作者:甘晓 温超 来源:中国科学报 发布时间:2013-4-26 8:16:54
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中国“标示”地震带世纪梦想:定性到定量的跨越


 
▲中国地震活动断层探察项目工作照

 
探槽剖面挂网与年代样品采集
 
■本报记者 甘晓 实习生 温超
 
距离汶川地震还不到5年,四川省芦山“4·20”7.0级强烈地震的发生,再次唤起了国人关于地震的伤痛回忆。
 
近百年来,神州大地不止一次被地震撼动,每次均伴有不同程度的人员伤亡和经济损失。
 
1917年1月、2月,安徽霍山县发生6.3级地震;1920年12月,现宁夏海原地区(原属甘肃)发生8.5级大地震;1966年3月,河北邢台连续发生多次6、7级地震;1975年2月,辽宁海城发生7.3级地震;1976年7月,河北唐山发生7.8级地震;2008年5月,四川汶川发生8.0级地震。
 
抛开伤痛,科学家的任务更为艰巨。他们总是被这些问题困扰:中国的地下活动究竟如何?我国哪些地方可能发生大地震?应当如何最大程度地降低地震带来的损失?
 
事实上,我国科学家对这些问题的探索一直没有停止过。
 
寻找大地的“伤口”
 
4月24日,中国地震局地质研究所研究员徐锡伟已带领团队在芦山县震区工作了4天。当《中国科学报》记者联系到他时,已是当天晚上10点。虽然连续“作战”,但谈起这几天的工作,徐锡伟的声音里听不出半点疲惫。
 
“应急科学考察工作迅速开展起来,地震灾害评估也兼顾着干一些。”徐锡伟说,他们正争分夺秒地调查和记录每一个地质现象。
 
几天来,徐锡伟的团队分成六个小组,在震中地区漫山遍野地寻找一个重要的科学现象。根据勘查,这个现象极有可能在半山腰,汽车无法到达。所以,团队成员在半山腰整整走了4天。
 
他们要寻找的是当今地震研究中的关键证据——地震地表破裂带。形象地说,便是大地被地震撕开的那条伤口,这有助于科学家全面掌握位于此次地震发生地点的地壳运动状况。
 
徐锡伟说:“一般来讲,大于6.5级的地震都会在地表产生几十到几百公里的破裂带。汶川地震时就产生了长达240公里的地表破裂带。”
 
不过,截至记者发稿时,他们并没找到明显的地表破裂带。据徐锡伟推测,极有可能生成了隆起或者凹陷。
 
中科院院士、中国地震局地质研究所研究员邓起东则认为:“可能是由于此次地震释放的能量较小,不足以造成地表破裂。”
 
徐锡伟告诉《中国科学报》记者,接下来的几天,他们还会在山上继续寻找这条大地的伤口。
 
对地质科学家而言,寻找“伤口”是为进一步的科学研究搜集宝贵证据。而这进一步的研究,便是地震学界的一个恒久命题——活动断裂带。
 
骑毛驴的调查
 
“活动断裂带是19世纪末、20世纪初美国和欧洲的科学家在研究大地震及其与断裂带的关系时提出来的概念。”徐锡伟说,在我国,真正大规模的活动断裂带研究开始于1966年邢台地震,至今也不过50年左右。
 
回溯地震科学史,有关活动断裂带的研究始于地质构造学。1922年8月,第13届国际地质学大会在比利时布鲁塞尔召开。当时,北洋政府统治下的中国风雨飘摇,地质科学几乎无人问津。
 
然而,就在这次会议上,一名来自中国的年轻地质学家引起了国际科学界的关注。他在会上宣读的《中国某些地质构造对地震之影响》的论文,总结了中国地震分布区域与地质构造的关联,并断定地质构造是发生地震的主要原因。
 
这位33岁的年轻人便是后来著名的地质学家翁文灏。他和丁文江、章鸿钊、常隆庆等学者一起,在“标示”中国地震带上实现了零的突破。
 
1917年初,安徽霍山县接连发生6.3级与5.5级地震,震中烈度达8度。当时的中央政府农商部地质调查所对这次地震展开了全面调查。
 
最终,研究人员绘制出两次霍山地震的“等震线图”。这是我国地质工作者首次绘制的两幅等震线图,图中除了标明烈度数外,还标出了断层线。中国地震科学研究的新时代由此开始。
 
1920年末,甘肃海原(现属宁夏)发生8.5级大地震,死亡20多万人。翁文灏对此进行了长达4个月的野外调查,并绘制出等震线图。
 
据邓起东了解,当时条件艰苦,测量工具落后,“没有无人机、卫星、遥感技术,连汽车也没有,翁文灏几乎是骑着毛驴干完了活儿”。正是因为受条件限制,到上世纪中叶,当邓起东再次考察海原地区地质构造时,在当年翁文灏绘制的等震线图中发现了一些明显的错误。
 
不过,地震地质界仍然对翁文灏的工作评价极高,认为这是中国现代地震地质活动构造工作的开端。“他居然能在那个时候就认识到,既然位于中国大陆内部的海原能发生地震,那么其他地方也能发生地震。”邓起东认为。
 
翁文灏还找出了可能发生地震之处的共同点。例如,地震带皆有大断裂,发生大地震的断裂时代都较新,水平断层与垂直断层皆能发震。
 
1923年,《科学》杂志发表了翁文灏《中国地震分布简说》一文。文中展示了他绘制的我国16个地震带的《中国地震区分布图》,揭示了中国境内四类地震带的位置及其与大地构造、活动大断裂的密切关系。这是中国首张地震区划图,自此活动构造研究成为构造地质学的一个重要分支,并成为地震研究的一项重要内容。
 
定性到定量的跨越
 
不过,直到30年后,我国对于地震的学术研究才有了新的进展。
 
上世纪六七十年代,正值全球地震发生的一个高峰期,我国也屡次遭受地震重创。1966年的邢台地震、1975年的海城地震、1976年的唐山地震,都带来了惨重的人员伤亡和经济损失,促使国家对地震科学研究的部署进行了重大调整,中国开始进入活动构造的普查和发现时期。
 
“首先便是研究人员上的调配。”邓起东告诉《中国科学报》记者。
 
彼时,邓起东正在中科院地质所从事科研工作。服从国家调配后,他开始与来自中科院、地质部、测绘局和石油部的研究人员一起开展地震研究工作。为最大程度地集中科研力量,1978年,中国地震局成立。那一批单独抽调出来的科研人员和邓起东一起,从原单位调至中国地震局工作。
 
此时,国际上有关活动构造的研究也在不断深入。尤其是随着新技术方法的使用,活动断层研究进入了定量化研究时代。例如,美国地质调查局专家沃伦斯通过考察活动断层能量积累、滑动速率与地震重复间隔的相关性,建立了计算公式。另一位地质学家艾伦的研究生则将地质调查中的探槽手段应用到古地震研究中,引起轰动。
 
在国内,地震工作者开展了大规模地震地质研究,并在上世纪70年代初提出了地震地质和活动构造研究的几大原则:由老到新、由浅入深、由静到动、由定性到定量。
 
邓起东回忆说:“这几项原则与当时国际研究趋势完全一致。”
 
在完成对我国许多活动断裂带的普查工作后,1981年,邓起东挑选了中国地震地质学具有里程碑意义的海原断裂带作为定量研究的开端,并带领一批年轻人深入西部。
 
“我们在海原扎根,一待就是七八年。”回忆当年的艰苦生活,邓起东至今仍然满含热忱。1988年,邓起东团队完成了海原断裂带200多公里的1:5万大比例尺填图。这项成果实现了我国活动断裂带从定性到定量研究的跨越。
 
1989年,“八五”伊始,中国地震局开始将邓起东等人在海原断裂带的示范性工作推向全国。全国范围内活动断裂带填图工作就此展开,并一直持续到1995年。
 
不过,邓起东渐渐感到项目经费的捉襟见肘。“每年下拨经费300万,全国至少有200名专家参与。项目运行到最后一年,连出版经费都没有了,我也很无奈。”
 
至今,一些科学家仍然在推动当时填图工作成果的出版。“通过这个项目获得的资料都是基础性资料,虽然出版时间耽搁了,但是仍然有非常大的价值。”邓起东说。
 
正是“七五”、“八五”期间的这项工作,为地震局如今的应用性研究立下了汗马功劳。
 
“九五”期间,由于经费紧缺,对于活动断裂带的研究不得不停滞下来。
 
新世纪的曙光
 
上世纪90年代后期,日本阪神、我国台湾集集等发生的大地震让世界震惊。由此,科学家们开始认识到,研究城市“屁股底下”的活动断裂带对减轻地震损失有重要意义。2000年,中国地震局提出“城市活动断裂探测和地震危险性评价计划”。该计划得到当时中央高层的批示,最终获得4亿元项目经费,并在2004年顺利启动。
 
其间,地质学家发现,如果能确定在城市范围内存在活动断裂,那么做好了这些活动断裂的定位、探明它们的最新活动和深部背景、确定断层的运动速率、了解了多次地震中能量积累和释放的过程等,就有可能推算出下一次地震将在什么时候、什么地点、以多大的震级发生。
 
“这正是地震预测中的三个要素。”徐锡伟说,要准确掌握这三个要素难度很大,目前对于活动断层的研究还只能对震级进行相对准确的预估。
 
除了预测未来地震的震级,城市活动断裂带研究还有助于对地震危险性的评估。当年,翁文灏在考察海原地震后便提出了一套减轻震灾的对策,这是我国历史上首次从地震科学研究中总结出的防灾措施。 “他建议改良建筑实为减轻震灾之唯一方法。”翁文灏之子翁心钧在一篇回忆录中这样写道。
 
1991年,在我国第一条输油管道建设中遇到活动断裂问题,管道从新疆乌鲁木齐到河南洛阳,跨越了2000多公里国土。“当时就在考虑,要穿过多少断裂带、能不能躲避、不能躲避时还要采取什么措施。”作为活动构造专家,邓起东领导了这项工程的地震危险性评价,并提出了多种活动断裂未来错动量评估的方法,使活动断裂定量研究得到新的应用。
 
徐锡伟则认为,活动断裂带研究能在城市规划上发挥作用。“新城建设要考虑避开活动断裂带,或者按照一定标准和质量去建设,有效减轻地震带来的破坏,保证城市居民的安全。”
 
科学家们首先按照直辖市、省会和百万人口以上挑选了24个大城市,并在其周围划定一个长宽各150公里的工作区,把先前的遥感资料、地球物理、地质地貌资料集中起来寻找活动断层,并用地震探测等手段探察隐伏区的断裂带,对目标区范围内的断裂活动尤其要详细探查。
 
作为项目专家之一,邓起东指导工作时总结出“有没有、活不活、深不深、震不震、好对策”等几个工作要点。“首先要看有没有活动断层,再考察是否是活动的断层、其深度背景如何、有没有可能发生地震,还要给予合适的避让措施。”
 
据徐锡伟介绍,针对全国24个大城市的活动断裂带探测和危险性评价工作于2008年结束,项目在24个城市探测断裂130多条,长度近4000公里,详细探测和评价断裂58条,确定活动断裂26条。成果包括编制完成24个探测城市1:25万地震构造图和1:5万活动断层分布图,编制完成活动断层地震危险性评价成果图,完成活动断层基础数据库建设。
 
目前,该工作正在有序地向各省地级市推进。比如,河北省计划在承德、石家庄、张家口、邢台等11个地区开展城市活动断裂探测工作。
 
在邓起东看来,汶川地震是对我国地震科学界的一次重击。“从科学研究上看,汶川地震的确是一次漏报。这表明对龙门山断裂带的构造、孕育和发生的机制等重大问题还研究得不够。”
 
喜马拉雅计划
 
两年后,在财政部和科技部的支持下,“喜马拉雅计划”启动。
 
通过查询中国地震局网站,记者了解到,“喜马拉雅计划”是“中国地震科学环境观测与探察计划”的重要组成部分,包含“中国地震科学台阵探测”、“中国综合地球物理场观测”、“中国地震活动断层探察”等三个子项目。
 
其中,“中国地震活动断层探察”项目阶段性计划是用5年时间,完成我国大陆破坏性地震多发地区和主要活动构造带地震多发地段的华北地震构造区、南北地震构造带和天山地震构造带44条主要活动断层条带状填图。
 
目前,计划刚开展了3年时间,华北地震构造区填图工作基本结束,南北地震构造带也已开展了一些工作,并涉及此次芦山地震所在区域。
 
据了解,在芦山地震发生前,科学家对该地区的活动断裂带已有了一定认识。1997年西藏玛尼发生7.5级地震、2001年昆仑山口西发生8.1级地震、2008年汶川发生8.0级地震、2010年玉树发生7.1级地震……近年来密集的地震表明,位于青藏高原北部狭长的巴颜喀拉板块是一个相当活跃的板块。其中,汶川地震发生在龙门山断裂带上,这是南北地震构造带中最东缘的逆冲断层带,也位于青藏高原北部狭长的巴颜喀拉板块东部边缘地区。
 
4月21日,芦山地震后的第二天,中国地震局召开了专家会商。其中,南北地震构造带中南段未来发生地震的可能性引发热议。有专家提出,根据调查结果,巴颜喀拉板块的活动期还没有结束,南北地震构造带中段和南段还有可能释放能量,从而引发大地震。该观点得到了大部分在座专家的认可。
 
据徐锡伟介绍,此次芦山地震发生在南北地震构造带的中南段。“中国地震活动断层探察”项目正在这一地区进行工作,进一步的调查研究有望回答这个科学问题。
 
仍然身处震区的徐锡伟称,五六天后,应急状态下的科学考察将结束。“未来,我们还将回到雅安对此次地震区域进行全面的科学考察。”
 
从认识活动断裂带、活动断裂带定性普查,再到活动断裂带定量研究、城市活动断裂带危险性评价以及全国范围内活动断裂带填图和评价,一个多世纪以来,我国地震地质科学围绕活动断裂带的研究工作从基础到应用、从粗略到精确,正在一步一个脚印地前进。
 
而未来,准确“标示”中国地震带将一直是地震科学家们的梦想。
 
《中国科学报》 (2013-04-26 第1版 要闻)
 
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