地震的两个科学发展趋势(二)

发布时间:2013-11-21点击量:777

 地震学作为一门以观测和测量资料为基础的学科,随着社会需求的变化和学科的发展,随着地震信号的捕获、采集、记录、传输、解析逐一实现数字化,传统地震学的研究领域正在发生着变化。观其近期发展,以下二个发展趋势值得我们注意:

  1 从地震危险性(hazard)向地震危害性(risk)研究的过渡

  减轻地震灾害一直是地震科学发展的重要推动力。早期时认为,地震灾害主要是由于房屋建筑倒塌引起的,因此,地震学和工程学相结合,发展了地震工程学,其主要目的是进行地震危险性分析,提供采取合理的、经济的工程措施的基础依据。
  近年来,两个事实改变了这种研究的趋势。

   第一,随着世界人口城市化进程的不断加快和世界经济的持续发展,破坏性地震造成的社会灾害损失不仅越来越严重,而且开始打破长期以来形成的以建筑物破坏为代表的工程损失占主导的地震灾害格局,尤其对于人口密集、经济发达的大城市,工程灾害在未来的地震中很可能只占一小部分。替代地震造成的"工程灾害",出现了地震造成的"社会灾害损失"这一概念。长期以来,房屋、建筑物破坏等造成的工程损失一直是地震灾害损失中最主要的部分,也是地震学中研究较多的一个重点,但随着城市化的发展,地震损失越来越不限于工程损失,商业中断、社会功能瘫痪。信息丢失等非工程损失所占比例越来越大。1995年1月17日日本阪神地震,造成了6000多人死亡和超过1000亿美元的损失,其中建筑物和设施破坏等工程损失造成了480多亿美元的损失。由于处于震中区的大阪是日本的重要大港口,因此由震后交通中断、经济瘫痪、进出口贸易中断等因素造成的经济损失达600亿美元之多,而且造成了严重的社会心理动荡、失业及人民对政府救灾不力引起对政府信任度下降。由此可见,在经济发达、城市化水平高的地区,一旦发生破坏性地震将会造成巨大的社会综合损失,损失也不再局限于简单的工程损失。1995年RMS(Risk Management Solution Inc,RMS)曾经对1923年日本关东地震在原地以同样大小重复发生将会产生的后果进行了模拟,分析结果惊人地显示,地震综合损失会达到21000亿美元,而建筑物及内部设施的损失仅为10000亿美元,不足50%。对于大多数地区而言,工程灾害损失仍是地震灾害中最主要的部分,但在城市化程度较高、经济发达的地区或毗邻区域发生破坏性地震,工程灾害所占比例就会明显下降,所造成的社会灾害损失将越来越严重。而随着人口向城市大量集中和社会经济迅速发展,这种以社会损失为主体的灾害必将打破长期以来形成的以建筑物破坏为代表的工程灾害占主导的震灾损失格局。因此,有必要提出地震造成的"社会灾害"这一概念,它应当是指一次地震对人类社会的综合影响,既包括建筑物破坏等工程灾害,也包括商业、交通中断等非工程灾害和后续对经济、社会、民众心理等长期影响。

  第二,近年来在许多国家,地震灾害造成的损失记录不断被刷新。例如:1994年美国北岭地震突破了美国历史自然灾害损失的记录;1999年台湾的集集地震造成的损失也创下了台湾地区地震损失的新纪录;2001年印度古吉拉特邦7.7级地震是迄今为止记录到的最大的板内地震之一,也是印度历史上伤亡最惨重的地震之一,造成的经济损失也使印度经济受到了沉重的打击。地震灾害总是伴随着巨大的生命和财产损失,全球经济的发展,创造了大量的社会财富,使得地震灾害袭击的对象发生了巨大的变化,尤其是现代社会遭受地震灾害的易损性方面,变得越来越脆弱。在20世纪,随着时间的推移,地震灾害造成的损失有越来越大的趋势。残酷的现实要求地震学家更多地研究地震灾害本身,研究地震风险(risk)。

  目前,减轻地震灾害的研究工作正在从面对工程灾害向面对社会灾害方面的转变。这方面的研究分化为两个突出的发展方向,一个是日本、中国等地震多发国家大规模地在重要经济区、人口密集区开展城市地震危险性评价工作,例如,地震活动断层探测、地表形变分析、场地响应分析等;另外一个发展方向则是政府与地震学家密切配合,制订大地震应急响应方案,建设震后响应系统与救助系统。


 2 从深部结构研究向浅层地壳结构研究过渡
  近年来,一些建设在沉积层上的地震台站观测显示,来自不同方向的地震波具有不同的接收函数。这引起了地震学界对浅层,尤其是沉积层波速特征的重新认识。1993年澳大利亚开始进行的"袋鼠计划"(The SKIPPY Project)经过几年野外工作后,肯尼特(B.L.N.Kennett)等发现,不同方位角的接收函数显示的S波速度具有明显的离散性。这还仅仅是一个位于沉积层较薄地区的地震台站的例子。
  实验室测量得到的极浅层沉积物的P波速度仅为0.6~1.8km/s,S波速度为0.3~0.6km/s,波速比为2~3,甚至达到6,与一般岩石中波速比1.7左右相差甚远。尽管沉积层厚度在波传播路径中比例不大,但是波在沉积层的走时对波的整体走时影响却很大。现已发现,国际上早期著名的深部探测结果,如PANDA等计划的结果,由于没有考虑浅部沉积层的影响,其结果都需要重新考虑。这一事实震动了整个学术界。在美国沉积层较厚的洛杉矶盆地中进行的"洛杉矶区域地震试验"(LARSE)也观测到1.75km/s的地震波[1-2],而通常用以处理地震定位和反演地壳速度结构的波速为6.0km/s左右。
  对浅层地震波速变化特征的描述需要详细了解沉积层厚度、横向变化,甚至季节性变化特征。利用浅层沉积层速度对已有地壳速度模型进行修正,也逐步成为地壳三维速度模型研究方面的重要领域。浅层速度结构,即1km深度范围内地壳速度模型的细化日益成为提高三维地壳速度反演精度的瓶颈。
  在我国的华北和美国的中部,一些地震台站下方的沉积层厚度接近1km。例如,在"首都圈防震减灾示范区"工程新建成并已经正式投入运行的107个数字地震台中,有58个台站使用井下短周期摆,基本上认为是布设在基岩上;另外还有49个台站使用宽频和甚宽频摆,布设在有沉积层的地表。浅层速度的大幅衰减可能直接影响到地震观测台站记录资料的解释结果。如果在1km左右浅层沉积结构方面的研究有所突破,那么以往一些利用建立在沉积层上的地震台站记录得到的速度结构都有可能被重新计算和分析,浅层沉积结构的研究正日益成为地震学研究的亮点。

  结束语
  随着监测技术的不断进步,数字化资料的迅速积累,地震学正向着关注板块边界带、深浅部速度结构的结合、理论数值模拟和地震危害性研究的方面发展。

来源:
分享
QQ
二维码
电话