尼泊尔地震的灾害为何如此巨大

原标题:尼泊尔地震的灾害为何如此巨大

孙士鋐

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孙士鋐 中国地震台网中心研究员,主要从事地震预报,地震预报领域的政策、法规研究。

4月25日14时11分,美丽佛国尼泊尔遭遇8.1级地震。有专家形容这场地震类似于用20颗热核氢弹轰炸加德满都谷地,其中每颗氢弹的强度都比摧毁广岛的原子弹高很多倍。尼泊尔地震的灾害为何如此巨大?地球处于地震活跃期的说法是否准确?我国大陆发生地震的背景是什么样的?让我们随专家一探究竟。

本世纪以来,一系列大地震使许多国家和地区遭受了巨大的人员伤亡和经济损失。

2004年印尼8.7级地震造成近30万人死亡;2008年中国汶川8.0级地震造成死亡(含失踪)8.71万人,直接经济损失为8523.09亿元,约为当年国家财政收入的百分之十四;2010年1月13日海地7.3级地震造成23万人死亡;2011年日本9.0级地震造成1.6万人死亡,直接经济损失超过3000亿美元。近期发生的尼泊尔8.1级地震,截止到震后第3天,死亡人数已超过3千,至今日,预计会突破一万人。

事实表明,随着现代经济的迅速发展、人口的快速增长和城市化程度的不断提高,地震造成的灾害日趋严重。残酷的事实不得不使人们对地震这一自然现象更加关注。

从影响地震灾害的主要因素看尼泊尔的状况不可谓不糟

影响地震灾害的主要因素有5个方面,即地震震级和震源深度、发生地震的场地条件、震中区的人口密度和经济状况、当地建筑物的抗震能力及公民的防震减灾意识。

震级越大,释放的能量也越强,可能造成的灾害当然也越大。在震级相同的情况下,震源深度越浅,离地面越近,地面受到的地震作用越强,破坏也就越重。这次尼泊尔地震的震级高达8.1级,震源深度仅20公里。

场地条件主要包括土质,地形,是否有断裂带通过,是否有滑坡、崩塌、液化、沉降等地质灾害影响等。一般来说,滑坡、崩塌、滚石、液化都会加重震害。尼泊尔地震的场地条件可以说是很差。

如果地震发生在荒无人烟的高山、沙漠,即使震级再大,也不会造成伤亡或损失。相反,如果地震发生在人口稠密、经济发达、社会财富集中的地区,特别是在大城市,就可能造成巨大的灾害。4月25日的尼泊尔8.1级地震刚好处在首都加德满都和尼泊尔第二大城市博克拉之间,相距分别为80公里与50公里,且该地区农村人口的密度也挺高。

历次地震表明,凡是按照抗震设防标准、精心施工的结构在地震中都表现良好,反之破坏惨重。尼泊尔的建筑物和各类工程结构,尤其是大量的民房,一般都没有按照一定的目标进行抗震设计和施工,抗御地震的能力很差。

从历次地震的经验可以看到:自救互救是地震后抢救生命最重要和有效的途径,经过训练的居民自救互救会大大提高抢救成功率;在震后安置、社会安定等各方面,训练有素的社区、志愿者和居民都可起到不可代替的作用。而震前进行防灾救灾的科普知识教育,有计划地进行救灾演练,也可以提高全民防震减灾的知识和技能水平。

如果按上述5个方面对这次尼泊尔8.1级地震的灾害程度进行评判,那么,尼泊尔的状况是很糟的。好在地震发生在白天,如果发生在夜晚,光照条件差,当地情况就会更加雪上加霜。

尼泊尔再发强震

地球是否处在地震活跃期?

尼泊尔8.1级地震再一次引起人们心中的疑虑:地球是否已处在地震的活跃期?

目前,判定地球是否处在地震活跃期的依据,主要是对历史地震的统计。基于1964年美国阿拉斯加发生8.5级地震后的长达40年间再没有发生过一次8.5级地震,而自2004年印尼8.7级地震后,接连发生了2005年印尼8.5级、2007年印尼8.5级、2010年智利8.8级、2011年日本9.0级及2012年印尼8.6级地震等,10年间发生了6次8.5级以上地震,所以,我们说现在的地球已处在地震的活跃期,这是相对1965年—2003年的地震活动水平而言,选取的震级尺度是8.5级。

这里顺便要指出一点,地震的震级、地点,由于计算方法的不同、使用不同台站的观测资料等等原因,同一个地震可能会出现多个不同的震级与不同的经纬度。例如,在谈到这次尼泊尔8.1级地震时,有一些报道提到尼泊尔在1934年发生过一次8.3级地震。1934年的8.3级地震,其地点处在尼泊尔与印度交界处,也有人认为是发生在印度的地震。在中国与印度交界处发生的某些地震,也常会出现类似情况。这类地震的震级、地点出现的误差不是因为技术人员的失误,所以,也就没有必要争论哪个是对。

不要混淆不清

地震预警与地震预报是两个不同的概念

还有一点需要说明,近几年网上或人们在谈及地震事件时,对地震预警与地震预报这两个不同的概念,仍然有混淆不清之处。

“地震预警”是指突发性大震已发生、抢在严重灾害尚未形成之前发出警告并采取措施的行动,主要对象是重大设施和生命线工程,如核电站、煤气管道、地铁、高速火车等,并非通常所说的“地震预报”。二者的基本区别是:地震预报是对尚未发生、但有可能发生的地震事件事先发出通告,而地震预警是破坏性地震已经发生、对即将到来的灾害抢先发出警告并紧急采取行动。

就现有国内外研究,地震预警技术系统一般包括地震检测、通讯、控制与处置、警报发布等组成部分。实现地震预警有三种基本技术途径:一是利用地震波和电磁波传播的速度差异;二是利用地震波本身在近处传播时纵波(P波)与横波(S波)传播速度的差异;三是利用致灾地震动强度阈值。

举例来说,唐山7.8级强震发生时,唐山附近的地震台将首先收到地震波,并通过比地震波快数倍的电磁波向天津发送信号(电磁波的传播速度是每秒30万千米,而地震波最快的传播速度约每秒6千多米),使得电磁波比地震波“抢先”10多秒抵达天津,天津人能在人感觉到地震前10多秒知道发生了地震,就可利用这10多秒的时间立即拉响警笛或采取切断电源、关闭气阀等措施,以减轻人员伤亡和财产损失。相当于科学家们在两地之间打了一个关于地震波与电磁波的“时间差”。

另一种方法是利用地震波最先到达的纵波与主要致害的横波和表面波之间的“走时差”,同样达到对工程项目的预警。因为横波造成的地震灾害要比纵波大得多,而传播速度又比纵波慢,正好可以利用它们之间的时间差。不过,纵波与横波传播速度的差异较小,纵波约每秒6千米,横波约每秒3.3千米,可利用的时间差很小,大约在几秒到十几秒内,而且离震中越近时间差越小,发出预警信息越难。

第三种预警方法经常被核电站所采用,就是通过建立地震动监测系统。当地震动幅度超过给定的阈值时,监控器报警并采取紧急措施,安全停堆,防止核泄漏。

但是这三种技术途径都只能实现地震发生瞬间的预警,而不能实现地震预报。

关于地震成因有好几种说法

地震发生后,人们普遍会问的一个问题是:“这次地震发生的原因是什么?”专业名词叫“地震成因”。实际上针对这个问题,地震专家也难给出很明确的回答。

地震成因迄今没有完全解开,但随着物理学、化学、地质学、数学和天文学等多学科的交叉渗透以及深入发展,现在地震学科还是取得了长足的进步。

近百年间,相继提出比较有影响的地震成因假说:一是1911年美国地震学家理德提出的地球内部不断积累的应变能超过岩石强度时产生断层,断层形成后,岩石弹性回跳,恢复原来状态,于是把积累的能量突然释放出来,引起地震,这是“弹性回跳说”;二是1955年日本的松泽武雄提出地下岩石导热不均,部分熔融体积膨胀,挤压围岩,导致围岩破裂产生地震,这是“岩浆冲击说”;三是美国学者布里奇曼提出地下物质在一定临界温度和压力下,从一种结晶状态转化为另一种结晶状态,体积突然变化而发生地震的“相变说”。

现在比较流行的、大家普遍认同的是板块构造学说。1965年加拿大著名地球物理学家约翰·图佐·威尔逊首先提出“板块”概念;1968年法国的勒皮顺把全球岩石圈划分成六大板块,即欧亚、太平洋(601099,股吧)、美洲、印度洋、非洲和南极洲板块。板块与板块之间的相对运动引起地壳强烈变形,地壳活动比较活跃的地带,是火山、地震较为集中的地带。

中国大陆发生地震的背景是:中国大陆地处欧亚板块的东南部,为印度板块、太平洋板块所挟持,板块间的相对运动和板内动力作用控制着中国大陆,将其切割成为不同级别的活动地块。根据现今的构造变形和地震活动性,中国大陆可以被分成5个一级活动地块和22个二级活动地块。自公元前1831年以来,中国大陆几乎所有8级以上的强震和80%以上的7级强震均发生在这些活动地块的边界带上。因此,活动地块边界带也就是中国重要的地震带,这就是中国大陆地震成带分布的原因。中国东部的强震主要分布于受太平洋板块和菲律宾海板块俯冲作用所涉及的地区,大部分地震构造为平移断裂或正断裂型。中国西部的强震主要分布于青藏高原的周边地震带上,是由于印度板块每年以5厘米的运动速度向东北方向运动所致。这一板块间的相对运动导致了中国大陆内部大规模的构造变形和地震。

汶川8.0级地震是柔软与坚硬的碰撞

2008年汶川8.0级地震的成因大致可以这样来理解:汶川8.0级地震处在龙门山构造带,龙门山构造带是青藏高原东缘的巴颜喀拉块体与华南块体的壳内构造边界,且两边各具有不同的地壳结构特征。龙门山构造带东侧为四川盆地,地壳厚度为40~50公里,地壳与地幔界面向龙门山构造带一侧倾斜。龙门山构造带西侧为巴颜喀拉块体,地壳厚度为50~60公里,自西向东逐渐变薄,地壳硬度与四川盆地相比则非常软弱。由此,龙门山构造带就是柔软的巴颜喀拉块体与坚硬的四川盆地发生碰撞的边界。

在龙门山构造带深部,地壳与地幔分界的莫霍面在短距离内有较大的起伏,而且岩石圈厚度在水平距离约80公里范围内由95公里加深至140公里。相对应的,四川盆地下部的上地幔低阻层深度约100公里(低阻层是指电阻率相对较低的深部地球物理层。相对来说致密岩层电导率高—电阻率低),向西到龙门山构造带则突然间下弯到130~150公里。

在青藏高原长期的挤压作用下,巴颜喀拉块体向东运动,而四川盆地的强硬地壳对柔软的巴颜喀拉块体具有很强的阻挡作用,导致巴颜喀拉块体内部积累了很大的能量。巴颜喀拉块体的地壳在该能量的作用下产生强烈变形,造成上、下地壳沿着壳内低阻低速层滑动,从而形成上地壳沿壳内低阻低速层顶部边界逆冲,并通过龙门山构造带上地壳的断裂活动来释放积累的能量,形成地壳缩短和龙门山区的隆升。

由于紧邻四川盆地的汶川及其邻近区域具有相对坚硬的上地壳,有利于在低应变率下积累高强度应力,而巴颜喀拉块体长期变形积累的能量则成为汶川大地震的动力来源。当巴颜喀拉块体长期变形积累的能量达到一定程度,超过地壳岩层的抗压强度时就发生了2008年的汶川地震。

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