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以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震
http://news.QQ.com  2008年05月27日07:59   科技导报    评论0

陈顒,江苏宿迁人,研究员,中国科学院院士,第三世界科学院院士;现任中国地震局科学技术委员会主任;曾任中国地震局地球物理所所长、中国地震局副局长、IASPEI地震预测和灾害委员会主席等职。

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图1 汶川大地震发生在四川中部的平原和高山交汇处

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图2 汶川大地震后,发生了数百次余震(图中小方块所示),它们沿东北方向排列,延伸300多km

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县附近(北纬31.0,东经103.4)发生8.0级地震。地震发生的地方是平原和高山交汇处(图1),山体呈北东走向,而余震的排列顺序就沿着这个走向(图2),说明这极有可能是一次和构造相关的构造地震,是因为断层活动引起的地震。

1汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图3 汶川大地震产生的地震波在20 min内传遍全世界
图中灰色方框内的数字表示距震中的角距离(1 o约相当于111 km):20o  -2 200 km–传播大约4.5 min;40o -4 400 km- 传播大约7.5 min;60o – 6 600 km-传播大约10 min;180o–震源点地球的对称面处 -传播大约20 min

汶川大地震产生的地震波在20 min内传遍全世界(图3)。通常,地震学家用地震所释放的能量来表示地震的大小。地震释放的地震波能量(尔格)与震级之间有下列关系:。中国地震台网中心、美国地质调查局和日本气象厅测定的这次汶川地震震级分别为:M=8.0,7.8,7.9,按我国确定的震级8.0计,汶川地震释放的地震波能量约为1023.7尔格,相当于上千颗二战时美国在广岛扔的原子弹的能量。

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图4 汶川地震破裂过程中能量辐射分布图(刘宁、钮风林等提供)

这次地震破裂从汶川附近开始,破裂带沿北东方向延伸。图4表示在40 s,60 s,80 s,100 s和120 s时的地下破裂情况;地震滑动从西南向东北传播,第100 s时破裂的位置在北川附近,整个破裂持续时间为120 s,地震造成的地下破裂长度约300~400 km。对比截至2008年5月15日的余震活动,余震的分布(图2)沿北东方向展布300 km,与地下破裂的展布(图4)有很好的一致性。这增加了对破裂长度估计的可靠性。

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图5 震中周围区域垂直剖面上显示的破裂滑动过程
红色区域代表震中,滑动距离用色标表示,滑动方向用黑色箭头表示,图中数字代表时间,单位是s(C.Ji等提供)

震源破裂滑动量较大的区域有两处,分别分布在(40~80 km)和(100~140 km)附近;大的滑动一般对应大的地震灾害,这两处正是目前得知的地震破坏最为严重的汶川和北川附近的地区(图5)。这次地震的震源深度在8~12 km 附近,地下震源处的最大滑动约小于9 m(图5)。以上介绍的是地震发生时地下的破裂过程。

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图6 汶川地震地面振动峰值速度分布图(色标中的单位为cm/s,倪四道等提供)

图6为汶川地震时汶川及附近地区的地面振动峰值速度分布,地面振动峰值速度沿北东方向也有两个高值区,与地下滑动量较大区域相对应。

以地震科技工作者的眼光审视汶川大地震

图7 北京的地震波记录BJT(横轴为时间/s,纵轴为位移/cm)
最大振幅(面波,7 cm);相应的震动频率:两个主要成分为20 s、5 s周期

汶川距北京点击查看北京及更多城市天气预报1530 km,地震面波传播所需时间约500 s。北京地震台在地震发生约8 min记录到了汶川地震产生地震面波的到达(图7)。汶川地震发生在14时28分,而北京高层建筑居民感受到的震动的时间则是14时36分。北京地面震动的(双)振幅约7 cm,震动周期主要集中在5 s和20 s两个频率段;由于震动频率较低,这种震动不易被人察觉,但一些高层建筑的自由震荡频率很接近这两个地震波的频率段,因而容易感到地震波的到达。

图8  德国GRA1台站所记录到的唐山(上图)和汶川(下图)两次大地震的波形图
唐山地震(震中距=70.417°),汶川地震(震中距=68.337°)

汶川地震和唐山点击查看唐山及更多城市天气预报地震哪个更大?我们选择一个与唐山和汶川距离相当的地震台——GRA1台站(德国:北纬49.7°,东经11.2°),比较该台对唐山和汶川两次大地震的记录(图8),可以看出:汶川震动比唐山地震要强。汶川地震重灾区范围已经超过10万平方km,其强度和烈度都超过了唐山大地震。

2 汶川大地震诱发严重的地质灾害

汶川地震发生在地形陡峭的山区。这里每年的雨季都会发生滑坡和泥石流灾害。这次地震震动强度巨大,所起的破坏作用是普通的降雨根本无法相比的,因而引起了严重的滑坡和土石流等地质灾害。汶川大地震诱发的地质灾害规模之大、数量之多、影响之严重,均为世界地震灾害史所罕见。

地震时,沿从汶川到北川的东北方向长500 km、宽100 km数万平方km范围内,发生滑坡和土石流至少千处以上,小则几十万立方米,大则几千万立方米的巨石泥土从两侧的山上顷刻间滚滚流下,掩埋了村庄、道路和河流。汶川大地震导致大面积山体滑坡,堵塞河道形成堰塞湖,截至5月17日已发现堰塞湖20处之多。

大地震发生后的三天,是抢救伤员和压埋在废墟中幸存者的关键时间。受空前严重的滑坡和土石流影响,几乎所有的生命线工程都遭到了破坏,通讯中断,电力中断,信息中断,交通中断,救灾队伍和救援物质无法运送,给救灾工作带来了巨大的困难。

3 高效神速的汶川大地震救灾行动

巨大的自然灾害几乎每年都会在全世界的不同国家发生,仔细回顾过去发生的各种地震救灾情况,可以发现,在党中央和中国政府的领导下,像汶川大地震这次如此高效神速的救灾行动,在历史上是没有的。

在地震灾害面前,党中央、国务院反应神速,信息透明。地震当天下午,温家宝总理就在第一时间到达灾区指挥救灾;5月16日,胡锦涛总书记亲临灾区并冒着余震进入震中视察工作;短短几天里,党中央接连召开多次常委会,研究部署地震救灾工作,调集十万大军进入灾区救灾。这充分体现了党中央、国务院与灾区人民心连心,人民子弟兵和灾区人民心连心,抗震救灾正演绎着中华民族同舟共济、共度难关的生动画卷,充分体现了责任政府的效率和速度,也感动和震撼了全世界。

联合国在21世纪始提出的减灾口号是:发展以社区为中心的减灾战略。汶川大地震时,震中区的学校房屋倒塌严重,但由于自救、互救意识强,涌现了很多教师救学生、干部救群众、村镇居民互救的生动事例。这是有利于调动整个城市和整个社区的力量,有效地、综合地减轻包括自然灾害和人为灾害以及各种突发事件灾害的行之有效的方式。

4 重建汶川:一个美丽、安全的新城市

大地震的发生是难以避免的自然事件,减灾的目标就是通过科技活动寻找各种措施把地震灾害减到最小。地震学家未能预报这次汶川大地震的发生,这在一定程度上是由于缺少地下的信息,目前的地震预报还是根据过去积累的经验。经验性预报所受的最大制约来自地震发生的复杂性,一次地震发生之前的现象很难在另一次地震之前简单地重演。地震学家们一定会从汶川大地震中汲取教训,坚定不移地探索地震预报这一世界难题。

在地震学史上,一次如此巨大地震原地重复的例子极为罕见,对大地震来说,汶川将有一段百年以上的地震平静时段。汶川大地震几万同胞逝去的生命代价绝不能白白付出,让我们利用现代科学技术将汶川建设成为一座美丽的、全世界抗御地震最安全的城市,以此来告慰那些罹难同胞的亡灵。

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