众所周知，日本是地震多发国家，如何预防、预报乃至预测地震，也一直是日本科学界的重要研究领域。日本科学家不仅在努力开发更加尖端的预警、预防技术，也在深入研究日本地下的地质结构，调查日本历史上的大地震，希望能摸索出大地震规律，为地震的预防提供更加有用的参考信息。
撰文 中岛林彦
审校 石边岳男 藤原治 金子浩之
翻译 薄锦
自日本安政江户地震发生以来已有大约150年，如今，当年的江户市已经面貌大改，变成了地域辽阔的首都圈，而安政江户地震会不会在此地复发，一直是日本科学家心中的一项隐忧。不久前，首都圈以北经历了日本东部大地震，以西预计在不久的将来会发生东南海地震和南海地震等，这些周边地区的情况也开始让人联想起150年前的那场灾难。
据日本地震调查委员会公布的数据，首都圈在今后30年内发生8级地震的概率不足2%，发生安政江户地震这类7级地震的概率则高达70%左右（震级每相差一级，地震释放的能量便相差约30倍）。
现代都市若是遭遇发生在地表正下方的7级地震，将会造成十分巨大的损失。日本政府得出的震害预测结果是，若在冬季出现强风的日子里发生了首都直下型地震（震源位于在大城市正下方的地震），由此造成的死亡人数最高约达1.1万人，经济损失最高约达112兆日元。这一金额相当于日本全年的国家财政预算，因此会对日本乃至全球的经济造成巨大影响。
8级地震有规律可循
日本首都圈内发生的地震活动，最大的能量来源实为菲律宾海板块的位移。陆地板块与菲律宾海板块在神奈川县至相模湾正下方之间的区域紧密固着，逐渐蓄积着应变，一达到临界值便会引发固着区的脱离，导致板块边界面形成逆断层并发生位移，最终引发8级大地震。
日本距今最近的一次8级地震是1923年的大正关东地震，再早一些则是1703年的元禄地震。8级地震一旦发生，还会引发数次余震，震级最大可达7级。这种大型地震加上系列余震的活动会持续近10年的时间，其后便会进入地震活动减少的平静期。
平静期的长度约为100年。不过在此期间，应变依然在板块边界面处持续蓄积，待应变蓄积至一定程度后，板块边界面一带的地震活动便会开始频繁起来，进入7级地震频发的活跃期。活跃期的长度大约也是100年。接着，地震活动会达到峰值，最终引发又一次8级地震。
至此便可看出，从1703年的元禄地震到1923年的大正关东地震，正是一个完整的地震活动周期，长度约为220年，而日本当前则处于大正关东地震向下一次8级地震过渡的新一轮周期中。
研究课题中最重要的一项，就是活动周期的进度表。
绘制大地震周期表
1.从历史文献中寻找规律
进入江户时代（公元1603年—1867年）后，古籍中留下的记录也大为丰富起来：元禄地震所处的活跃期始自17世纪10年代的江户时代初期，整个时期长约90年。江户附近除了在1615年、1647年、1649年分别发生过造成人员伤亡、建筑物破坏等后果的地震外，还发生过8次震级达到5级的有感地震。接着便在1703年发生了元禄地震，其余震一直持续到了1710年以后。之后再到1840年为止的130年间则是平静期，其间侵袭江户的破坏性地震仅发生过1次，震级达到5级的地震仅发生过3次。
接下来又是从1845年左右开始到1923年大正关东地震结束、长约80年的地震活跃期。在此期间，侵袭了江户、东京一带的破坏性地震共有5次。此外还发生了7次震级达到5级的地震。然后在1923年发生了大正关东地震，余震活动一直持续到了1930年初。自那以来的80多年里，江户一直处于地震平静期。
如果首都圈此次所处地震活动周期的阶段性变化与上一次周期时一致，那么下一次活跃期的前半段，应该会有类似于安政江户地震的7级地震发生，同一时期在南海海槽处也会有8级地震发生。
只是，此次的活动周期对比上次仍有些许不同，导致今后的阶段性变化是否一致亦不得而知。一来，大正关东地震与元禄地震虽然同为8级地震，但就规模而言，以元禄地震更大；再来，这一次的活动周期中，日本海沟附近发生了上次周期中没有出现过的9级特大地震——日本东部大地震。
2.寻找没有历史记载的8级地震
记载着关东地区历史事件的古籍，到江户时代初期的17世纪前都十分罕见了。况且，我们很难界定古籍中所记载的那些破坏性地震有哪些属于8级地震。
查证历史地震活动的另一种方法，就是调查自然中所残留的地震及海啸痕迹，对其年代进行测定。
每次发生8级地震时，地面便会出现隆起，在沿岸地区形成10级以上的阶地。据日本产业技术综合研究所等机构调研发现，大正关东地震中形成了2米左右的隆起，元禄地震中形成了6米左右的隆起。
对形成年代更早、海拔更高的阶地进行详细调查后发现，关东地区大体上平均每隔400年便会发生一次8级地震，大正型关东地震（震源区从神奈川县内陆到房总半岛南部）每发生3到4次，元禄型地震（震源区要大于大正关东地震，从神奈川县内陆直到房总半岛以东）便会发生一次，如此周而复始。
根据这一研究结果来看，发生8级地震的时间间隔为400年。另一方面，从元禄地震开始到大正关东地震为止的周期大约是200年。因此，日本地震调查委员会的观点认为，8级大正型关东地震的平均发生间隔存在着一个200～400年的区间。而元禄型地震的复发间隔大约为2 300年。
根据地震调查委员会的这一结论来看，由于元禄型地震在大约300年前才刚发生过一次，下一次的8级地震应该仍是大正型关东地震。若其复发间隔与上一次的周期长度相同，也为200年左右的话，鉴于大正关东地震发生后已经过了90年，可以认为关东地区的地震平静期已经进入了尾声。另一方面，如果上一次的活动周期属于特例，而此次的周期长度为400年的话，便可认为当前的地震平静期还将持续上100年左右的时间。
日本东京大学地震研究所、日本产业技术综合研究所等机构也展开研究，利用相模湾沿岸的海啸痕迹来查证地震活动。
由于相模湾正下方便是一处8级地震的震源区，当8级地震发生时，海啸便会向当地沿岸地区涌去。海啸会刮擦海床及海岸等处，卷起那里的沙砾，运送至内陆地区并沉积下来。由此形成的沉积物就叫做海啸沉积物。虽然洪水有时也会形成十分相似的沉积层，但只要仔细研究一下沉积层中所含的贝壳、木片以及微生物的残骸等就可以区分出来，沉积层的形成年代也可以利用这些贝壳、木片，借助放射性碳年代测定法推算出来。
相模湾沿岸自古以来便被开垦成农田耕种，海啸沉积物遗失的情况也很常见，有时还会遭到自然侵蚀。此外也要考虑到因为地点因素而未能妥善沉积的情况。因此，要找出一处理想的调查地点首先就有一定难度，而作为首都直下项目的组成内容之一，日本东京大学地震研究所等机构在对三浦半岛西南角附近的小网代湾展开的调查中，在海啸沉积物的问题上便遇到了难题。
小网代湾的海啸沉积物已经形成了层状结构，最厚部位达2米，从中可以清晰地分辨出5层海啸沉积物。经核实，最上层为大正关东地震时期的沉积物，第二层为元禄地震时期的沉积物。那么下面那三层又是何时沉积而成的呢？虽然年代测定只能得出一个大致的范围，但只要时期相近的古籍中有所记载，经过对照便可框定具体的地震。
调查后发现，第三层有很大的可能为1293年的镰仓大地震。第四层则是720年—1280年之间的某一时期形成的沉积层，而古籍中关于这一时期的记录，包含了818年的“关东诸国的地震”、878年的元庆地震等数场破坏性地震。第五层的沉积年代推算是在560年—690年之间，但是古籍中并没有相应的记载。
与此同时，日本产业技术综合研究所等机构则在房总半岛的馆山发现了5层据信为海啸沉积层的沉积物。和小网代湾相同，研究人员将馆山沉积层的沉积年代与古籍记载两相对照后确定，最上层对应的是大正关东地震，第二层是元禄地震，第三层是1293年的镰仓大地震。第四层为1100年左右的沉积物，可能形成于古籍中没有记载的地震或海啸，目前尚不清楚详情。至于第五层，也就是最下层，据检测结果表示，对应的是878年的元庆地震。
综合小网代湾和馆山的调查结果来看，两处的沉积层中都出现了1293年镰仓大地震的沉积物。根据日本产业技术综合研究所等机构的调查研究，推断出房总半岛南端有一处阶地也形成于同一时期。而就在最近，日本产业技术综合研究所等机构发表的调查报告指出，相模湾对面的伊豆半岛东北端的伊东沿岸，有可能在上述时期发生过地壳变动，于沿岸地区形成了隆起。综合以上资料，基本可以断定，1293年的镰仓大地震就和大正关东地震、元禄地震一样，同属于8级地震。
据《镰仓大日记》等资料记载，1293年的镰仓大地震导致了建长寺等多处寺院倒塌失火，此外还引发了多起泥石流灾害。死亡人数据说也达到了2.3万人。这场地震又被称为“永仁地震”、“建长寺地震”等，在镰仓还发生了名为“平禅门之乱”的政变事件。
还有位于神奈川县西部的“神绳·国府津—松田断层”，一般认为它距今最近的一次位移发生在12世纪至14世纪后半叶期间。该断层一直都被视作一处独立的活断层，后来才发现它其实是从陆地板块—菲律宾海板块边界面处分支，延伸至地表的一处“分支断层”。板块边界面每发生数次8级地震，便会引发一次分支断层的连动。如此一来便带出了神绳·国府津—松田断层最近曾与1293年的8级地震发生过连动的可能性。由于该断层与相模湾海床处的相模湾断层相连，当时若连相模湾断层也发生了连动，就很有可能引发了相当大规模的海啸。
平静期已近尾声
震级经查估为8级的1293年镰仓大地震，与1703年的元禄地震间隔了410年，若将房总半岛海岸阶地成因的调查结果一并考虑在内，上一次的活动周期（从元禄地震到1923年大正关东地震为止的220年）应该属于特例。
不过就在最近，研究人员又取得了更新的进展。在静冈县伊东市的宇佐美发现了疑为1495年大地震留下的海啸沉积物。如果这场地震的震级也为8级，则其与元禄地震的发生间隔为202年，那么8级地震的复发间隔就很有可能不是400年，而是200年。
进一步地追溯历史，又有更多以前没有发现过的8级地震浮出水面。如前所述，研究人员已经在小网代湾地区确定了形成于720年—1280年之间与560年～690年之间的海啸沉积物，在馆山则发现了估计为1100年左右形成的沉积物（具体成因是否海啸有待进一步验证，也有源自台风、洪水的可能）和估计为878年元庆地震中形成的海啸沉积物。
这些现象应该如何解释？根据馆山的调查结果来看，有可能1100年左右的那场地震震级是8级，878年的元庆地震也是8级。在小网代湾发现的720年—1280年海啸沉积物，所对应的地震说不定正是1100年左右的一场8级地震或878年的元庆地震中的一个。而依据小网代湾的数据分析发现，在比这些地震更为久远的560年—690年之间，似乎也发生过一场8级地震。
至于其中形成于1100年左右的沉积物，在1096年时，的确发生过东海地震和东南海地震连动而成的永长地震，但并没有哪本古籍里记载过这一时期在关东地区也有大地震发生。只是仅凭古籍记载的缺失，也不能贸然断言就没有地震存在。另一方面，878年的元庆地震在《日本三代实录》中有所记载。关东诸国，尤其是相模武藏一带（如今的神奈川、东京和埼玉），受灾严重，导致交通中断，强烈余震相继发生，持续了五、六日之久。此外，房总半岛南部有处阶地，据推测也是形成于这一时期。
最为久远的560年—690年海啸沉积物所对应的地震，有可能曾与三浦半岛断层群中的北武断层发生过连动。近年发现三浦半岛断层群同属分支断层，北武断层最近一次的活动据推断为6～7世纪。古籍中虽没有相应的地震记载，但南海海槽在684年曾发生过8级的白凤地震。
这些地震还需要研究人员进行更加详尽的研究，不过姑且假设它们全都是相模海槽引发的8级地震，从大正关东地震开始向前追溯，依次记录下发生年份就是：1923年，1703年，1495年，1293年，1100年左右，878年，690年—560年。8级地震在1 000多年的时间里，大约每过200年便会复发一次，无一例外。这样的话，当前所处周期应该也是200年，地震平静期已经开始接近尾声。
日本东部大地震的影响
就日本首都圈今后的地震活动情况而言，1495年的8级地震和878年的元庆地震或许别具意义。日本东部大地震一般被视为869年在日本海沟附近发生的贞观地震的复发，据《日本三代实录》记载，继贞观地震发生9年后，在相模海槽发生了元庆地震，再过了9年后，又在南海海槽发生了仁和地震。
日本产业技术综合研究所开展的海啸沉积物研究还有一项发现，那就是在15世纪时曾发生过一场类似于贞观地震的大型地震，查阅古籍后得知，这有可能就是1454年的亨德地震。接着就在41年后的1495年，相模海槽附近发生了一场8级地震，又过了3年后的1498年，南海海槽发生了8级的明应地震。由此可见，大型地震连锁发生的模式都是一致的。
那么这一次呢？如果地震的活动周期大约在200年左右，鉴于大正关东地震发生至今已有90年，可见地震活动已经开始逐渐进入了活跃期。如今正值8级地震发生之前、7级地震多发也很正常的时期。虽然地震调查委员会认为在今后30年内发生7级地震的概率为70%左右，但考虑到活动周期的波动，这一概率在今后应该还会逐渐加大。
7级地震中，有部分会像安政江户地震一样，与南海海槽的8级地震发生连动，如果先在南海海槽发生了大地震，就要更加密切地监视相模海槽附近的地震活动情况。顺便说一下南海海槽在今后30年内发生不同8级地震的概率：据推测，东海地震为88%，东南海地震为70%～80%，南海地震为60%左右。
日本地震调查委员会公布了首都圈内数处活断层各自发生地震的概率。属于分支断层的神绳·国府津—松田断层在今后30年内发生地震的概率为0.2%～16%，三浦半岛断层群中的北武断层大概是3%以内，武山断层则是6%～11%。另一方面，立川断层作为首都圈内陆地区的代表性活断层，在今后30年内发生地震的概率为0.5%～2%（对于立川断层上一次活动的发生年份，不同专家之间的看法各异，目前正由日本东京大学地震研究所等机构进行相关调查）。
尽管以上给出的发生概率都很低，但专家推测，日本东部大地震改变了日本东部地区地下的应力平衡，将导致上述概率有所加大。查看以前的记录便可得知，大正关东地震发生8年后，一处名为“深谷断层”的活断层发生了位移，引发了西埼玉地震（死亡人数约20人，受伤人数约150人）。
不断积蓄的应变
以上我们为大家介绍了，针对日本历史上的地震活动进行调查研究后得到的各项成果，至于当前的地震活动情况，则由国土地理院利用日本各地铺设的GPS（全球定位系统），对地壳变动进行几近实时的观测，并且不断地估算着各地区的应变蓄积速度。查看陆地板块—菲律宾海板块边界面的应变蓄积速度便可发现，大正关东地震、东京湾北部地震的震源区内均在不断地积蓄着应变。
元禄型地震一旦发生，房总半岛东边地震源区也会以相当快的速度积蓄应变，因此需要特别留意。此外研究人员还观测到，该震源区西北侧的板块边界面处不时还有慢地震发生。根据以上种种情况来看，日本东部大地震发生后，该地区的应变蓄积情况虽然出现了暂时性的变化，如今却在逐渐恢复至与震前相同的水平。日本国土地理院正在密切监视着这种慢地震的动态。
研究人员对首都圈地下结构与地震活动的了解，在近几年获得了突飞猛进的进展。日本政府在新发现的基础上，反复调整着防灾对策，但要总结出一套必备的措施，仍需要相当长的时间。我们先要自己做好准备面对随时可能发生的7级直下型地震。
本文作者 中岛林彦是《科学美国人》日本版《日经科学》的编辑。
本文审校 石边岳男是日本东京大学地震研究所地震火山信息中心的特聘研究员。他与同所的岛崎邦彦教授、佐竹健治教授等人，致力于首都直下型地震防灾减灾特别项目中地震活动及历史地震的调查研究。
藤原治是日本产业技术综合研究所活断层与地震研究中心的研究主任，通过对海啸沉积物的调查研究，考察海沟型地震的活动情况。
金子浩之是日本静冈县伊东市教育委员会终身教育科市史编辑室主审。他在伊东市宇佐美地区的挖掘现场发现了海啸沉积物，目前正在研究其成因。
本文译者 薄锦毕业于新加坡南洋理工大学电脑工程系，长期从事商业财经、半导体电子、自然科学等多项领域的翻译工作。
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