揭秘喜馬拉雅大地震
喜馬拉雅山堪稱世界上最雄偉的山脈，每年吸引著無數的登山愛好者來此探秘，接受來自四面八方的印度教和佛教信徒來此朝拜。喜馬拉雅山脈橫貫亞洲大陸，其崇山峻嶺是印度板塊與歐亞板塊發生強烈碰撞擠壓的產物。在兩個板塊持續地擠壓過程中，不斷孕育和爆發大大小小的地震。
2015年4月25日，喜馬拉雅山脈中部腹地尼泊爾廓爾喀（Gorkha）地區發生了7.8級（矩震級）地震（簡稱廓爾喀地震）。科學家們通過地震臺站收集信息，逐步揭開喜馬拉雅山脈深部結構的神秘面紗。
喜馬拉雅-青藏高原地區
地震頻度是高還是低？
印度板塊與歐亞板塊的碰撞擠壓是地球演化歷史上最具有代表性的造山事件。迄今為止，這里的巖石圈結構與地質地貌和地表生態環境仍在發生強烈的相互作用，地震、冰崩、滑坡等自然災害頻現。每年在喜馬拉雅-青藏高原一帶，4級以上有感地震會發生約300次，比鄰近的東歐國家和我國東部地區更多。
事實上，從整個歐亞板塊的構造背景來看，太平洋板塊與歐亞板塊碰撞帶地震活動頻度比喜馬拉雅-青藏高原高得多（圖1）。然而，從地震危害性的角度來看，地震活動造成的直接財產損失和人員傷亡，喜馬拉雅-青藏高原地區位居世界之首。例如1920年8.5級的海原地震導致23萬人遇難；2005年7.6級的巴基斯坦地震和2008年7.9級的汶川地震分別有約7萬人失去生命；1950年8.6級察隅地震是世界上有史以來記錄到的最大的內陸型地震，震中區地表破壞程度達到最大烈度Ⅻ度，幾十萬平方千米大地瞬間面目全非（圖2）。
圖1青藏高原及其周邊地區1970年以來
6級以上地震分布，圓圈大小代表不同震級
圖2喜馬拉雅-青藏高原地區發生
的震級大于7.5級、深度小于70千米的地震
7.8級廓爾喀地震
有何獨特之處？
廓爾喀地震發生在尼泊爾首都加德滿都西北方向約80千米處，斷層滑動具有明顯的方向性，東南方向的斷層錯動更為明顯。以加德滿都為中心，在邊界斷層（主喜馬拉雅逆沖斷裂, Main Himalayan Thrust）上形成了一個150千米長的破裂面。
發生廓爾喀地震的起始位置并非意料之外，這里300千米超長“空區”在最近的數百年間尚未發生過大地震(Bilham, 2015)。廓爾喀地震的斷層滑動并未表現在各個方向，而只是破裂了地震空區以東的一小段（圖3）。
圖3廓爾喀地震破裂區(余震所在的彩色區域)與地震潛在的尼泊爾中部地震空區(淺藍色虛線區域)
地震破裂的位置在很大程度上取決于所在斷層的幾何形態。在此之前，人們認為邊界斷裂均勻地向北傾斜，隨著印度板塊向喜馬拉雅下方的俯沖，邊界斷裂沿著板塊匯聚的北北東方向逐漸變深。通過進一步觀測，發現喜馬拉雅山脈沿著自西到東的弧形走向分布并不均勻，邊界斷裂的形態和物質成分存在著明顯的橫向變化。
大地震爆發后，出現持續不斷的余震活動是普遍的自然現象。5年來，在廓爾喀地震破裂區記錄到了1000余次3.5級以上的余震。得益于近距離的觀測，我們“看”到了更加清晰的震源區深部結構圖像，在印度板塊向北俯沖的擠壓作用下，邊界斷裂從南端的平緩斜坡（約5°傾角）向北逐漸過渡到更加陡峭的斜坡（約10°傾角），形成了低喜馬拉雅斜坡（Lesser Himalayan Ramp）構造，擠壓作用所積累的應力在廓爾喀地震中得到了釋放。不僅如此，斜坡構造由西向東也是逐漸變化的，在主震區之下更陡，在破裂區東端變深而且更加平緩，同時破裂區東段在俯沖的印度板塊中發育了基底隆起，阻止了地震破裂向東南方向繼續延伸（Bai et al., 2019）。這些發現在很大程度上填補了以往觀測的空白。如果能在地震發生前了解這些邊界斷裂的變化規律，我們就有可能預測未來地震將在何處發生、可能有多大震級。
震后5年的恢復重建與地震觀測
尼泊爾共有75個區，其中31個區在地震中受到影響，14個區遭受嚴重破壞，造成9000余人死亡，20,000余人受傷，近50萬間房屋被毀，經濟財產損失超過8億盧比，約為尼泊爾全年GDP的1/3，相當于5千萬人民幣。地震發生后，尼泊爾政府及多個國家和國際組織向災區提供了物資救援，在加德滿都谷地建立了16個臨時避難所，給受災家庭每戶發放40萬盧比（約2.5萬人民幣）的救災款，在當地積極培訓恢復重建的工程技術人員。面對巨大的自然災害，以雇傭兵著稱的廓爾喀人民，以勇敢善戰的頑強斗志，在廢墟上重新燃起裊裊炊煙（圖4）。
圖4. 恢復重建后的廓爾喀地震震中區Barpak鎮（攝于2020年1月16日）
尼泊爾是地震多發國家，為了揭開喜馬拉雅多地震的發生機理，尼泊爾地震中心在法國巴黎大學的援助下，自1980年以來陸續建立了21個短周期垂直分量地震臺站和兩個地震中心。廓爾喀地震發生前后，中國科學院青藏高原研究所、中國地震局地球物理研究所等科研單位在尼泊爾也陸續架設了寬頻帶地震臺站，配備了遠程管理和實時傳輸裝置。如果沒有這些野外臺站，所能檢測到的地震數量可能要少得多。
板塊擠壓碰撞的影響遠遠超越了喜馬拉雅山和青藏高原，消融的冰雪從喜馬拉雅山脈源源不斷地向南流淌到開闊的恒河三角洲，孕育了古老的印度文明，維護著4億人口賴以生存的家園。關于廓爾喀地震，還有很多的未解之謎，比如這次地震為何沒有向南破裂到地表。這些問題可能一直存在，直到我們再次觀測到8級以上大地震。
不可否認，我們對這種災難性地震的認識來得太遲，如何事先將科學的發現公諸社會并及時應用在災害評估、建筑物抗震規劃等方面，將是我們未來面臨的課題。
（中國科學院加德滿都科教中心和青藏高原研究所碰撞隆升與影響團隊對野外地震臺站布設給予了大力支持和幫助，中國地震局地球物理研究所李麗和蔣長勝兩位研究員對本文初稿提出了寶貴意見，在此一并表示感謝）
參考文獻：
Bilham, R.,2015. Raising Kathmandu, Nature Geoscience. 8: 582-584.
Bai, L., Klemperer, S.L., Mori, J. Karplus, M.S., Ding, L., Liu, H., Li, G., Song, B., Dhakal, S., 2019. Lateral variation of the Main Himalayan Thrust controls the rupture length of the 2015 Gorkha earthquake in Nepal, Science Advances, 5, eaav0723.