5级地震也能引发海啸？——浅谈日本鸟岛地震海啸

最近几天，关注日本地震活动的朋友们可能知道，最近的日本不太平。这并不是说日本某地发生了大地震，而是说在日本一个名为鸟岛的附近发生了2次规模不大不小的海啸事件。虽然这2次海啸事件并没有造成任何人员伤亡，但是其或多或少也影响到了相关地区住民的生活。甚至在我所处的仙台市，这一远在鸟岛800多千米开外的地方，都有一些人收到了强制性的警报，搞得课堂秩序一度陷入了小混乱。

尤其值得注意的是，引发这2次海啸的地震的规模仅有5~6级左右。要知道在正常情况下，7级左右的地震才有可能引发类似规模的海啸。究竟是什么原因使得这2次鸟岛地震海啸如此特殊？本文将从鸟岛的地质环境、鸟岛地震海啸的历史、鸟岛地震海啸的物理过程分析进程等方面进行简要总结。

鸟岛的地质环境

鸟岛（Tori-shima）是位于日本伊豆群岛东南部的一个无人岛（图1）。由于在日本其他地区还存在数个名为“鸟岛”的岛屿，因此该岛屿有时也被称作“伊豆鸟岛”（Izu-Torishima）。由于本文不再涉及其他地方的鸟岛，因此本文将直接称呼伊豆鸟岛为鸟岛。

鸟岛位于东京以南约570千米的伊豆-小笠原弧上。岛屿整体上为一个直径约2.5千米的圆形，属于一种复式火山岛（图2）。在其偏南侧有一个直径约1.2千米的破火山口。其中，在破火山口内，以西北-东南的方向排列的2个中央火口丘被命名为“子持山”和“硫磺山”，后者则是目前鸟岛的海拔最高点（394米）。此外，在其以北的海底存在着鸟岛破火山口，而正是该破火山口的南缘组成了鸟岛（海上保安庁水路部，1995）。

根据猪間（1902）的总结，鸟岛在一百多年前其实是有过一些住民的。然而，由于1902年8月的一次火山喷发，导致岛上的125人全员不幸遇难。在那之后虽然还会有一些人因捕鸟活动和火山研究而短暂居住于鸟岛，但渐渐地不知何时起便再也没有什么人踏上这座岛屿了。除了此次火山喷发以外，自1902年以来鸟岛还发生过3次火山喷发事件，分别发生于1939年、1998年和2002年（伊藤等人，2003）。根据杉本和松島（2005）于2004年5月实施的实地调查结果，类似于过去的火山喷发活动可能还将持续，因此需要对鸟岛火山进行更多充分的观测。

鸟岛地震海啸的历史

如表1所示，自日本气象厅于1952年开始负责海啸警报业务起，鸟岛附近发生的地震共引发了至少8次海啸。其中，至少有5次海啸因规模达到了阈值，日本气象厅对相应地区发布了海啸警报或海啸注意警报。虽然该地区的地震海啸活动十分频繁，但是在过去几十年内并没有关于因地震海啸死亡或受伤的事例。

表1 引发了海啸的鸟岛地震一览（自1952年，不完全）

日期	震级	海啸警报或海啸注意警报	最高观测高度
1984年6月13日	MJMA 5.9	○	1.5 m
1996年9月5日	MJMA 6.2	○	26 cm
2006年1月1日	MJMA 5.9	×	17 cm
2006年10月24日	MJMA 6.8	×	13 cm
2015年5月3日	MJMA 5.9	○	0.6 m
2018年5月6日	MJMA 5.7	×	0.3 m
2023年10月5日	MJMA 6.5	○	0.3 m
2023年10月9日	MW 4.7~5.4（群震）	○	0.6 m

值得注意的是，由于表1中的大多数地震的震级都比正常可以引发海啸的地震震级（7级左右）要小，因此大多数海啸警报或海啸注意警报都是在有观测站观测到了海啸后才急忙对外发布的。这无疑对相关地区的防灾工作带来了诸多不便，带来了潜在的财产损失和人员伤亡的风险。

鸟岛地震海啸的物理过程分析进程

根据中村等人（2019）对2015年海啸和2018年海啸的分析，在这2次海啸事件中，除了振幅不同以外，由DONET观测到的水压变动波形几乎呈一致的形状。因此，他们认为发生在鸟岛的一些地震海啸在机制上是相同的。

那么，中村等人所说的机制究竟是什么呢？在过去，有不少学者通过不同方法对鸟岛地震海啸进行了分析，以试图逼近物理学上的真相。例如，Satake和Kanamori（1991）通过数值模拟的方式对1984年鸟岛地震海啸进行分析，从而提出了一种圆形隆起的海啸波源模型。随后，Kanamori等人（1993）又通过对同一个海啸事件的分析，提出鸟岛地震海啸可能是因浅层地壳中的岩浆贯入所带来的水压爆破而发生的。Ekström（1994）则站在巨人的肩膀上，不仅对1984年鸟岛地震海啸进行了分析，同时还结合了对发生在冰岛和桑威奇群岛等地的类似事件的分析，进一步提出了一名为CLVD的地震模型。

CLVD全称为补偿线性向量偶极（compensated-linear-vector-dipole），简单来说是指一种因束缚破火山口的环形断层的火山活动而发生的地震。从震源机制解上来看，这种地震的发生机制与绝大多数地震不同。图3展示了鸟岛地区附近发生的2次地震。其中，震中靠西侧的为2015年5月2日发生的CLVD型地震（M_W 5.7），靠东侧的是2015年5月10日发生的逆断层型地震（M_W 5.9）。

乍一看，两者的震源机制解很相似，但其实其具体的发生过程截然不同。如图4(a)所示，CLVD型地震的断裂面呈一个环形；而如图4(b)所示，传统意义上的逆断层型地震的断裂面则是一个平面。其中，如图4(a)所示的内盘相对向上移动的CLVD型地震被称为垂直T-CLVD型地震（vertical-T CLVD earthquake）；而与此相反，内盘相对向下移动的CLVD型地震则被称为垂直P-CLVD型地震（vertical-P CLVD earthquake）。

随着观测数据的增多，进入21世纪之后有更多学者加入到了研究鸟岛地震海啸的行列中来。例如，三反畑等人（2016）通过对海啸波线进行追踪的方式，分析出虽然2015年鸟岛地震的震级较小（M_JMA 5.9），但在其震中区域还是发生了超过1米的隆起现象。此外，他们还发现在隆起区域的东北侧还出现了一个无法忽视的沉降区域。这些结果都被认为与Ekström（1994）提出的CLVD模型相符。

然而，在追寻科学真理的道路上，激烈的交锋总是难以避免的。例如，Fukao等人（2018）研究发现，在地震辐射能量等层面上，只用环状断层对鸟岛地震海啸等进行解释可能存在一些局限性。换而言之，他们认为CLVD模型还存在着不足。特别是，由于目前的地震观测网不够密集，有一些可能被认为是CLVD型地震的地震事件无法得到充分的观测，为相关研究带来了不便。因此，该研究组对历史地震的海啸波形重新进行了分析，作为CLVD模型的一种补充，提出了一名为水平拉伸断层垂直开口（vertical opening of a horizontal tensile fault）的模型（图5B）。该模型是一种断层只在垂直方向上发生形变，而不在水平方向上发生形变的模型。基于这种模型，CLVD模型遗留的部分问题可以被得到合理解释。

无论是CLVD模型也好，还是水平拉伸断层模型也好，三反畑等人（2020）评价道，它们都未能全面再现鸟岛地震海啸的观测记录，所以更不用说能否通过这2个模型构建出鸟岛地震海啸的一般化的物理模型了。对此，他们在过去的研究结果的基础上，提出了一种名为活板状断层（trapdoor fault）的模型。该模型是一种在破火山口下方的岩浆库中，因岩浆的压力升高导致环状断层破坏的模型。然而，虽然这种模型能够在很多方面复现出观测结果，但仍然给学界留下了很多未解之谜。

后记

此次鸟岛地震海啸是如何引发的？它和以往的鸟岛地震海啸有何不同？至少截至目前，仍然没有一个研究者敢确切地说出答案。虽然至今已经有多种模型被不同学者提出，但我们不得不面对的一个现实是，学者们在探寻鸟岛地震海啸的物理过程的路上还有走一段很远的距离。尤其是在今天早上日本气象厅举行的新闻发布会上，发言人称通过海啸波形来看，此次海啸可能并不是通常的地震活动所引发的。甚至，由于设置在伊豆群岛、小笠原群岛等地的测站过少，导致日本气象厅在今天的地震发生后没有办法去确定震级，只能大致确定出地震的震源。诸如此类的种种观测限制，将大幅度提高解开鸟岛地震海啸之谜的难度。

在过去几年内，包括汤加火山喷发等在内，出现了几个颠覆了学界对海啸物理过程看法的事件。而这2次的鸟岛地震海啸无疑也将被归类于这些事件内，等待着更多研究者们的探索。

参考文献

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• 中村武史, 近貞直孝, 久保田達矢. (2019). 2018年5月6日鳥島近海で発生した地震（M_JMA 5.7）による津波 ―S-net・DONETによる水圧変動観測―. 地震予知連絡会会報, 101, 174-178.
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