Philip England,James Jackson

1)Department of Earth Sciences,University of Oxford,South Parks Road,Oxford OX13AN,U K 2)Bullard Labo rato ries,Department of Earth Sciences,University of Cam bridge,Madingley Road,Cambridge CB3 0EZ,U K

沿板塊邊界分布的潛在地震危險在地震區(qū)劃圖中已經(jīng)標(biāo)注得比較清晰了。現(xiàn)在我們應(yīng)該重點關(guān)注那些不在預(yù)料之內(nèi)的位于大陸內(nèi)部的地震所帶來的威脅。

2011年3月11日發(fā)生在日本東北部的MW9.0地震包含著一個有關(guān)抗御地震的不尋常的故事。無論是震動和海嘯引起的持續(xù)危險,還是對日本的長期地震預(yù)測方法的批評[1],都不應(yīng)該讓我們忽略這樣一個事實:這次災(zāi)難導(dǎo)致的死亡率相當(dāng)?shù)?。在這次地震中,超過600萬人口處在麥加利地震烈度表Ⅷ度或以上的地區(qū)。其中,大約2.5萬人(約0.4%)死亡或失蹤,且大多數(shù)是由海嘯造成的。與此形成明顯對比的是,大陸內(nèi)部地震的死亡率通常超過5%,甚至可高達(dá)30%。正如2011年1月在英國牛津召開的地震易損性研討會上所討論的那樣[2],我們認(rèn)為日本或美國加州的抗震方面的知識必須傳授給那些地震災(zāi)害經(jīng)常造成巨大死亡人數(shù)的國家,他們往往遠(yuǎn)離媒體的關(guān)注。

破壞性地震主要發(fā)生在兩個背景之下:①板塊邊界,②大陸內(nèi)部的斷層彌散網(wǎng)絡(luò)。就地震風(fēng)險而言,板塊邊界的一個顯著特點就是它是一個狹窄斷裂帶,其位置可以精確測定,斷裂帶的潛在滑動積累相對較快,速率為10～100 mm/a。相比之下,大陸內(nèi)部的斷層網(wǎng)絡(luò)卻不能如此明確地界定。這些地帶的寬度通常為數(shù)百或數(shù)千公里,包含許多獨立的斷層,每條斷層每年的累積滑移量只有零點幾到幾個毫米[3-4]。在過去的120年里,死亡人數(shù)達(dá)到或超過1000人的地震有130個,其中約100個發(fā)生在大陸內(nèi)部地區(qū),造成至少140萬人死亡,而板塊邊界地震造成約80萬人死亡,其中約一半是由海嘯引起的(圖1)。

從統(tǒng)計數(shù)字中可以很快得到幾條明顯的信息。首先,大陸內(nèi)部地震導(dǎo)致的死亡人數(shù)明顯大于板塊邊界地震造成的死亡人數(shù),最具破壞性的大陸內(nèi)部地震震級為 MW7～8。平均而言,MW≈7.0地震會導(dǎo)致數(shù)千人死亡,而震級大于 MW7.5的地震會導(dǎo)致數(shù)萬人死亡。這種地震是由其相關(guān)斷層的數(shù)米的滑動造成的。由于大陸內(nèi)部的應(yīng)變速度緩慢,所以積累這樣的位移量需要幾百到幾千年的時間。由此可見,20世紀(jì)的人員傷亡只是一小部分?jǐn)鄬悠屏训慕Y(jié)果,而未來的地震仍在這些斷層上積聚;但這一小部分?jǐn)鄬泳鸵馕吨?00次災(zāi)難。

圖1 過去一個世紀(jì)中地震造成的死亡人數(shù)[15]。大陸內(nèi)部地震(紅色)造成的死亡人數(shù)明顯多于板塊邊界地震(藍(lán)色)造成的死亡人數(shù)。過去的100年間,死亡人數(shù)超過5000的板塊邊界大地震(M W＞8)只有2004年的蘇門答臘地震和2011年的東日本大地震。雖然1923年日本關(guān)東 M W 7.9級地震造成約14萬人死亡,但大部分是由火災(zāi)導(dǎo)致的。圖中地震按相差0.25震級進(jìn)行分類,每類地震發(fā)生的次數(shù)顯示在對應(yīng)欄頂部(原圖為彩圖)

過去20年間,我們對斷層活動跡象的識別能力明顯提高[6]。盡管如此,我們也不能自我欺騙地認(rèn)為我們搞清了所有斷層的位置——或者知道相當(dāng)一部分?jǐn)鄬拥奈恢?。大陸?nèi)部的破壞性地震,如2003年伊朗Bam地震(3萬人死亡)、2005年巴基斯坦Muzzafarabad地震(7.5萬人死亡)和2008年中國汶川地震(7萬人死亡),經(jīng)常發(fā)生在事先未被認(rèn)知或其危險性未被識別的斷層上。這種威脅的嚴(yán)重性與日俱增,因為每年都有數(shù)百萬人口向處于脆弱位置的大城市遷移,而這些危險性很高的地區(qū)過去曾發(fā)生過毀滅性地震,當(dāng)時其人口卻要少得多[7-9]。

由于板塊邊界的地震危險性和大陸內(nèi)部的地震危險性所呈現(xiàn)的方式截然不同,所以從其中一種情況中獲得的科學(xué)認(rèn)識不能被迅速應(yīng)用到另一種情況。在板塊邊界,地震危險性高的區(qū)域是眾所周知的,最大的不確定性就是地震發(fā)生的時間。然而,在大陸內(nèi)部的許多地方,我們甚至不知道何處存在地震危險。將基于太平洋邊界的模型盲目地應(yīng)用到大陸內(nèi)部不僅僅是無益的,而且有可能是絕對危險的。對于板塊邊界,有一個看似簡單卻合理的方法:識別出一條或幾條主要的斷層通常就足以確定最高的危險性所在。當(dāng)把這種方法應(yīng)用到大陸內(nèi)部時,可能會高估與已經(jīng)確定斷層相關(guān)的地震危險而忽略了其他地區(qū)的地震風(fēng)險。過去2000年間有關(guān)南歐和中東破壞性地震的記述證實了這一觀點[10-12]。將這些地震歸因于一條已知位置的斷層很困難——而且通常也是不可能的。2005年識別出德黑蘭市中心的一條隱伏逆斷層[13],這進(jìn)一步突顯了中東和中亞的許多城市處于未定的地震危險之中的可能性。

當(dāng)然,正如在地震風(fēng)險評估聲明中經(jīng)常聽到的,地震本身并不殺人,殺人的是建筑。新西蘭全國對于減輕地震風(fēng)險都非常重視,因而有著嚴(yán)格的建筑規(guī)范,由此,2011年2月22日新西蘭Christchurch地震死亡率只占處于地震烈度Ⅷ+地區(qū)人口的0.1%,預(yù)期美國加州未來大地震的抗御能力也會達(dá)到這一水平[14]。但目前尚不清楚如何將工程和社會響應(yīng)領(lǐng)域中所取得的這些進(jìn)展應(yīng)用到減輕范圍更廣的大陸內(nèi)部地震危險性中。發(fā)展中國家達(dá)到其有可能達(dá)到的抗震水平恐怕還需要好幾十年的時間。在此期間,數(shù)百萬人會受到未被識別的斷層上發(fā)生地震的影響。因此,未來幾十年科學(xué)界最優(yōu)先考慮的應(yīng)是:在風(fēng)險性最高的地區(qū)明確標(biāo)注出地震危險性不斷增大的區(qū)域。風(fēng)險性最高的區(qū)域是指面積達(dá)107km2的阿爾卑斯—喜馬拉雅山帶,該山帶經(jīng)意大利、希臘和土耳其,穿越中東、伊朗和中亞,一直延伸至中國。

為此,位于阿爾卑斯—喜馬拉雅山帶的資助機(jī)構(gòu)、勘探組織和科學(xué)機(jī)構(gòu)要采取認(rèn)真的措施,建立跨越整個地區(qū)的多國合作。在這項工作中,要利用一切可以利用的相關(guān)科學(xué)手段,以便這個巨大區(qū)域內(nèi)的人們可以做出適當(dāng)?shù)臎Q策,確定將其資源集中到何處。

譯自:Nature Geoscience,June 2011,Vol.4,348-349

原題:Uncharted seismic risk

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