华润新能源控股有限公司 原中广核工程设计公司核电前期设计总工程师 教授 姜晓玮

本人先后在大学和中国科学院从事地质基础理论科研工作，后在中广核工程设计院从事核电前期的设计工作，任核电前期项目设计总工程师；先后主持完成了20余个核电前期项目。我愿意利用我在地质地震方面知识和核电选址工作的经验，为大家分析福岛核事故产生的原因，陆续登出发表，不妥之处，尚请谅解。

需要声明的是，我目前已经离开中广核集团转而做投发工作，因而我的言论只代表我自己，以保证其客观性。

一、日本福岛核事故的主要原因

虽然相关数据和应急的详细过程尚未完全公布，但福岛核事故是由超出设计基准的两个外部极端事件-地震和海啸叠加所引发的，这点是可以肯定的；至于机型落后、设备老化、应急失误等说法尚需相关数据公开后才能判断，但无论如何也应属于次要因素。

二、为什么日本会遭遇这么大的地震和海啸

既然地震和海啸是福岛核事故发生的主要原因，那么为什么日本会遭遇这么大的地震和海啸叠加袭击呢？我国是否也会遭遇这么大的地震和海啸呢？要弄清楚其中的原因，需先了解产生这样地震和海啸的地质构造背景。

以下我不会详细介绍板块构造学复杂的内容，而尽量用最简单的科普语言介绍其背景，以照顾广大的非专业读者。

1、板块构造学说简介

1）地球的结构

地球的结构犹如一颗鸡蛋，最外层的“蛋壳”称岩石圈（由地壳和地幔顶部固体的部分构成），其下则是液态的地幔（图1）。地球岩石圈并非铁板一块，而是由若干个彼此被分割板块组成，称岩石圈板块。岩石圈是刚性的，比重较小；地幔是流塑性的，比重较大。因而，就像春天破冰之后水体表面的冰块一样，刚性的岩石圈板块可以在流塑性的地幔上运动。正是岩石圈板块的彼此运动，造就了现今地球上的地貌景观，包括海洋和陆地，山链和边缘海，岛弧和海沟等。

图1  地球结构示意图

2）岩石圈板块划分及其边界

根据板块构造学说，地球岩石圈可以被划分为六个一级的板块：太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块（图2）。

图2  地球六大岩石圈板块划分示意图

岩石圈板块都是由一些巨型的断裂带相分割，称为岩石圈板块边界。根据它们边界之间的相互运动性质，可将岩石圈板块边界分为三种主要的类型：拉张型边界，挤压型边界和剪切型边界。

拉张型边界又称分离型边界：主要以大洋中脊（或中隆、海岭）为代表。它是岩石圈板块的生长场所，是海底扩张的中心地带，也是海洋生长的摇篮。

挤压型边界又称汇聚型边界或消亡带：是两个板块相向移动、挤压、对冲、消亡的地带。也称为贝尼奥夫带。主要以岛弧-海沟为代表。在西太平洋这种型式最为典型，如日本岛弧-海沟、千岛岛弧-海沟、汤加岛弧-海沟等。

剪切型边界又称平错型边界：这种边界是岩石圈既不生长，也不消亡，只有剪切错动的边界，转换断层就属于这种性质的边界。

由于板块之间相互运动的天然性质，这些板块的边界属于地质应力最集中的地区，因而这些地区地质活动最为强烈，也是地震活动的孕育的集中区。世界上绝大多数地震都分布于这些板块的边界附近（图3）。图3中红点是地震震中位置，可以看出，日本列岛属于地震震中最密集的地区。

图3 全球的地震分布规律

3）日本多发地震和海啸的原因

从上可以得知，日本列岛在大地构造位置上属于欧亚板块的东缘，与太平洋板块相接触，即处于岩石圈板块的边界位置（图4）。从图4中可以看出，在日本列岛的东缘，有一个深达近万米的海沟将欧亚板块和太平洋板块相分隔，称日本海沟。沿着日本海沟，太平洋板块以一定的角度插向欧亚板块的下面，日本列岛就位于这个下插的太平洋板块上面。

由于阻力，沿着下插的太平洋板块应力逐渐集中，集中到一定程度，达到临界值，会导致应力突然释放，即板块突然运动，从而产生地震，随后是一系列余震，以调节未完全释放的应力，以达到一个新的应力平衡。接下来就是应力再次集中的时期，可称为活动间歇期，这期间，岩石圈相对稳定，应力为下一次地震在逐渐集中，在做着准备。

由于太平洋板块是沿一定的角度向欧亚板块之下下插的，因而沿太平洋板块下插，其产生的地震深度也随着下插由浅源地震、中源地震向深渊地震递进演变。

这个自海沟向岛弧或大陆倾斜的震源带，被称为贝尼奥夫带。是由日本地球物理学家和达清夫在20世纪30年代首先发现这一震源带，50年代美国地震学家H.贝尼奥夫进一步研究予以确定。故也称为和达－贝尼奥夫带。

因此，由日本海沟向日本列岛，再向中国东部的边缘海（渤海、黄海、东海、南海），因太平洋板块向欧亚板块之下俯冲所导致的地震的震源深度逐渐由浅变深（图5）。

图4 板块边界地震产生的原因-地震是洋壳俯冲的结果

图5 日本列岛地震震中分布图

从上可知，由于日本列岛位于欧亚板块的东缘，与太平洋板块相接并挤压、俯冲。由于太平洋板块向欧亚板块之下俯冲的作用，日本海沟与日本列岛之间属于中浅源地震分布的密集区（图5），因而，日本列岛多发地震，且以中浅源地震为主，也就足足为怪了；而且，3月11日的日本大地震正是发生在这个海沟之上的俯冲带上（图6）。事实上，世界范围内有记录以来最大的几次地震都是发生在这些板块的边界带上的，这是与板块边界的地质性质有关。包括有记录以来震级最大的智利大地震（1960年）就是发生在太平洋板块东缘向美洲大陆下插的俯冲带上。

图6  日本3月11日大地震震中位置图