地震也会相互交流？

请大家思考一个问题：在时空分布上，地震的发生是随机的吗？是互不相关，互不影响的吗？

1 现象描述

第一个问题很好问答，如下图所示，2000-2008年全球5级以上地震主要发生在地球的某些区域，如板块交界位置。因此，地震发生位置绝不是随机分布的，而是具有显著规律的，即大多分布在板块边界。

全球5级以上地震分布

那第二个问题，地震间是相互独立，互不影响的吗？

您可能会说这得分情况啊:

(1)大地震后往往会发生非常多的余震，显然这些余震与大地震有关系。因为余震都分布在大地震破裂区域周围，如下图所示的汶川地震后，余震都分布在主破裂带周边。

汶川地震余震分布(Zhang et al., 2010)

蓝色圆圈为余震，红线为地表破裂带，也就是断层出露地表位置。显然，余震都在红线周边。

(2)那大一点的地震间，比如6级以上的强震间是否也存在这种空间位置聚积的情况呢？专业术语叫地震丛集现象(cluster)。

仔细想想，好像存在这种情况啊。比如汶川地震前，大多数四川人都没有经历过地震；但汶川地震后，这6级以上地震咋隔三岔五的来，没完没了。2013年芦山6.6级地震(Mw 6.6)，2014年康定6.1级地震(Mw 6.1), 2017年6.5级九寨沟地震(Mw 6.5)。

(Xu et al., 2020)

如上图所示，汶川地震后，周边区域在10年内发生多个6级以上地震

2 机理分析

那这是为什么呢？

我们得想想地震是怎样发生的？本质上来讲，(1)地震是受力驱动的。(2)力从何而来：板块缓慢运动慢慢积累能量。多慢？大概和人类指甲的生长速度差不多。(3)为什么不能一直积累能量，因为任何材料“受欺负”的能力不是无限大的啊，总有一天会到达其"忍受"的极限。于是，岩石突然破裂且破裂还会继续传播，引发连锁反应，地震发生。

地震周期示意图：积累能量-能量突然释放-再次积累能量(source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earthquake_cycle.png)

从以上定性分析可以看出：地震发生的本质就是力，更准确地说是应力(stress)。应力是什么？分子间作用的内力啊。为什么分子间会有相互作用力？因为有外界加载啊，如板块运动，让分子偏离了其平衡位置。这样讲太微观了，那宏观表现是什么？那就是变形。

看手拿筷子，有外力加载时(手用力)，筷子就会变形，此时就有应力了。当应力大于筷子能承受的极限时，筷子突然断裂。地震过程可与此类比。

因此，一个很自然的想法出现了。

既然外力不断积累可以改变应力场，引发地震；那地震突然破裂，是否也会造成应力场改变呢？

答案是肯定的。那既然这样，这改变的应力场肯定会对后续地震发生造成影响啊，如推迟/提前后续地震的发生，让小地震变得更大或让大地震变得更小？

这种想法其实在几十年前人们就意识到了。但是，具体计算后发现：这应力改变大多在几个巴(bar)的量级，也就是几个标准大气压的大小。如此小的应力改变会影响后续地震发生？这似乎说不过去？

比如，我国地球动力学研究的先驱，北京大学王仁教授等早在1980年就计算过华北地区1960-1980年多个大地震的发生对区域应力场的影响，据此分析后续地震危险性。

据（王仁等，1980)

限于算力，当时的有限元网格虽比较粗糙，但思想是先进的。

据（王仁等，1980)

计算思路也非常明确

据（王仁等，1980)

3划时代论文

时间就这样匆匆溜走，到了1994年，类似的思想再次出现。

这次由于观测的进步(有大量余震数据，波形资料等)与算法的改进(解析解来做，准确且快速)，该思想逐渐得到地震学界承认：地震发生会影响周边应力场，这不算大的应力场改变不仅会触发余震，还有可能触发大地震。换句话讲，地震发生不是相互独立的，会相互"通气"，互相影响。

地震触发领域划时代论文: King et al., 1994,BSSA

该论文由一个英国人(Geoffrey C.P.King)，一个美国人(Ross Stein)，一个中国人(林间)共同完成。值得一提的是，林间教授目前任南方科技大学海洋系讲席教授，也是深圳海洋大学筹建具体负责人。

该论文是地震学领域近10年来高被引论文，截至今日(2026年6月3日)，谷歌学术显示该论文已被引3591次。

为什么该论文观点为什么会逐渐得到认可与承认呢？因为该非常有效地解释了观测数据啊，可称得上simple and elgant.

对余震分布：余震大多分布在主震破裂造成的应力增加区域，如下图中的红色区域。

图片据(king et al., 1994)

1992年6.1级Joshua Tree地震造成的应力场变化：红色代表应力升高，蓝色代表应力降低。可以明显看出：大多数余震都分布在红色区域。

图片据USGS，Ross Stein.

1992年美国Landers和Big Bear地震造成的区域应力场变化。白点为余震，可以清楚地看出大多数余震发生在应力增加区域(红色区域)。

您可能会说，还是有不少余震发生在蓝色区域啊。所以，更准确地讲，应力降低区域代表的是地震发生频率的降低，而不是一个地震都不发生。

那对强震呢？巧的是，也能解释强震发生位置，比如下图所示的美国Landers地震和Joshua Tree造成Big Bear地震震中区域（白色五角星）应力增加了约3 bar。Landers地震3小时后，Big Bear地震发生。

图片据(king et al., 1994)

强震间“沟通”(应力相互作用)，让地震丛集发生。

图片据USGS，Ross Stein.

白色圆圈为Big Bear地震震中位置，其处于3小时前发生的Landers地震造成的应力增强区域(红色区域)。

4 地震触发机理

如下图所示，地震同震破裂会让破裂区域变形恢复，这会导致这些区域应力降低；但同时，会导致某些区域，如断层两端变形加剧，这意味着这些区域应力升高了。因此，后续余震就非常有可能发生在这些区域。

图片据 (Stein, R. S, 2003).

左图：地震前，断层闭锁，也就是不能动；最边上加载(模拟构造加载, 如板块运动)造成的变形集中于此, 即方形变成了平行四边形,应力升高。

右图: 地震后，断层闭锁区域滑动，释放积累能量，变形恢复，即平行四边形变成了方形，应力减低。但是，断层两端由于断层的错动，导致其变形加剧，应力升高，从而造成这些区域后续地震频率增加。图片据(Ross Stein, 2003)。

有同学可能会问了，那若是大地震破裂，其对应力场影响应该不仅仅集中在地壳吧？上地幔会不会也会发生变形呢？那这些变形会对后续地壳应力场产生什么影响吗？

呵呵，答案是肯定的。这种机制叫做下地壳与上地幔粘弹性松弛造成地壳应力场的改变，从而影响后续的地震时间与位置。

所谓粘弹性，就是反应“慢几拍”，形象地讲：你打它一下，它立马反手给你一下，这是弹性；反之，它慢慢地，如同慢动作地给你一下，这就是粘弹性。沥青就是一种典型的粘弹性材料。

（source: https://zh.wikipedia.org）

著名的沥青滴漏实验，在澳洲昆士兰大学从1927年进行至今。足见粘弹性材料变形有多么缓慢。

说回地震，所谓粘弹性松弛造成的地壳应力场改变：笔者个人理解为下地壳与上地幔在数年到数十年尺度变形逐渐恢复，此过程会让中上地壳变形加剧，从而导致其应力场发生改变。

这样的例子有吗？还真有，也是美国1992年Landers地震后，粘弹性松弛提前了1999年Hector mine地震的发生。其应力转移过程如下图所示，这是一篇nature哦！

最上面第一张图显示同震应力变化，1992年Landers地震破裂让下地壳与上地幔变形突然加剧，应力突然增加（红色区域），此时Hector mine震中位置应力水平不高(呈现绿色)。但随着时间推移，下地壳与上地幔变形逐渐减小，恢复到常态，即发生了粘弹性松弛，这导致中上地壳变形加剧，也就是其应力增加（由绿变红）。到1999年，Hector mine震中位置已经全红了，而后地震发生。图片据(Freed& Lin, 2001).

5 尾声

除了以上两种机制，还有其他机制也会造成地壳应力场改变，比如震后余滑，有流体参与导致的孔隙弹性触发，地震波造成的动态触发等等。由于内容过于庞杂，在此略过，待以后有机会再详谈。

总之，目前研究表明：地震时空分布可能不是孤立的，是会相互"沟通"的。本质上，还是地壳应力场的影响，这足见深入研究地壳应力场是多么重要。您是否赞同几巴应力增加能触发大地震呢？

最后，对地震触发理论中各机制作个总结：

图片来源：林间教授课件

参考文献

王仁,何国琦,殷有泉,蔡永恩.(1980).华北地区地震迁移规律的数学模拟.地震学报(01),32-42.

Zhang, P. Z., Wen, X. Z., Shen, Z. K., & Chen, J. H. (2010). Oblique, high-angle, listric-reverse faulting and associated development of strain: The Wenchuan earthquake of May 12, 2008, Sichuan, China.Annual review of earth and planetary sciences,38, 353-382.

Xu D, Xiao J, He J, Wang W. 2020. Strong earthquake clustering around the eastern Tibetan Plateau after the 2008 M W 7.9 Wenchuan earthquake.Science China Earth Sciences, 63: 999–1012, https://doi.org/10.1007/s11430-019-9581-x

King, G. C., Stein, R. S., & Lin, J. (1994). Static stress changes and the triggering of earthquakes.Bulletin of the Seismological Society of America,84(3), 935-953.

Stein, R. S. (2003). Earthquake conversations.Scientific American,288(1), 72-79.

Freed, A. M., & Lin, J. (2001). Delayed triggering of the 1999 Hector Mine earthquake by viscoelastic stress transfer.Nature,411(6834), 180-183.