地震区划图上未明确标注的地震危险＊

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

沿板块边界分布的潜在地震危险在地震区划图中已经标注得比较清晰了。现在我们应该重点关注那些不在预料之内的位于大陆内部的地震所带来的威胁。

2011年3月11日发生在日本东北部的MW9.0地震包含着一个有关抗御地震的不寻常的故事。无论是震动和海啸引起的持续危险,还是对日本的长期地震预测方法的批评[1],都不应该让我们忽略这样一个事实:这次灾难导致的死亡率相当低。在这次地震中,超过600万人口处在麦加利地震烈度表Ⅷ度或以上的地区。其中,大约2.5万人(约0.4%)死亡或失踪,且大多数是由海啸造成的。与此形成明显对比的是,大陆内部地震的死亡率通常超过5%,甚至可高达30%。正如2011年1月在英国牛津召开的地震易损性研讨会上所讨论的那样[2],我们认为日本或美国加州的抗震方面的知识必须传授给那些地震灾害经常造成巨大死亡人数的国家,他们往往远离媒体的关注。

破坏性地震主要发生在两个背景之下:①板块边界,②大陆内部的断层弥散网络。就地震风险而言,板块边界的一个显著特点就是它是一个狭窄断裂带,其位置可以精确测定,断裂带的潜在滑动积累相对较快,速率为10～100 mm/a。相比之下,大陆内部的断层网络却不能如此明确地界定。这些地带的宽度通常为数百或数千公里,包含许多独立的断层,每条断层每年的累积滑移量只有零点几到几个毫米[3-4]。在过去的120年里,死亡人数达到或超过1000人的地震有130个,其中约100个发生在大陆内部地区,造成至少140万人死亡,而板块边界地震造成约80万人死亡,其中约一半是由海啸引起的(图1)。

从统计数字中可以很快得到几条明显的信息。首先,大陆内部地震导致的死亡人数明显大于板块边界地震造成的死亡人数,最具破坏性的大陆内部地震震级为 MW7～8。平均而言,MW≈7.0地震会导致数千人死亡,而震级大于 MW7.5的地震会导致数万人死亡。这种地震是由其相关断层的数米的滑动造成的。由于大陆内部的应变速度缓慢,所以积累这样的位移量需要几百到几千年的时间。由此可见,20世纪的人员伤亡只是一小部分断层破裂的结果,而未来的地震仍在这些断层上积聚;但这一小部分断层就意味着100次灾难。

图1 过去一个世纪中地震造成的死亡人数[15]。大陆内部地震(红色)造成的死亡人数明显多于板块边界地震(蓝色)造成的死亡人数。过去的100年间,死亡人数超过5000的板块边界大地震(M W＞8)只有2004年的苏门答腊地震和2011年的东日本大地震。虽然1923年日本关东 M W 7.9级地震造成约14万人死亡,但大部分是由火灾导致的。图中地震按相差0.25震级进行分类,每类地震发生的次数显示在对应栏顶部(原图为彩图)

过去20年间,我们对断层活动迹象的识别能力明显提高[6]。尽管如此,我们也不能自我欺骗地认为我们搞清了所有断层的位置——或者知道相当一部分断层的位置。大陆内部的破坏性地震,如2003年伊朗Bam地震(3万人死亡)、2005年巴基斯坦Muzzafarabad地震(7.5万人死亡)和2008年中国汶川地震(7万人死亡),经常发生在事先未被认知或其危险性未被识别的断层上。这种威胁的严重性与日俱增,因为每年都有数百万人口向处于脆弱位置的大城市迁移,而这些危险性很高的地区过去曾发生过毁灭性地震,当时其人口却要少得多[7-9]。

由于板块边界的地震危险性和大陆内部的地震危险性所呈现的方式截然不同,所以从其中一种情况中获得的科学认识不能被迅速应用到另一种情况。在板块边界,地震危险性高的区域是众所周知的,最大的不确定性就是地震发生的时间。然而,在大陆内部的许多地方,我们甚至不知道何处存在地震危险。将基于太平洋边界的模型盲目地应用到大陆内部不仅仅是无益的,而且有可能是绝对危险的。对于板块边界,有一个看似简单却合理的方法:识别出一条或几条主要的断层通常就足以确定最高的危险性所在。当把这种方法应用到大陆内部时,可能会高估与已经确定断层相关的地震危险而忽略了其他地区的地震风险。过去2000年间有关南欧和中东破坏性地震的记述证实了这一观点[10-12]。将这些地震归因于一条已知位置的断层很困难——而且通常也是不可能的。2005年识别出德黑兰市中心的一条隐伏逆断层[13],这进一步突显了中东和中亚的许多城市处于未定的地震危险之中的可能性。

当然,正如在地震风险评估声明中经常听到的,地震本身并不杀人,杀人的是建筑。新西兰全国对于减轻地震风险都非常重视,因而有着严格的建筑规范,由此,2011年2月22日新西兰Christchurch地震死亡率只占处于地震烈度Ⅷ+地区人口的0.1%,预期美国加州未来大地震的抗御能力也会达到这一水平[14]。但目前尚不清楚如何将工程和社会响应领域中所取得的这些进展应用到减轻范围更广的大陆内部地震危险性中。发展中国家达到其有可能达到的抗震水平恐怕还需要好几十年的时间。在此期间,数百万人会受到未被识别的断层上发生地震的影响。因此,未来几十年科学界最优先考虑的应是:在风险性最高的地区明确标注出地震危险性不断增大的区域。风险性最高的区域是指面积达107km2的阿尔卑斯—喜马拉雅山带,该山带经意大利、希腊和土耳其,穿越中东、伊朗和中亚,一直延伸至中国。

为此,位于阿尔卑斯—喜马拉雅山带的资助机构、勘探组织和科学机构要采取认真的措施,建立跨越整个地区的多国合作。在这项工作中,要利用一切可以利用的相关科学手段,以便这个巨大区域内的人们可以做出适当的决策,确定将其资源集中到何处。

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

原题:Uncharted seismic risk

[1]Geller R J.Shake-up time fo r Japanese seismology.Nature,2011,472:407-409

[2]http:∥comet.nerc.ac.uk/ Workshop_front.htm l

[3]Molnar P.Continental tectonics in the aftermath of p late tectonics.Nature,1988,335:131-137

[4]Liu M,Stein S, Wang H.2000 years of migrating earthquakes in North China:How earthquakes in midcontinents differ from those at p late boundaries,Lithosphere,2011,3(2):128-132

[5] Wells D,Coppersmith K.New empirical relationship s among magnitude,rupture length,rupture width,rupture area,and surface displacement.Bull.Seism.Soc.Am.,1994,84(4):974-1002

[6]Jackson J A.Living with earthquakes:know your faults.J.Earthquake Eng.,2001,5(Special Issue 1):5-123

[7]Tucker B E.Trends in global urban earthquake risk:A call to the international earth science and earthquake engineering communities.Seism.Res.Lett.,2004,75:695-700

[8]Bilham R.The seismic future of cities.Bull.Earthquake Eng.,2009,7(4):839-887

[9]United Nations& World Bank Natural Hazards,Unnatural Disasters:The Economics of Effective Prevention. World Bank,2010

[10]Ambraseys N,Melville C.A Histo ry of Persian Earthquakes.Cambridge Univ.Press,1982

[11]Ambraseys N,Melville C,Adam s R D.The Seismicity of Egyp t,A rabia and the Red Sea:A Historical Review.Cambridge Univ.Press,1994

[12]Ambraseys N N.The Long-term Seismicity of the Eastern Mediterranean.Cambridge Univ.Press,2007

[13]Jackson J.In:Shuckburgh E(ed.),Survival,Cambridge Univ.Press,2008,123-145

[14]USGS Multi-Hazards Demonstration Project.http:∥urbanearth.usgs.gov/scenario08

[15]National Geophysical Data Center.The Significant Earthquake Database.http:∥go.nature.com/BBJ6Cf