南海历史上发生过海啸吗？南海的潜在海啸源有哪些？各类海啸源的灾害特征如何？南海海啸研究的意义和挑战是什么？中山大学地球科学与工程学院张培震院士团队李琳琳教授课题组，联合中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室邱强研究员在《中国科学：地球科学》发表综述文章，针对我国南海区域海啸灾害研究的现状和未来进行总结和展望，系统回答了上述问题。
南海历史上发生过海啸灾害吗？
从历史记录来看，南海发生过上百次海啸(图1)，这些海啸事件主要集中在南海东部，包括中国台湾和菲律宾周边区域，尤其是东部沿海地区，这些区域自身构造活动比较强烈，同时暴露于环太平洋俯冲带地震海啸影响范围内。相对而言，南海内部的海啸记录较少，其中最严重的一次事件发生在1781-1782年台湾台南和高雄一带，海啸波高达“数十丈”，死亡人数可能达到4~5万人，这次事件的成因很可能和地震引发的海底滑坡有关，但尚存争议。华南沿海提及海啸现象或可能伴有海啸发生的历史事件包括1076年广东潮州的“海潮涨溢”事件、1604年福建泉州大地震、1605年琼州大地震 、1918年广东南澳地震 、1992年海南海啸事件、1994年台湾浅滩地震和2006年台湾屏东地震海啸事件。菲律宾吕宋岛西侧马尼拉俯冲带发生过多次中强地震引发的海啸事件，自北向南包括1983年Ms6.5地震、1934年Ms7.6地震、1924年Ms7.0地震、1999年Ms6.8级地震和1828年Ms6.6级地震，但这些事件记录到的海啸波高均在1~2米。考虑到历史时期观测手段的局限性和不同国家历史资料的记录标准和保存程度不同，南海区域的历史海啸记录可信度参差不齐，可信度相对较高的记录主要集中在1589年(菲律宾)/1600年(中国)以来的四百多年内。
图1 南海海啸历史记录、地质记录及主要潜在海啸源分布
南海的潜在海啸源有哪些？
南海海域是我国海啸灾害风险最高的海域，其半封闭的构造环境使海域外部的海啸源难以影响到南海内部。近些年发生的几次越洋大海啸，如2004年印度洋苏门答腊地震海啸、2011年日本东北地震海啸和近期在太平洋发生的汤加火山海啸，均未对南海内部沿海造成灾害性影响，所以对于南海区域的海啸灾害我们需要重点关注的是南海内部的海啸源。南海域内潜在的海啸源有多种类型，包括位于我国台湾和菲律宾西侧的马尼拉俯冲带和南海北部陆架区域滨海断裂带的断层活动(地震)、陆坡和海盆周缘大量规模不等的海底滑坡，以及南海东侧吕宋火山弧一系列活火山等(图1)。
马尼拉俯冲带的地震海啸灾害影响
马尼拉俯冲带长约1300km，南北两端分别位于菲律宾Palawan岛和中国台湾西南部，是南海内部最有可能产生区域性大海啸的海啸源，也是目前南海海啸研究的主要对象。该俯冲带具有三个典型特征：(1) 长期缺失大地震——马尼拉俯冲带虽然地震频繁，但均为中小地震(图2a)，自1560年有可靠记录之后的四百多年间并未记录到超过Mw7.6级的大地震，这可能意味着该俯冲区域断层要么以蠕滑为主的形式释放能量，要么断层能量不断累积，未来以巨大或特大地震形式释放。(2) 而基于菲律宾和中国台湾近20年(1998~2015年)的GNSS观测(图2b)，俯冲带断层能量很有可能在不断累积。(3) 俯冲速率高达65~100mm/a，该速率甚至高出全球几个大地震非常活跃的俯冲带，比如2011年3·11日本东北大地震的发生地日本海沟和2004年苏门答腊大地震的发生地苏门答腊俯冲带等。综合上述三个典型特征，我们不能排除马尼拉俯冲带未来发生巨大或特大地震的风险。
图2 马尼拉俯冲带历史地震和俯冲速率
(a) 马尼拉俯冲带历史地震和震源机制；(b) GNSS台站分布和其记录的俯冲速率(Hsu等, 2016)
大量的地震海啸模拟研究显示，马尼拉俯冲带地震产生的海啸对南海沿岸的灾害性影响如下：
(1) 南海10°~25°N之间包括菲律宾、中国和越南的海岸线受马尼拉俯冲带地震海啸威胁较大，其中受灾最严重的除了菲律宾和中国台湾这些近海沟区域，还包括广东、福建和海南省等华南沿海地区，尤其是广东省沿海。吕宋岛西北部是整个俯冲带俯冲速率最大的区段，累积了最大弹性应变能，而这一区域的断层走向和南海北部海域地形特征将海啸波能量直接导向广东省沿海；海啸最大能量分布受海啸波传播方向性和海底地形共同控制，海啸波从深海传播到华南沿海过程中，在北部宽阔陆架区域发生折射，逐渐转为垂直于海岸线，直冲广东省沿海。
(2) 发生在俯冲带南、北、中各段的地震海啸均会对我国华南沿海和南海内部岛礁产生灾害性影响，尤其是北段和中段的地震产生的海啸波能量将集中分布在广东和福建沿海(图3a、3b)，需要特别关注；而发生在中段和南段的地震对中沙和西沙群岛的影响更加明显。
(3) 南海面积较小而且相对封闭，意味着一旦发生大规模海啸，其能量难以泄露到海域以外的邻近海域和大洋，巨大的海啸能量只能在相对狭小的海盆内传播吸收，在近震源和海啸波传播的主要方向产生巨大的波高，同时海啸波在逐渐衰减过程中会在域内海岸线之间来回反射，从而造成沿海区域超长时间的水位大幅度波动影响。
图3 马尼拉北段(a)和中段(b)地震触发的最大海啸波高分布和海啸传播到时图
图4 马尼拉俯冲带北段Mw8.9级地震触发海啸的传播动态图
滨海断裂带的地震海啸灾害特征
滨海断裂带是南海北部活动强度最大、频率最高的地震带，历史上曾发生7级以上强震4次，自西向东包括1605年7.5级琼州、1600年7.0级南澳、1918年7.5级南澳与1604年8.0级泉州地震(图5)。除1600年7.0级南澳地震缺乏记录以外，另外三次事件均记载有明确的海啸现象。如《中国地震历史资料汇编》中提到“1918年2月13日14时07分(民国七年正月初三)广东南澳附近海域(23.60°N，117.3°E)发生7.3级地震；福建同安地大震，海潮退而复涨，鱼船多遭没；广东汕头：当时湾泊在码头的一艘船，其船底竟至与海底接触。”其中的“海潮退而复涨，鱼船多遭没”是非常典型的海啸现象。
图5 华南沿海滨海断裂带及历史强震分布
马尼拉俯冲带历史地震未标示
受限于发震位置的水深仅有30~50米，滨海断裂带地震往往仅能触发局地海啸，例如1918年南澳地震引发的海啸波主要影响范围很可能集中在距离震源最近的福建省东山县和广东省汕头一带，波高大约1~2米，其中南澳岛局部海湾的波高可达3~4米(图6)。但该区域的地震产生的海啸波具有几个需要关注的危险特征：
(1) 由于震源距离海岸线较近，海啸到时早，如1918年地震海啸波在半小时左右即可传播到南澳岛和汕头沿海。
(2) 南海北部宽阔的陆架和滨海断裂带与海岸线近乎平行的走向极其有效的将海啸波“捕获”在陆架区域，使海啸波在海岸线和陆坡之间的陆架区域来回反射，产生长达48小时以上的超长时间振荡；同时，由海水急剧涨落及超长时间振荡引发的海啸强流会对港口、码头、海产养殖等基础设施密集的华南沿海区域造成严重影响。
(3) 近海强震触发沿海陡峭山体崩塌、滑坡或海底滑坡，进而再次触发海啸，可能形成灾害链。
图6 1918年Mw7.5级南澳地震触发海啸最大波高分布和传播到时图
南海海底滑坡分布和其产生的海啸灾害特点
高精度多波束海底地形和高分辨率地震资料共同显示，南海域内分布有大量的海底滑坡(图1)，尤其是在陆坡区域，南海东、南、西、北陆坡均存在规模和数量不等的海底滑坡体，并且多数滑坡体所在区域都记录有多期古滑坡。已发现的滑坡体中，以距离我国大陆海岸线较近的南海北部陆坡数量最多、规模最大，自西向东分布着多个大型海底滑坡体及数以百计的中小规模滑坡；南部在文莱北部有曾母暗沙巨型滑坡；南海东西两侧靠近菲律宾和越南的陆坡受构造活动影响更为陡峭，海底滑坡数量多，但规模相对较小。除了陆坡区域，内部碳酸盐台地周边也有大量滑坡分布，比较典型的包括西沙永兴岛附近的永兴滑坡和中沙群岛的滑坡。
海底滑坡的灾害体现在滑坡本身可以直接对深海油气开发平台、输油管道、海底电缆等海底工程设施造成破坏，同时由滑坡体运动产生的海水面剧烈垂向水位扰动又可能会产生破坏力更大的局地海啸。典型如2006年12月26日台湾屏东7.0级地震触发海底滑坡及浊流，导致台湾西南外海高屏峡谷至马尼拉海沟间的近20根海底光缆被高流速浊流冲断，严重影响东南亚甚至全球通信达1个多月之久。模拟显示，海底巨型滑坡事件会引发以下三方面的灾害：
(1) 滑坡体高速下滑过程中对滑动区域内海底基础设施的破坏。滑坡体在陆坡上的覆盖面积大，达数千平方公理，滑移速度可达20~35m/s，足以冲断海底电缆，并对海洋平台桩基等造成破坏。
(2) 滑坡区域上方海域巨浪对附近海洋工程的影响。滑坡滑动过程中，会在其正上方海域产生高达数十米的海啸波(如白云滑坡产生最大海啸波高8~15米)，这样的灾害性波高可以出现在几十到上百公里范围的海域，会对附近的石油平台和天然气开采设施造成灾害性影响(图7)。
(3) 滑坡产生的海啸波将对沿岸区密集的人口和基础设施产生重大影响。
图7 白云滑坡(左)和曾母暗沙滑坡(右)产生的最大海啸波高分布及海啸波到时
南海区域是否存在火山海啸威胁？
目前南海区域的活火山主要集中在东部吕宋-台湾火山弧(图8)，西部的海域火山包括越南附近Ly Son Group和Cendres, Ile des火山，这些火山相对比较活跃，很多在过去一百多年间发生了火山活动，未来需要密切关注。
火山成因的海啸触发机制包括海底火山喷发造成的冲击波、火山口或火山侧翼垮塌、火山碎屑流等。根据现有的观测资料，这次发生在南太平洋的汤加火山海啸很有可能是多种机制的组合，只是不同机制触发的海啸波特征和其影响的范围不同。对于南海周缘的海岛型火山，其海啸触发机制主要是火山体垮塌和火山碎屑流这两种机制。
图8 南海区域火山分布图
火山数据来自Global Volcanism Program-Volcanoes of the World 4.10.4
南海海啸研究的意义和挑战
相比于全球其他海域，南海在应对海啸灾害时脆弱性极高，要求我们必须具备应对突发海啸灾害的应急响应能力和防灾抗灾能力。
(1) 南海周边大型城市集中，经济发达，人口密度世界之最，以粤港澳大湾区为代表包括香港、澳门、珠海、深圳等城市，为我国经济最活跃的地区。
(2) 包括大型港口、机场、核电站在内的重大基础设施分布密集。以安全级别要求最高的核电站为例，中国现在正在运营、建设或筹建的核电站，一半以上分布在广东、广西、福建和海南等南海周边(图9)。
(3) 南海海域内包括石油平台和海底光缆等基础设施日益增多，海底国际通讯电缆分布密集，我国连接东南亚乃至全球的通信几乎全部依靠海底光缆。
(4) 南海岛礁周边多分布有大型滑坡体，由于岛礁平均海拔较低，往往仅高于平均海平面数米，又地处深海，海啸波可以在数分钟或数十分钟内到达。
图9 我国东南沿海的核电站分布
核电站信息参考网络
相比陆域，发生在海域的地震和滑坡更加频繁、规模更大，然而受限于探测技术水平和成本，我们目前对这些海域灾害的发生规律、致灾机制、时空分布等认知极其有限。海啸发生频率虽然不高，但与历史时期相比，我国现今沿海地区人口和基础设施分布更加密集、经济活跃，很可能会出现小海啸大灾难的情况，同时深海油气开发、海洋渔业发展和岛礁生态的可持续发展和建设等需求也使海域地震、滑坡和海啸等海洋地质灾害的研究具有重要意义，有助于提高我国南部沿海及深海岛礁的灾害应急响应和防灾抗灾能力，是面向国家重大需求和面向人民生命财产安全的重要保障。
南海海啸灾害研究的难点和挑战在于其源头——地震和滑坡的发生规律，同时海啸波在深海和近岸传播过程中的水动力学特征、泥沙输运和沉积特征以及淹没过程中对沿海建筑物的破坏作用都是未来深入研究的方向。
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