請大家思考一個問題：在時空分布上，地震的發生是隨機的嗎？是互不相關，互不影響的嗎？

1 現象描述

第一個問題很好問答，如下圖所示，2000-2008年全球5級以上地震主要發生在地球的某些區域，如板塊交界位置。因此，地震發生位置絕不是隨機分布的，而是具有顯著規律的，即大多分布在板塊邊界。

全球5級以上地震分布

那第二個問題，地震間是相互獨立，互不影響的嗎？

您可能會說這得分情況啊:

(1)大地震后往往會發生非常多的余震，顯然這些余震與大地震有關系。因為余震都分布在大地震破裂區域周圍，如下圖所示的汶川地震后，余震都分布在主破裂帶周邊。

汶川地震余震分布(Zhang et al., 2010)

藍色圓圈為余震，紅線為地表破裂帶，也就是斷層出露地表位置。顯然，余震都在紅線周邊。

(2)那大一點的地震間，比如6級以上的強震間是否也存在這種空間位置聚積的情況呢？專業術語叫地震叢集現象(cluster)。

仔細想想，好像存在這種情況啊。比如汶川地震前，大多數四川人都沒有經歷過地震；但汶川地震后，這6級以上地震咋隔三岔五的來，沒完沒了。2013年蘆山6.6級地震(Mw 6.6)，2014年康定6.1級地震(Mw 6.1), 2017年6.5級九寨溝地震(Mw 6.5)。

(Xu et al., 2020)

如上圖所示，汶川地震后，周邊區域在10年內發生多個6級以上地震

2 機理分析

那這是為什么呢？

我們得想想地震是怎樣發生的？本質上來講，(1)地震是受力驅動的。(2)力從何而來：板塊緩慢運動慢慢積累能量。多慢？大概和人類指甲的生長速度差不多。(3)為什么不能一直積累能量，因為任何材料“受欺負”的能力不是無限大的啊，總有一天會到達其"忍受"的極限。于是，巖石突然破裂且破裂還會繼續傳播，引發連鎖反應，地震發生。

地震周期示意圖：積累能量-能量突然釋放-再次積累能量(source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earthquake_cycle.png)

從以上定性分析可以看出：地震發生的本質就是力，更準確地說是應力(stress)。應力是什么？分子間作用的內力啊。為什么分子間會有相互作用力？因為有外界加載啊，如板塊運動，讓分子偏離了其平衡位置。這樣講太微觀了，那宏觀表現是什么？那就是變形。

看手拿筷子，有外力加載時(手用力)，筷子就會變形，此時就有應力了。當應力大于筷子能承受的極限時，筷子突然斷裂。地震過程可與此類比。

因此，一個很自然的想法出現了。

既然外力不斷積累可以改變應力場，引發地震；那地震突然破裂，是否也會造成應力場改變呢？

答案是肯定的。那既然這樣，這改變的應力場肯定會對后續地震發生造成影響啊，如推遲/提前后續地震的發生，讓小地震變得更大或讓大地震變得更??？

這種想法其實在幾十年前人們就意識到了。但是，具體計算后發現：這應力改變大多在幾個巴(bar)的量級，也就是幾個標準大氣壓的大小。如此小的應力改變會影響后續地震發生？這似乎說不過去？

比如，我國地球動力學研究的先驅，北京大學王仁教授等早在1980年就計算過華北地區1960-1980年多個大地震的發生對區域應力場的影響，據此分析后續地震危險性。

據（王仁等，1980)

限于算力，當時的有限元網格雖比較粗糙，但思想是先進的。

據（王仁等，1980)

計算思路也非常明確

據（王仁等，1980)

3劃時代論文

時間就這樣匆匆溜走，到了1994年，類似的思想再次出現。

這次由于觀測的進步(有大量余震數據，波形資料等)與算法的改進(解析解來做，準確且快速)，該思想逐漸得到地震學界承認：地震發生會影響周邊應力場，這不算大的應力場改變不僅會觸發余震，還有可能觸發大地震。換句話講，地震發生不是相互獨立的，會相互"通氣"，互相影響。

地震觸發領域劃時代論文: King et al., 1994,BSSA

該論文由一個英國人(Geoffrey C.P.King)，一個美國人(Ross Stein)，一個中國人(林間)共同完成。值得一提的是，林間教授目前任南方科技大學海洋系講席教授，也是深圳海洋大學籌建具體負責人。

該論文是地震學領域近10年來高被引論文，截至今日(2026年6月3日)，谷歌學術顯示該論文已被引3591次。

為什么該論文觀點為什么會逐漸得到認可與承認呢？因為該非常有效地解釋了觀測數據啊，可稱得上simple and elgant.

對余震分布：余震大多分布在主震破裂造成的應力增加區域，如下圖中的紅色區域。

圖片據(king et al., 1994)

1992年6.1級Joshua Tree地震造成的應力場變化：紅色代表應力升高，藍色代表應力降低。可以明顯看出：大多數余震都分布在紅色區域。

圖片據USGS，Ross Stein.

1992年美國Landers和Big Bear地震造成的區域應力場變化。白點為余震，可以清楚地看出大多數余震發生在應力增加區域(紅色區域)。

您可能會說，還是有不少余震發生在藍色區域啊。所以，更準確地講，應力降低區域代表的是地震發生頻率的降低，而不是一個地震都不發生。

那對強震呢？巧的是，也能解釋強震發生位置，比如下圖所示的美國Landers地震和Joshua Tree造成Big Bear地震震中區域（白色五角星）應力增加了約3 bar。Landers地震3小時后，Big Bear地震發生。

圖片據(king et al., 1994)

強震間“溝通”(應力相互作用)，讓地震叢集發生。

圖片據USGS，Ross Stein.

白色圓圈為Big Bear地震震中位置，其處于3小時前發生的Landers地震造成的應力增強區域(紅色區域)。

4 地震觸發機理

如下圖所示，地震同震破裂會讓破裂區域變形恢復，這會導致這些區域應力降低；但同時，會導致某些區域，如斷層兩端變形加劇，這意味著這些區域應力升高了。因此，后續余震就非常有可能發生在這些區域。

圖片據 (Stein, R. S, 2003).

左圖：地震前，斷層閉鎖，也就是不能動；最邊上加載(模擬構造加載, 如板塊運動)造成的變形集中于此, 即方形變成了平行四邊形,應力升高。

右圖: 地震后，斷層閉鎖區域滑動，釋放積累能量，變形恢復，即平行四邊形變成了方形，應力減低。但是，斷層兩端由于斷層的錯動，導致其變形加劇，應力升高，從而造成這些區域后續地震頻率增加。圖片據(Ross Stein, 2003)。

有同學可能會問了，那若是大地震破裂，其對應力場影響應該不僅僅集中在地殼吧？上地幔會不會也會發生變形呢？那這些變形會對后續地殼應力場產生什么影響嗎？

呵呵，答案是肯定的。這種機制叫做下地殼與上地幔粘彈性松弛造成地殼應力場的改變，從而影響后續的地震時間與位置。

所謂粘彈性，就是反應“慢幾拍”，形象地講：你打它一下，它立馬反手給你一下，這是彈性；反之，它慢慢地，如同慢動作地給你一下，這就是粘彈性。瀝青就是一種典型的粘彈性材料。

（source: https://zh.wikipedia.org）

著名的瀝青滴漏實驗，在澳洲昆士蘭大學從1927年進行至今。足見粘彈性材料變形有多么緩慢。

說回地震，所謂粘彈性松弛造成的地殼應力場改變：筆者個人理解為下地殼與上地幔在數年到數十年尺度變形逐漸恢復，此過程會讓中上地殼變形加劇，從而導致其應力場發生改變。

這樣的例子有嗎？還真有，也是美國1992年Landers地震后，粘彈性松弛提前了1999年Hector mine地震的發生。其應力轉移過程如下圖所示，這是一篇nature哦！

最上面第一張圖顯示同震應力變化，1992年Landers地震破裂讓下地殼與上地幔變形突然加劇，應力突然增加（紅色區域），此時Hector mine震中位置應力水平不高(呈現綠色)。但隨著時間推移，下地殼與上地幔變形逐漸減小，恢復到常態，即發生了粘彈性松弛，這導致中上地殼變形加劇，也就是其應力增加（由綠變紅）。到1999年，Hector mine震中位置已經全紅了，而后地震發生。圖片據(Freed& Lin, 2001).

5 尾聲

除了以上兩種機制，還有其他機制也會造成地殼應力場改變，比如震后余滑，有流體參與導致的孔隙彈性觸發，地震波造成的動態觸發等等。由于內容過于龐雜，在此略過，待以后有機會再詳談。

總之，目前研究表明：地震時空分布可能不是孤立的，是會相互"溝通"的。本質上，還是地殼應力場的影響，這足見深入研究地殼應力場是多么重要。您是否贊同幾巴應力增加能觸發大地震呢？

最后，對地震觸發理論中各機制作個總結：

圖片來源：林間教授課件

參考文獻

王仁,何國琦,殷有泉,蔡永恩.(1980).華北地區地震遷移規律的數學模擬.地震學報(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.