地震介紹
1989年10月17日，美國舊金山發生大地震，震級芮氏6.9級，死亡逾270人。這是本世紀美國大陸經歷的第二次最大地震，僅次於1906年聞名全球的舊金山8.6級大地震。據測定，震中位於太平洋邊緣的聖克魯斯以北16公里。地震波及加利福尼亞州從舊金山到薩克拉門托的大部地區。
初步統計地震中死亡人數超過270人，經濟損失估計10億美元。另外，幾百萬居民缺電，計算機不能運轉，交通阻塞嚴重，影響正常工作和生活。目前救災正在進行。
地震切斷了交通，損害了舊金山國際機場。公路、橋樑、機場、海灣快速鐵路一時被迫關閉。舊金山及其附近地區，高樓大廈左右搖動，玻璃碎片四處落散。海灣地區一座大廈倒坍。市內幾處起火，馬里納區大火熊熊燃燒。自來水管遭損害，救火工作受阻。
地震發生時，舊金山“燭台”公園球場正在舉行第三屆棒球比賽。場地震動15秒後，無大損壞。6.2萬名觀眾慶賀倖免災難。
地震救援
10月20日，美國總統布希視察了加利福尼亞州舊金山灣地震災區，並呼籲居民“朋友之間互助，鄰里之間相幫”，共渡難關。布希主要察看了聖何塞、奧克蘭、舊金山、聖克魯斯四地的災情，並在奧克蘭880號州際高速公路斷裂的雙層橋現場會見了當地民眾和救災人員。他表示，這次地震造成的嚴重災害遠遠超出他的預料。
10月20日當天災區仍有輕微餘震。人口稠密地區仍有成千上萬人或在朋友家借宿，或在政府安排的公共場所藏身。與此同時，舊金山等地政府當局和大批志願人員正繼續全力救濟災民。工程隊忙於搶修橋樑、道路，拆除危險房屋，修復水、電管道。尋找埋藏在瓦礫之中死傷者的工作也在加緊進行。
白宮已為緊急援助撥款3億多美元；國會正在籌措至少25億美元的救災款。加州官員認為全部財產損失據保守估計為30億美元；當地保險公司估計總額達40億美元。加州州長表示可用提高稅收彌補損失。
10月21日，據美國地質測量中心報告，舊金山地區又發生芮氏4.6級的較強餘震，震中距舊金山灣約80公里，靠近17日6.9級大震的震源。據統計，自17日大震以來，舊金山地區共發生2000多次餘震。
地震目擊
據美國地震台網測定，1994年1月17日4時31分（台北時間17日20時31分），在洛杉磯市西北35公里處（北緯34°13′，西經118°32′）發生芮氏6.6級地震。對地震時的情況,美國《人物》周刊洛杉磯分部35歲的記者托德說“和幾百萬洛杉磯居民一樣，17日凌晨4點31分，我和妻子從酣睡中驚醒。在最初幾秒鐘，只有一個念頭如雷電般在我腦海中閃過，地震了!地板在劇烈晃動，我失去了平衡，幾乎摔倒。等我站直，內牆傾倒下來，恰好砸在我背上。在房間上下左右搖晃時，我聽見玻璃的破碎聲、家具的撞擊聲、地板和牆壁的錯位聲、鋼琴的沉重跌倒聲則又為這一長串難以忍受的噪音增添了一個音節。在黑暗中，發生的一切均無法目睹，只有浩劫的恐怖之聲撞擊著人們的耳膜……。”
住在靠近震中北嶺一帶的華裔居民於寶玲的感受更為可怕。她說：“當時我在睡夢中被巨響聲吵醒，驚慌地發覺自己的身子在床上被高高拋起，又重重落下，黑暗中周圍的一切都在被地震肆意地搖晃，摔倒，房子裡的嘈雜聲像幾十個發脾氣的人在摔東西泄憤，就像世界末日到了一樣！”
傷亡損失
據統計，這次地震造成62人死亡，9000多人受傷，25000人無家可歸，毀壞建築物2500餘座（加上嚴重受損約4000餘座），幾條高速公路多處被震斷，一些立交橋坍塌，通向洛杉磯市區及其他地區的11條主幹道被迫關閉。地震還造成該市大部分地區斷電停水，約4萬戶住宅斷水，5.2萬戶斷電，3.5萬戶斷煤氣，通訊網路出現嚴重阻塞，雷擊經濟損失高達300億美元，這是一個驚人的數字！它相當於1976年我國唐山7.8級地震造成的經濟損失的10倍；是美國加州1952年7.5級地震造成的經濟損失的600倍及1987年7.1級地震造成的經濟損失的5倍，而這次地震的震級卻比上述地震小0.5-1.2級！據報導，這是迄今為止美國歷史上地震災害造成的經濟損失最大的一次地震。
地震預報的成功實現依賴於觀測及理論兩大基礎，而理論的發展也離不開觀測系統的技術進步。美國是現代地震學研究的起源地，儘管美國直接進行地震預測研究的工作開展得不多，但其觀測系統建設及地震基礎理論和地震預測理論研究成果都是世界第一流的。根據筆者有限的了解及調研結果，本報告將簡要介紹美國近期的觀測技術系統建設及地震基礎理論研究計畫。掛一漏萬，以此提供同仁參考，力圖對我省未來十年防震減災綜合防禦工作的目標任務、技術需求、發展對策等的確定有所裨益。
地震研究
太平洋西北部地震災害研究
主要目標是：發展和試驗板塊構造模型以解釋地質、地震分布、長期變形、地球物理特徵。將火山爆發速率作為現代變形模型的約束條件；收集和分析區域斷層，地球物理及地震資料並給出Cascadia地區的系列地圖以了解該地區的複雜構造組織；監測俄勒崗和華盛頓地區的地震及火山活動。確保地震信息能及時傳送到有關用戶；監測該地區的地殼形變；發展該地區的古地震、海嘯、滑坡及火山活動歷史的資料庫；發展貝尼爾夫地震帶的地震活動生成模型，調查地震起源，在俄勒崗地區地震時間的可能性並探索評估年度地震矩釋放的方法；擴展區域強地面運動的實時監測系統；收集和綜合分析地質、地球物理和地震數據以解釋Seattle和Portland地區的地震災害等。
北加州地震台網建設
完整和連續地記錄幅度大於1.0級地震的地面運動；在地震發生後的幾秒鐘內自動和準確的計算地震參數並將其傳送給公眾和有關應急部門；準確處理地震信息並存檔以備地震學研究用；發展軟硬體以解決區域地震台網記錄和快速確定地震位置，並實時將信息傳送上網。
舊金山海灣地區地震災害計畫
重新計算海灣地區未來30年地震危險機率；獲取史前大地震的時間和強度、城市內走滑斷層的斷層滑動速率的新的信息；發展海灣地區新的地殼三維結構和岩石沉積岩速度模型；計算海灣地區歷史地震的位置和強度、區域地震活動性速率隨時間的變化、了解甚少的正斷層、逆斷層及未知斷層的地震活動速率；發展該地區第四紀沉積岩的新的數字地圖。
南加州地震觀測計畫
建設南加州地震台網；建設南加州地區綜合GPS觀測台網；繼續研究發展、實施和管理快速回響系統以提供地震地面運動信息；地面運動研究以了解和更好的刻畫地震震源、衰減和場地效應。研究三維地球結構。了解地震破裂過程和恢復的複雜性。進一步加強了解和預測大地震中強振動分布；調查南加州地區的斷層系統的相互作用；區域地震可能性模型研究。
洛杉磯地區第四紀地層學研究
通過對含水沉積層運用現代的、統一的、順序地層學模型來確定洛杉磯地區的沉積過程、變形歷史、岩化過程和地球化學過程。利用這些模型發展一個區域水文地質和地層學網路。
地震危險機率和發生研究
地震的復發及發生的統計模型研究；地震復發及發生的物理模型研究；前震和餘震研究；斷層間相互作用研究；發展一個綜合斷層作用、地殼應力、板塊運動和地震成因的區域模型來預測未來地震的發生。
地球物理研究
利用鑽孔和地表地球物理觀測、結合實驗室研究結果來確定地震震源處岩石和流體的性質；測量該地區的應力場、流體壓力和溫度；確定孕震區斷層岩石的強度和摩擦行為。確定破裂過程中流體沿斷層的流動及流體的力學作用，確定控制地震發生的物理過程和震源條件；確定斷層的強度、滑動穩定性和物理性質對動態滑動傳播過程的影響；結合地震的和無震的構造應變積累和釋放，測量生成描述地震復發周期和斷層行為特徵的理論計算機模型。該模型考慮以下因素：地震破裂過程中摩擦阻尼的發展變化；震後斷層的癒合；地震成核和應力鬆弛過程中無震蠕變的作用。由於近的和遠的地震的流體壓力變化造成的有效應力擾動；以及熱和岩石對斷層作用範圍的約束。
地形變研究
測量和記錄無震地殼形變運動；其中包括確定在California、Oregon、Washington、以及Alaska引發地震的板塊運動速率，美國板間地區應變速率以及可能與地震發生有關的斷層活動的瞬變信號。
Parkfield地區聖安德烈斯斷層運動的連續監測
為了延續並發展針對安德烈斯斷層運動已開展的各類研究，在Parkfield這一較小範圍內，布設了以下觀測項目：
（1）大地形變測量：在Parkfield地區斷層周圍布設了18條雙色雷射測距儀，測量距離為1-9公里，內誤差0.3-1.0mm。自1984年以來每周測量3次。
（2）GPS的連續監測：布設了6個GPS連續觀測站，其測量精度為水平向2-3mm，垂直向10mm。
（3）連續應變觀測網：在活斷層兩側布設了9個應變觀測儀。在較短時間內可觀測到10-9的變化。應變儀分兩種，一種是體應變儀用於監測斷層周圍的體應變變化，無方向性。一種是張量應變測量儀用於測量三個不同平面方向上的水平應變變化，其優點在於可以計算出最大、最小應變、剪下應變以及其他應變分量的量值和方向。所有觀測數據都通過衛星直接輸送到USGS總部。
（4）三分向鑽孔應變測量：布設了3個三分向鑽孔應變測量台站，用於觀測活斷層周圍三分量應變變化。測量精度為10-8。該觀測可提供長期應變積累、與地震活動有關的中期應變變化以及地震時的同震應變偏移量。
（5）蠕變測量觀測網：在斷層兩邊布設了13個蠕變觀測台站，用於連續觀測斷層地區的斷層幾米內活動變化，以便能更好的描述斷層滑動的速率和特徵。
（6）地磁觀測：布設了7個地磁觀測台站，這些地磁觀測儀用於觀測絕對磁場。可用來描述電離層和磁層的電磁場擾動。磁儀器觀測精度為0.2nT。
（7）水位觀測：斷層周圍布設了11個水位觀測站。觀測精度達到毫米量級。對於一周內的地下水位變化主要是由於大氣壓力和地球潮汐壓力變化造成周圍含水層地殼變形引起。30天到90天的地下水位變化混合了地殼形變和季節性水文趨勢變化信息。而年度的水位變化則主要用於季節性水文趨勢變化造成。
ANSS建設
ANSS（美國國家地震監測台網系統）是USGS地震災害計畫中地震觀測台網建設的重要組成部分。ANSS將會成為一個至少由7000個布設在地面和建築物內的振動測量系統組成的全國性的觀測網路。它將由現代地震觀測儀、信息交流中心、數據處理中心及訓練有素的人員組成。它將提供個人實時地震信息以備地震應急回響、提供工程師關於建築物和場地效應信息、提供給科學家高質量的地震數據來更好的了解地震過程、固體地球結構及動力學過程。ANSS用於購買觀測設備的經費約1.7億美圓，每年維持台站運轉的經費為4千7百萬美圓。ANSS將在美國地震危險性較高的城市布設6000個新儀器以監測強地面振動和建築物的回響。更新在地震最活躍地區的監測台網的1000箇舊的地震觀測儀。這將使美國國內地震觀測的最小震級在全國範圍內達到均勻。現代化的國家和區域管理中心將負責日常監測和應急回響工作。對數據中心的散布各地的大量數據的存檔設備進行更新。由2個台陣共25個流動觀測台站組成的流動地震觀測台網將用於研究特定地區的餘震和地震災害。
ANSS將要達到的目標是：
（1）建立和維持一個貫穿全美國的高質量的現代化地震觀測網路。收集關鍵技術數據，提供有效的信息產品和服務。持續記錄和分析地震數據以及時提供可靠的地震信息和其他地震擾動信息。
（2）連續監測美國國內的地震以及其他地震擾動，如地震造成的海嘯、火山爆發等。
（3）全面的測量場地以及建築物和關鍵建築結構的強地震震動。力量集中在城市及靠近活斷層的地區。
（4）當一個有感地震發生時自動廣播地震訊息和評估該地震的可能影響。對於離震中一段距離的地區，可能的話在強震到達幾秒鐘前給出警告。對海嘯和火山爆發也能自動給出警報。
Earthscope計畫
EarthScope（地球透鏡計畫）是一個正在申請、並已部分實施的計畫，該計畫試圖套用現代觀測、分析和通訊技術來了解北美大陸地球結構和演化，導致該地區地震發生和火山爆發的物理過程。其具體目標是揭示北美大陸地區構造、演化和動力學過程；探測活斷層系統行為；研究地震成核和破裂過程；推進對自然災害的認識；探索火山機制以及導致火山爆發的岩漿進程；了解地幔結構與動力學、地殼構造學之間，構造地質學與地殼中流體之間的關係；通過地球交叉科學廣泛的、綜合研究刺激整個地學系統的研究；將觀測和結果整體化，管理大量的數據並提供簡單的工具來處理和可視化這些數據；在學院地球科學團體和許多其他組織機構如區域地震網路、國家地質調查和大學協會等之間建立合作關係。
Earthscope主要由以下幾部分組成：
（1）聖安德列斯深部探測（SAFOD，SanAndreasFaultObservatoryatDepth）：在1966年舊金山6.6及地震震中附近（Parkfield），進行一個4公里深的深部鑽孔綜合探測計畫。事實上，1966年舊金山6.6級地震的震源深度（破裂起始點）在6公里附近，SAFOD之所以打鑽到4公里的深度，是因為舊金山地震後該區域小地震高度密集並且至今仍持續不斷，一種可能的推測認為該區域是6.6級地震的破裂終止點，並且正在發展成為一個新的成核區域（nucleationarea）。該計畫將首先在斷層一盤打鑽至2.5公里深度時開始改變方向，斜向成核區域。並且主孔附近有一系列的副孔，供安放地震計、流體壓力、變形、氣體、溫度等探頭之用，以利於對可能的成核區的長期、系統監測（參見附圖）。該計畫預計4年完成，前期的地球物理勘探以及60個流動數字地震儀的精定位觀測及孔位確定已經完成。該計畫試圖回答在聖安德列斯斷層上和其他板塊邊界斷層上物理和化學過程中的一些問題，如深部斷層區物質的組成和性質，支配斷層活動的構成規則，地震發生和傳播深部區域的應力條件以及在聖安德列斯斷層帶深部高孔隙流體壓力的存在及其變化對斷層活動的影響等。
（2）美國地震觀測台陣（USArray）：該台陣由流動台站和固定台站組成，由400個寬頻帶地震儀組成流動觀測系統，在均勻分布的2000個觀測點上，由西向東將全美大陸覆蓋一次，每一次台陣移動均有大約三分之一的重迭面積，每一組台陣覆蓋2-3年，利用10年左右的時間完成觀測計畫。該台陣的布設將使得科學家能夠獲得北美地下地球結構的精細圖像。在某些特殊網點還將布設特殊的觀測電場和磁場的儀器。通過研究上百個區域台網和全球檯網的波形資料，科學家將能夠分辨出精細的速度和幅度差別。這些觀測研究結果將大大提高對地殼、地幔乃至地球深部地質結構的認識。
（3）板塊邊界探測（PBG，PlateBoundaryObservatory）：大地測量網絡將從太平洋海岸延伸到落基山脈的東部，從阿拉斯加延伸到墨西哥，布設1000個GPS觀測站及200個應變觀測站。這些數據將有助於說明目前知之甚少的地震和火山爆發前的地殼變形過程。並為將來預測地震和火山的爆發提供一個堅實的基礎。
（4）INSAR探測：將對北美地區和太平洋板塊提供一個空間間隔30-100米，時間間隔8天的INSAR測量數據。這些數據將揭示各種地形上精度達1mm的水平和垂直運動，配合GPS和應變觀測數據將能夠勾畫地震和火山爆發前後地面位移分布圖，從而進一步了解斷層破裂和地震的機制。由於經費問題，該部分工作的啟動時間可能會略有後移。
