栏目导航
首页 --> 地震九讲 --> 地震九讲(第9章 减小地震风险)

地震九讲(第9章 减小地震风险)

时间:2013-03-07 16:11:34.0 来源:宣教中心 作者:

  在所有打破安宁的地质灾害,如雪崩、火山爆发、洪水中,最引起我们人类关注和恐慌的,大概就要算地震了。在1976年一年之内,仅发生在危地马拉、意大利和中国的地震就使30万人丧生。其他潜在的灾难造成的损失更大。根据中国的官方数据显示,在1556年1月23日袭击陕西省的地震中,有83万人死于地震及由地震引起的其他灾害中。

  财产的损失几乎和人员伤亡数字一样令人目瞪口呆、毛骨悚然。地震往往给一些国家的经济带来巨大破坏。如1985年墨西哥地震造成了40亿美元的损失,而1989年发生在美国加州中部的中等大小的洛马普瑞特地震则造成了60亿美元的损失。更惊人的是1988年的亚美尼亚地震,几个大的工业区和城市都被摧毁了,整个国家经济濒临崩溃。这次地震造成的经济损失恐怕能达到160亿美元!

  联合国首先提出了在90年代的10年里减小自然灾害带来的损失,国际十年减灾计划(International Decade of Natural Disaster Reduction)是人类向灾害挑战迈出的第一步。联合国行动委员会、国际组织、专业的工程和地质协会正联合起来减小地震和地震引起的其他灾害,如海啸所带来的损失。人类目前还未完全征服大自然,控制地震还是不可能的,联合国十年减灾计划的目的是最大限度地减小地震的破坏力及其给人类带来的物质与生命损失。

  海啸和湖震

  沿着海滨,灾害性的海浪可能冲上海岸,横扫一切,引起的生命、财产损失比地震本身还大。这种海浪叫海啸。不要与潮汐混淆,海啸可能因不同原因的扰动而产生,如海下滑坡、火山岛爆发等,但只有地震断层能像巨大的桨片一样在海底掀起最富破坏性的长波海浪。

  在开阔的海洋中海啸波的速度可以超过每小时700千米,令长度一般的海滔相形见绌,从一个浪头到另一个浪头的距离有时竟超过100千米。但是因为在开阔的海面上浪头的高度小于1米,所以对过路船只并不能造成什么损害。而当海啸到达浅海后,情形可就大不一样了,尽管其速度已经锐减,但海浪的高度却可以增加许多倍,最高时能达到25米。

  不容忽视的海啸影响了许多邻太平洋国家,特别是日本。在美国,海啸也决不留情。在1964年阿拉斯加地震中,海啸袭击了夏威夷希洛区的海岸线和美国西海岸的北部。

  在1946年令人心有余悸的阿留申海啸后,许多国家便联合起来建立了卓有成效的环太平洋海岸的海啸警报系统。当警报区内的地震仪测到大的地震后,地震学家即通知该系统的夏威夷总部,再由总部以最快速度向可能遭受海啸袭击的地区发出警报。不过,不是所有沿大陆板块边缘的地震都能形成值得警报的海啸,因为要产生这种灾害,海底必须垂直于断层运动。这种移动只在俯冲带才较常见。

  在湖或水库边,大块的湖壁滑坡崩塌引起的水面波动也可能对下游居民的小码头、水坝或排污系统产生威胁。1958年7月9日,当7级地震光顾阿拉斯加的利图亚海湾时,巨大的山崩把大量石块和泥土抛入湖中,掀起了60米高的巨浪,船被甩过25米高的大树,波浪速度快得足以把岸上的植物连根拔出。

  这种可由湖底振动引起的湖水表层的波动被称作湖震,其效果很像前后晃动一只装满水的碗。如果是大的地震,即使发生在很远的地方,也可以产生湖震。1755年的里斯本地震使荷兰、瑞士、苏格兰、瑞典境内的运河与湖泊产生了明显的波动。在距里斯本2 000千米的安古斯麦克德姆,一个苏格兰旅店老板看到洛蒙湾突然地"在没有一丝小风的情况下上下波动,拍打着岸边,5分钟后才逐渐平息下去。"

  

  

  从方框内所叙述的对海啸警报系统的解释,我们可以看到一个对付天灾的成功范例。多国参与国际十年减灾计划并联手合作产生了十分明显的效果,这样合作的成绩远远大于单一国家自己工作的效率。举个例子,在分析一座大坝后面发生的湖震时,需要水库湖壁和湖底与大坝接触点的地震动数据。一个国家如果想要得到理想的数据,光靠自己的几个水库恐怕要等上很长时间。国际十年减灾计划希望多国合作,从而能够测量到更多的水库并更快地得到有关数据。

  在众多减小地震灾害的计划中,国际十年减灾计划正着力发展地震快速预报系统。这个系统可以及时测量到穿越地壳的P波和S波。当地震袭来时,它的震源和发震时间会被与计算机联网的地震仪在大约4秒内测到,这条信息几乎在同时被用电话或无线电传到几百千米以外。具有毁坏性的S波在半分钟之后才能到达,这能提供足够的时间来关闭那些对地震最敏感的设备。一个与此类似的地震警报系统已经被日本铁路公司用了25年。俗称子弹头的新干线列车可达到每小时240千米的高速度,如此速度下,铁轨一旦受到地震破坏,后果简直不堪设想。当铁轨附近的地震仪发现地表加速度超过标准值时,新干线的电源就会自动切断。

  在国际十年减灾计划的众多计划中,还有一条就是绘制最新的地质结构分布图。它可以显示出地表晃动和泥土松软的程度。这种地图可以帮助建筑师决定应用何种技术和材料来兴建房屋以使地震带来的损失减到最小。

  9.1 对一个小国的致命一击:1988年亚美尼亚地震

  在地球地表板块运动极为活跃的地区,许多只顾发展现代工业而忽视防震工作的行为是导致悲剧的根源。最典型的例子就是1988年12月7日当地时间上午11点41分发生在亚美尼亚的地震。该地震摧毁了斯皮塔克,列宁纳坎(现叫古姆利)以及基洛瓦坎等主要大城市的许多建筑和工厂。围绕在城市周围的村镇中,有58座被夷为平地,100座严重毁坏。官方根据从废墟中发现的尸体估算,大约有2.5万人在地震中丧生。地震使70万人中 的至少3万人受伤,51.4万人无家可归。

  更糟糕的是,地震发生最强烈的地区恰巧就是工业发达的地区,这里有大的化工和食品生产厂。许多变电厂和热力发电厂也在地震中被严重损坏。尽管离震源约75千米的叶日万市附近的一座核电站非常幸运的未受到大的破坏,但震后为了安全起见仍被永远地关闭了。这对于受前苏联解体影响而经济衰退,且再也无法得到巴库的燃油供给的亚美尼亚来说,莫过于雪上加霜。

  主震的震源在高加索山脉山脊以南约40千米的断层上。高加索山脉是从南欧的阿尔卑斯到亚洲的喜马拉雅这一系列高大雄伟的山脉中的一部分。这些山脉全部都是在阿拉伯板块、印度板块与欧亚板块的碰撞挤压下产生的。由于板块的错动,这些山脉附近就成为地震最常发生的地带。从爱琴海穿过土耳其,进入伊朗、西阿富汗和塔吉克斯坦都曾发生较大地震。尽管亚美尼亚的断层活动并不如其他一些国家那样迅速频繁,但它仍可算得上是地壳活动较频繁的地区,这一活动是以逆掩断层和火山活动为标志的。这些火山中最著名的就是1988年亚美尼亚地震震源以南100千米处的5 165米高的亚拉腊火山。

  1988年12月7日,一个起码60千米长的已经受力的无名断层发生回跳。破裂倾向北北东从斯皮塔克沿北西西向,平行于高加索山脉穿过农田和丘陵延伸。断层垂直向滑动在西南端较大,有1.6米,平均滑动为1米。

  为什么这次地震会造成这么大的人员伤亡和物质损失呢?根据有限资料表明,尽管地下的泥土层使嘎麦利地表晃动变大,但实际上这次地震的震级并不大。俄罗斯和亚美尼亚的地质学家研究认为,不合乎标准的建筑是导致悲剧的主要原因。加固混凝土建筑的设计不佳和不良的建筑质量都不容忽视。要对付地面倾斜和断裂的最好办法是在建房前对不同的地基做不同的处理,例如挖走软土,或加装能够顶到基岩的木头或混凝土的桩子。1992年我有机会参加一个在亚美尼亚安置强地面运动测量仪器的活动。相信许多目前未解的问题在将来的某天会从记录数据中找到答案的。

  9.2 可以承受的地震风险

  当一次破坏性地震袭来时,大多数人在家的机率是很高的(60%~100%)。不幸的是,在许多地方,房屋对地震的抵抗力是很低的。在亚美尼亚,以致整个地中海地区,土耳其、伊朗、中美、南美、中国和其他许多亚洲国家,未加固的石头或砖材建筑,再加上沉重的房顶足可以造成在一个中等地震时的高死亡率。

  与之恰恰相反,美国、新西兰通常使用的一层或两层木结构小楼和日本的木制房屋里成了地震时最安全的地方。这些建筑会受到破坏,但通常不会倒塌。因为,即使是很强的地震袭来时,连接坚固的木梁也能轻松地承受住轻质的房顶和第二层带来的压力。

  从加州最近发生的地震中得出的主要教训就是:房屋的木质梁应与地基用连接物加固起来(图9.2)。数据表明,15%的木结构一层小楼倒塌毁坏就是由于与地基错离引起的。这些楼大多是已使用了20年以上的没有横向加固的房屋。

  

  要减小地震风险,加固或重新设计、改建结构的方法固然可行,但价格昂贵。在分配资金时,规划者必须将损失与投资相平衡,换句话说,就是在投资最小的情况下最大限度地保全物质和生命财产。而要做的第一步就是预测潜在的危险。在美国,标有地震灾害分布区域的特殊地图不光是为个别危险地区准备的,同时也是为全美国准备的。这些地图标明了在一个给定时间,比如说50年内,有关地震强度的参数(如加速度)可能被超越的期望值。以前制作这种地图时,所标区域是以历史地震和烈度图为基础的。而现在,这种编图方式已被新方法取而代之,即以地震仪测量的不同震级地震频度为基础并考虑地质活动断层而综合绘制的。这种地图目前已在许多房屋设计中使用,减小了建房中许多不必要的浪费,平衡了损失与投资。

  越老的建筑,风险就越大。在最近讨论加州州属建筑的抗震问题时,如何降低加固改建的费用,同时又能拯救生命成了令人头疼的问题。大约有价值200亿美元的州属建筑在地震袭来时会被一攻即破。第一个以保全生命为首要宗旨的关于此问题的正式研究于1974年在加州大学伯克利分校开始了。研究达成的一点共识是:不管是加固或是重建,建房者都应遵循减少死亡率的建房标准。

  

  在此之后,加州地震安全委员会(CSSC)建议所有州属建筑的结构都接受这种结构上的加固改动。优先改造哪些建筑是建立在成本/损失比率(BCR)基础上的,这一比例是根据每多投资一美元所能拯救的人数计算得来的。把上千座大厦分出等级是件浩大的工程,不过,这件工作已经开始进行了。

  某些级别的建筑防震能力很差,而另一些则表现良好。根据建筑物的抗震级别,再加上地震多发区内预测地震的可能强度,就可以得到一个生命安全率(LSR)。生命安全率的定义是:在某种建筑加固前发生预期强度地震时,每1万居民中大约会有多少遇难者。所以,根据经验,未加固的砖材建筑和加固过的混凝土建筑会有各自特殊的LSR值。

  有关的计算方程式为:

  BCR=(LSR×ECO×SCF-LSRG×ECO*)÷(10 000×RC)

  其中,ECO为室内平均人数,表示一年中每天24小时在楼内的平均人数;SCF为地震活动性校正系数,由该地区地震发生率决定;RC为加固所需投资,表示加固某一级别的建筑结构以减小地震风险,使之达到生命安全率目标(LSRG)所需要的投资;ECO*为完成改建或加固后的室内平均人数。在加州,收益/投资比(BCR)的分级被作为依据来分配资金,让更细微的工程专业人员去研究。另外,它与其他工程评估结合,用来作为优先加固哪些建筑的标准。

  毫无疑问,对于多地震的国家来说压力很大,要求他们减小人员伤亡甚于要求减小经济损失。虽然有了房屋建筑标准,人员伤亡可以减小,但建筑物往往仍会遭到严重毁坏。我们面临的最实际的问题还应是同时减小人员和物质的损失。

  新的经验也表明,只一味地强调保证生命安全并不明智。1989年洛马普瑞特地震的教训之一是,地震轻而易举地毁坏了现代社会的"生命线"--电力、水源、排污、通讯和交通。1989年10月17日,旧金山海湾大桥的断裂,还有距震中70千米的大面积断电都证明了这点。同样的问题也引起日本专家们的忧虑。东京的地价正在飞速增长,这就促进了填海造地的发展,而这些人工填造的陆地现在都成了人口众多的经济贸易区域。有一点我们至少可以想象得到,那就是如果再发生一次如1923年东京地震那样的7.9级地震,那么土壤液化会使沿城市主要水路的69千米2新开垦土地的生命线受到毁坏。

  国际十年减灾计划能否实现它减小地震风险的诺言呢?工程师们已经发现在强地震时不同级别结构的建筑也成正比地受到不同程度的损坏,这不能不说是该计划改进房屋建设标准的结果,国际十年减灾计划是功不可没的。新的限制楼房晃动的设计思想与技术也被开发应用,例如建筑与地基部分隔离法。不过,它面临的财政问题也不小,随着耗资的增加,国际十年减灾计划得到的财物支援已经减少。其中最困难的就是如何与发展经济的需求竞争资金,以实现对抗震性差的建筑与生命线的加固。另外,自1985年以来,全球各地的地震学家和地质学家一直抱怨科研基金的不断减少,由此而即将流产的项目就是地震风险地图。它不同于我们先前介绍过的以强调区域地质结构种类为主的地震灾害地图。地震风险地图能够表示出一个地震或地区与另一个地震或地区之间地震动产生的极为不同的结果。不过能非常细致的给出具体地区具体情况的地震风险地图还很少,只限于全世界个别的几个地区。因此,除非进行一次性的大投资来得到地震危险区内有关的地下测量数据,否则人们不可能从这种地图中充分受益。

  减小地震风险的问题似乎是由于有了政府对达到安全目标的支持才受到重视的。尽管研究和应用所带来的成绩是理所应得的,但使用期限、可行性问题和利益矛盾都使公众降低了对两者的热情和支持。也许我们能够期待地震带来的损失给政府一些特殊的压力,并使地质学家、工程师和规划者在进行其他工作时能更容易地申请到资金。不过,只有时间的流逝才会告诉我们这能否成为现实。毁灭性的地震也许能用一时的刺痛促进一系列的行为或政治支持,但过不了一年,健忘的公众的力量就会衰退下去。

  很清楚,如果在首都或大城市附近发生一次大地震,那么其对经济产生的影响将不仅只限于某一区域,而是涉及整个国家。工厂、企业和研究单位在震后相当长的一段时间内都会受其影响而无法正常运转,这将使全国人民的生活水平下降。在未来的10~20年内,像东京、洛杉矶、墨西哥城或马尼拉这样的大都市,至少有一座会遭受到强地震的突袭。除了在技术上的一些缺陷和预测地震上的麻烦之外,没有理由说明我们不能在未来将地震风险降低到更低的水平。对地球结构及其动力学的地质了解仍然是最令人关注的问题。地震在所有的自然灾害中占有一席之地,我们对地震的产生了解得越多,就越能向减轻地震灾害迈进一步。

  来源:Bruce A·Bolt著.马杏垣等译.石耀霖等校. 2000.北京:地震出版社.

一键分享: 0