

Susan E Hough

(U.S.Geological Survey， 525 South Wilson Avenue， Pasadena， California 91106 USA)

摘要随着1833年和1934年最近大地震(MW >7.5)的发生， 人们早已认识到尼泊尔面临着高地震危险。 当2015年4月25日尼泊尔(Nepal)廓尔喀(Gorkha)MW 7.8地震发生时， 人们起初感觉是最坏的担心变为现实了。 震级尽管很大， 然而， 邻近人口稠密的加德满都(Kathmandu)山谷的损失程度低于预期。 山谷内的多数本地建筑物很少或者没有受到结构破坏。 但山谷外边的一些村庄却发生了一些灾难性的破坏， 这些损害和石砌建筑的高易损性有关， 很多实例还和滑坡有关。 这个预期地震的意外观测结果迫使人们努力理解本次地震事件和更好表征未来喜马拉雅(Himalayan)大地震的危险。 为此， 这一专题的文章给出和描述了一些可用的数据集及能更好表征与解释本次地震及其影响的初步结果。

引言

人们很久以前都已经认识到了喜马拉雅弧及其邻区地震危险性很高， 坚信尼泊尔无疑会发生像1934年尼泊尔—比哈尔(Bihar)地震或震级更高的地震， 估计震级可达MW8.1～8.4[1-6]。 虽然这种警觉已经促进了科学研究和风险减灾努力， 但地球物理监测和提高快速恢复能力的进展受到了资源的阻碍。 由于政治压力一定程度的激励， 加德满都山谷的人口由2001年的约160万猛增到2011年的250万。 多数为易损建筑物的建筑物并行发展加剧了地震风险。 虽然尼泊尔具有建筑规范， 大多当局也有建筑许可程序， 但尼泊尔98%以上的建筑由业主和地方匠人建造， 当局未能估价工程设计规划[7]。 整个地区的建筑设计和材料的质量普遍很低。

2015年4月25日廓尔喀发生了MW7.8地震， 它似乎正是专家们长期担心的会对整个国家产生毁灭性打击的地震。 地震中心位于人口稠密的加德满都山谷西部， 向东部传播， 它破裂了处于山谷下部仅12～15 km深的滑脱面[8]。 虽然本次地震对整个尼泊尔产生了严重影响， 但生命和财产损失没有根据详情估计[9]或根据过去地震损失推断[3]的严重。 这样， 关于地震动的关键问题产生了： 主震地震动的本质是什么？ 对意外表相特征的解释是什么？ 为什么加德满都山谷和其他尼泊尔地区的破坏没有更严重？ 这个事件有助于我们更好地理解过去这个地区和喜马拉雅地震构造带上发生的大地震吗？ 对未来地震及其相关风险的可能性， 我们能够得到什么教训呢？ 这些问题的讨论在尼泊尔和国际社会已经开始了[10]， 并且显然还将持续多年。

现代仪器数据， 特别是尼泊尔， 将是解决这些难题的关键。 不幸的是， 近场数据是有限的， 多数本地和近区域距离的重要数据不是免费可用的。 这个专题的主要目的是归档、 描述和给出主震前后收集的免费数据集的初步分析报告。 这些研究改进了这次地震及其影响的表征。

1专题概述

显著地震发生后， 美国地质调查局(U.S. Geological Survey， USGS)国家地震信息中心(National Earthquake Information Center， NEIC)使用全球和本地可用数据尽可能地表征地震事件及其影响， 向有关各方传播信息。 NEIC产品主要通过网络颁布， 得到了国际社会的广泛应用。 Hayes等[11]给出了NEIC对廓尔喀地震响应的概述， 包括使用全球及时评价系统的影响评价讨论[12]。

因为最近的即时可用台站在西藏拉萨， 距主震震中约650 km， 所以NEIC起初的主余震位置没有得到很好地约束。 像Hayes等[11]和Dixit 等[13]描述的那样， 加入在主震前由USGS和尼泊尔地震技术学会与USGS合作安装仪器收集的本地数据后， 主余震的定位结果得到了改善。 这些数据由安装在美国大使馆的1个传统强震仪(NetQuakes)[13-14]和加德满都地区的3个场点的低成本微电子机械系统加速度计记录[13]。

除了使用本地记录改进余震定位外， Dixit等[13]进一步说明了这些数据如何有助于解决涉及地震动的关键问题。 虽然Galetzka等[14]得到了这样的结论： 由于震源辐射结合了长周期的盆地效应， 主震地震动受长周期能量主导， 这一解释也引发了另一个问题： 前湖床的响应为什么也受比以前研究预期更长的周期主导[15]？ 对比了主震和余震的数据后， Dixit等[13]得到了主震期间加德满都山谷的响应普遍是非线性的结论。

加德满都中部地质矿产办公室的一个重要记录， 进一步阐明了加德满都山谷主震地震动的特征， 通过Dixit等[13]的电子补充材料可以得到这个重要记录。 Bhattarai 等[16]给出并描述了这个仪器的主震和2015年5月12日MW7.3余震记录。 这些记录和NetQuakes仪器记录的特征一致， 它忠实地提供了两种记录的验证。 他们的结论是， 主震期间的长周期能量(≈4 s)表达了加德满都山谷的基本共振模式， 同时指出， 包含这个社区目前尚不可用的附加数据的更详尽分析需要充分理解观测结果[17]。

仪器数据的可用性提供了地震动本质的关键约束， 但这种数据的数量有限， 促进了基于详细破坏记录的强震烈度的详尽表征[18]。 仅有的有限烈度数据由USGS社区互联网烈度图系统(也称为“你感觉到了吗？ ” Wald 等[19])收集。 为更全面细致地约束烈度分布， Martin等[18]收集了传统新闻媒体及社会媒体的记录， 像Martin与Szeliga[20]描述的那样， 解释了欧洲地震表(European Macroseismic Scale， EMS)烈度[21]。 Musson等[22]的结果表明， EMS烈度和修正的麦加利烈度一致。 分析获得了受到整个区域3000个地点约束的烈度分布。 获得的数据集， 为截至目前对任何地震编辑过的最大传统数据集， 表明了加德满都山谷内外的主震烈度一般为中等(EMS 6-7)， 超过EMS 8的甚为稀少。 Martin等[18]进一步比较了此观测烈度分布和1833年及1934年地震的烈度。

Moss等[6]进一步记载了主震地震动及其影响， 重点评价了工程地质极端事件勘察(geotechnical extreme events reconnaissance， GEER)计划导致的工程地质影响。 他们通过直升机勘察提供了经受滑坡的大量文档。 Moss等[6]对发生的几万次滑坡的结论是， 这些滑坡与这个震级事件的预期相符合。 考虑到基础设施的性能， GEER团队得出结论， 多数道路和水工设施的破坏是因为山体滑坡。 然而， 滑坡的死亡人数比2005年巴基斯坦克什米尔( Kashmir)地震滑坡造成的少得多[23](～26000)， 这表明整个尼泊尔山体滑坡的严重影响程度处于预期水平的低端[24]。 详细的液化观测结果有类似的显示， 加德满都山谷确实发生了土体破坏， 但液化的数量和规模低于预期。

由此可见， 上述调查研究结果一致， 不仅在加德满都山谷， 即使在整个近场区域， 主震地震动和烈度一般都是中等(EMS 6-7)。 因此， 破坏、 液化和山体滑坡都显著低于加德满都山谷邻近区域给定震级地震的预期值。 Yun等[25]分析了震后4天和7天收集的合成孔径雷达(synthetic aperture radar， SAR)数据， 生成了破坏替代图， 进一步凸显了破坏分布。 他们的结果也表明了远距离区域的大部分破坏由滑坡造成。 得到的图已由许多国际灾害评估和响应规划机构应用。

其他几篇论文注重改进主震的破裂特征。 Angster等[26]给出了主震后9天开始的实地调查结果。 实地调查证实了主前缘逆冲(main frontal thrust， MFT)断层以南没有产生地表破裂， 为基于全球定位系统(Global Positioning System， GPS)和其他可用数据的推断[8]提供了重要佐证。 他们还进行了加德满都山谷内的实地调查， 详细识别并绘制了1 km北东向地表破裂， 他们把这地表破裂解释为局部扩展的结果， 而不是深部构造位移。 Moss等[6]也描述了这个特征， 包括槽探的初步结果。

Zhang等[27]使用远震、 GPS和SAR数据建立了廓尔喀地震和5月12日余震的滑动模型。 他们的结果凸显了主震和余震破裂的细节， 识别出了他们认为可能是来自于障碍体的弱滑动区域。 他们使用这种滑动模型研究廓尔喀地震序列造成的MFT上的库仑应力变化及其对未来MFT上地震的影响。 He等[28]借助区域距离上记录的远震P波使用区域和远震波形展示了快速震源特征改善此前震动图的潜力。 他们还提供了阿拉斯加、 澳大利亚和欧洲台阵的反传播投影分析结果。 这些研究结果通常和Hayes等[11]确定的主震破裂性质一致。 He等[28]和Avouac等[8]的反传播投影结果表明， 这个越来越受欢迎的数据有限区域震源性质成像方法的价值。 不同台阵和不同分析的结果通常一致， 但也呈现出了一些差异， 这些差异需要在未来的前瞻性研究中做进一步的探索。

列完这些特殊问题后， Bossu等[29]描述了如何使用基于智能手机的信息服务程序LastQuake来快速评估地震及其影响， 以及如何与公众接触。 LastQuake通过考虑地震信息网站上的网络流量模式及征集对多语种在线问卷的响应来检测和表征有感地震事件。 特别是， 在数据有限的区域， 这种和其他公众参与的科学方法， 不仅对补充传统监测网络数据的扩展， 而且对数据的收集都提供了巨大潜力。

总之， 这个专题的文章提供了几个主要数据集和实地勘察调查的综合资料。 为同地震研究快报(SRL)出版服务于美国地震学会(Seismological Society of America， SSA)领域的意图保持一致， 这个专题描述的数据集都是免费可得的， 这为国际地震专业人士寻求理解本次地震及其影响提供了至关重要的数据。 这些文章也给出了凸显廓尔喀地震及其影响的初步结果。 不同数据集的考虑揭示出， 近场地震动及因而导致的破坏和滑坡的程度， 不但在加德满都山谷附近地区， 而且在尼泊尔大部地区都低于假定廓尔喀地震震级的预期值。 这些初步结果提出了有关地震成因和地震灾害的关键问题： 什么引起了长周期地震动？ 未来喜马拉雅大地震事件或世界其他地区滑脱断层大地震事件的地震动实质上会类似于本次地震事件或比本次事件可能更严重吗？ 根据本次地震的结果， 我们能够得到什么样的历史地震教训呢？ 特征地震模型适合于喜马拉雅山板块边界吗？ 要解决这些及其他问题还需要做进一步的工作。 这里和别处记录的数据集将为深入综合理解本次重要而神秘的地震事件及其经验教训提供关键性约束。

文献来源： Susan E Hough. Introduction to the focus section on the 2015 Gorkha， Nepal， earthquake. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6): 1502-1505. doi:10.1785/0220150212

(甘肃省地震局杨国栋译)

(译者电子信箱， 杨国栋： yanggd@gsdzj.gov.cn)

参 考 文 献

[1] Chen Y.-P， Molnar P. Seismic moments of major earthquakes and the average rate of slip in central Asia. J. Geophys.Res.， 1977， 82(20): 2945-2969. doi:10.1029/JB082i020p02945

[2] Chitrakar G R， Pandey M R. Historical earthquakes of Nepal. Bull. Nepal Geol. Soc.， 1986， 4： 7-8

[3] Bilham R， Gaur V K， Molnar P. Himalayan seismic hazard.Science， 2001， 293(5534): 1442-1444

[4] Sapkota S N， Bollinger L， Klinger Y， et al. Primary surface rupture of the great Himalayan earthquakes of 1255 and 1934. Nature Geosci., 2013， 6: 71-76. doi:10.1038/ngeo1669

[5] Bollinger L， Sapkota S N， Tapponnier P， et al. Estimating the return times of great Himalayan earthquakes in eastern Nepal: Evidence from the Patu and Bardibas strands of the Main Frontal thrust. J. Geophys. Res.， 2014， 119(9): 7123-7163. doi:10.1002/2014JB010970

[6] Moss R E S， Thompson E M， Kieffer D S， et al. Geotechnical effects of the 2015MW7.8 Gorkha， Nepal， earthquake and aftershocks. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1514-1523. doi:10.1785/0220150158

[7] Dixit A M. Promoting safer building construction in Nepal. 13thworld conference on earthquake engineering， Vancouver， Canada， 1-6 August 2004， Paper No.1717

[8] Avouac J -P， Meng L， Wei S， et al. Unzipping lower edge of locked Main Himalayan thrust during the 2015，MW7.8 Gorkha earthquake. Nature Geosci.， 2015， 8： 708-711. doi:10.1038/NGEO2518

[9] Wyss M. Human losses expected in Himalayan earthquakes. Nat. Hazards, 2005, 34： 305-314

[10] Bilham R. Raising Kathmandu. Nature Geosci.， 2015， 8： 582-584. doi:10.1038/ngeo2498

[11] Hayes G P， Barnhart W， Briggs R， et al. Rapid characterization of the 2015MW7.8 Nepal (Gorkha) earthquake sequence and its seismotectonic context. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1557-1567. doi:10.1785/0220150145

[12] Earle P S， Wald D J， Jaiswal K S， et al. Prompt assessment of global earthquakes for response (PAGER): A system for rapidly determining the impact of earthquakes worldwide. U.S. Geol. Surv.Open-File Rept. 2009-1131： 15

[13] Dixit A M， Ringler A， Sumy D， et al. Strong motion observations of theM7.8 Gorkha， Nepal， earthquake sequence and development of the N-SHAKE strong-motion network. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1533-1539. doi:10.1785/0220150146

[14] Galetzka J， Melgar D， Genrich J F， et al. Slip pulse and resonance of Kathmandu basin during the 2015MW7.8 Gorkha earthquake， Nepal， imaged with space geodesy. Science， 2015， 349(6252)： 1091-1095. doi:10.1126/science.aac6383

[15] Bhandary N P， Yatabe R， Yamamoto K， et al. Use of a sparse geo-info database and ambient ground vibration survey in earthquake disaster risk study: A case of Kathmandu Valley. J.Civil Eng.，2014， 4(3A): 20-30

[16] Bhattarai M， Adhikari L B， Gautam U P， et al. Overview of the large 25 April 2015 Gorkha， Nepal， earthquake from accelerometric perspectives. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1540-1548. doi:10.1785/0220150140

[17] Nobuo T， Sawada K， Shigefugi M， et al. Shallow underground structure of strong ground motion observation sites in the Kathmandu valley. J. Nepal Geol. Soc.， 2015， 48: 66

[18] Martin S S， Hough S E， Hung C. Ground motions from the 2015M7.8 Gorkha， Nepal， earthquake constrained by a detailed assessment of macroseismic data.Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1524-1532. doi:10.1785/0220150138

[19] Wald D J， Quitoriano V， Dengler L， et al. Utilization of the Internet for rapid community intensity maps. Seismol. Res. Lett., 1999, 70(6): 680-697. doi:10.1785/gssrl.70.6.680

[20] Martin S， Szeliga W. A catalog of felt intensity data for 589 earthquakes in India， 1636-2009. Bull. Seismol. Soc. Amer.， 2010， 100(2): 562-569. doi:10.1785/0120080328

[21] Grünthal G (Editor) . The European Macroseismic Scale EMS-98， 1998， 15， Conseil de l’Europe， Cahiers du Centre Europeén de Geodynamique et de Seismoligie， Luxembourg： 101

[22] Musson R M W， Grunthal G， Stucchi M. The comparison of macroseismic intensity scales. J. Seismol.， 2010， 14(2): 413-428. doi:10.1007/s10950-009-9172-0

[23] Mahmood I， Quershi S N， Tariq S， et al. Analysis of landslides triggered by October 2005 Kashmir earthquake， PLOS Current Disasters， 7， 26 August 2015， First Ed.， doi:10.1371/currents.dis.0bc3ebc5b8adf5c7fe9fd3d702d44a99/

[24] Collins B D， Jibson R W. Assessment of existing and potential landslide hazards resulting from the April 25， 2015 Gorkha， Nepal Earthquake Sequence. U.S. Geol. Surv. Open-File Rept. 2015-1142: 50. doi:10.3133/ofr20151142

[25] Yun S -H， Hudnut K， Owen S， et al. Rapid damage mapping for 2015M7.8 Gorkha earthquake using synthetic aperture radar data from COSMO-SkyMed and ALOS-2 satellites. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1548-1556. doi:10.1785/0220150152

[26] Angster S， Fielding E， Wesnousky S， et al. Field reconnaissance after the April 25， 2015M7.8 Gorkha earthquake. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1506-1513. doi:10.1785/0220150135

[27] Zhang G， Hetland E， Shan X. Slip in the 2015MW7.9 Gorkha andMW7.3 Kodari， Nepal， earthquakes revealed by seismic and geodetic data. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1578-1586. doi:10.1785/0220150139

[28] He X， Ni S， Ye L， et al. Rapid seismological quantification of source parameters of the 25 April 2015 Nepal earthquake. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1568-1577. doi:10.1785/0220150131

[29] Bossu R， Laurin M， Mazet-Roux G， et al.The importance of smartphones as public earthquake information tools and for rapid engagement with eyewitnesses: The case of the 2015 earthquake sequence. Seismol. Res. Lett.， 2015， 86(6)： 1587-1592. doi:10.1785/0220150147

* 收稿日期：2016-02-10； 采用日期： 2016-03-04。

中图分类号：P315；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.009