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警惕来自远方大地震的威胁

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今年9月19日是墨西哥8.1级大地震发生36周年。1985年9月19日早晨7时18分,墨西哥太平洋沿岸发生8.1级大地震,震中位于阿卡普尔科以西的巴尔萨斯河口,震源深度33公里。36个小时后又发生了一次7.5级强余震。大地震导致1万多人死亡,数万人受伤,5万多人无家可归。地震造成1132栋建筑破坏,200多栋建筑倒塌。这次地震有两个严重破坏区域,一个是大地震震源附近的沿海城市,而另外一个重灾区却是远离震源400公里的墨西哥城。墨西哥城人员死亡接近8000人,约3万人受伤。该次地震是墨西哥历史上震级最强、损失最为严重的地震。

一般情况下,地震动在与破裂扩展的垂直方向上衰减很快,距离震中400多公里外的地区灾害往往不会很严重。因此,这次墨西哥城的严重震灾引起了科学家们的广泛关注。地震发生后,全球地震专家对墨西哥城地震破坏情况进行了详细的调查研究,并对地震破坏的原因进行了分析。综合这些调查结果发现,墨西哥城严重破坏主要是由双重共振造成。首先,墨西哥城灾害严重的地区位于较深的湖相沉积盆地上,土层松软,场地条件对地震动产生了强烈的放大作用。这次8.1级主震富含2秒左右周期波动成分,与墨西哥湖相沉积盆地松软土层产生共振,将地震动放大了4倍到20倍。墨西哥城遭受破坏的建筑主要是高层建筑。这些高层建筑的自振周期与地基的地震波动频率非常接近,引起强烈共振。另外,地震波在盆地内部多次反射叠加,持续时间明显加长,强化了地震波的破坏效应。远方大地震的长周期成分与盆地及松软土层共振并进一步与高层建筑产生共振,导致严重灾害发生。这就是所谓的双重共振,是灾害严重的根本原因。1985年墨西哥8.1级地震灾害表明,即使在远离大地震的地区,只要位于深厚松软的沉积层上,也可能发生严重的地震灾害。

改革开放以来,我国城市建设进入高速发展时期,城市数量不断增加,城市规模不断扩大。据不完全统计,我国已建成人口超过百万的特大城市就已经达到78个。这些城市高楼林立,一些城市的高层建筑已经达到一万栋左右。在我国人口超百万的特大城市中,有相当比例的城市位于沉积盆地、沉积平原和松软土层上,特别是沿海地区、大江大河冲积平原。这些地区除了不利的自然沉积环境外,还存在大量填海、填湖造地等问题,并且软土区域范围非常大。这些地区是国家经济社会发展的关键区域,也是我国高层建筑数量最多、最为密集的区域。一旦发生重大地震灾难,有可能影响国家安全。

墨西哥城大地震灾难已经过去了36年。我们应该牢记这次地震灾难的教训,本着忧患意识、底线思维,高度重视远方大地震的威胁及其可能造成的严重后果,防患于未然。

第一,位于沉积盆地、沉积平原和松软场地的大中城市的各级政府和广大公众应高度重视远方大震可能造成的威胁,提高防震减灾意识。一般高层建筑由于共振作用,地震振动效应往往比较强烈,即使没有造成房屋倒塌,建筑物的内外装修损坏,也会造成巨大损失。建筑物的附属设备破坏(供电、供气、供水和制冷等),也可能造成建筑物长时间不能使用,影响社会经济活动,从而造成重大的间接损失。

第二,墨西哥8.1级大地震在墨西哥城软土地基上产生的长周期地震动远远超过抗震设计规范的要求,从而导致严重破坏。震后墨西哥及时调整了抗震设计规范。我国也应当高度重视沉积盆地、沉积平原和松软土层对地震波的放大作用研究,加强专门的地震动观测,获取第一手的实测资料。同时,应加强对这些区域的长周期地震动的数值模拟研究。在第六代全国地震动参数区划图编制中,应科学合理地给出地震长周期地震反应谱和地震动时程。工程建设标准应高度重视长周期地震动的抗震设计,充分考虑建筑物的抗倒塌、可修复性和恢复所需的时间,并及时进行修订。

第三,应充分重视高层建筑地震应急救援和次生灾害防控工作。远方大震造成的高层建筑倒塌情况非常复杂,搜救难度非常大。36年前的墨西哥地震造成了墨西哥城大量高层建筑倒塌。实际上,2016年台湾高雄6.5级地震造成台南高楼倒塌,2010年智利8.8级地震造成康塞普西翁高层建筑倒塌,以及1999年台湾集集7.6级地震造成台北盆地高层建筑倒塌,都造成了重大伤亡,也都是远方大震威胁的典型案例。墨西哥城因地震造成人员受伤的两种情况特别需要关注。一是地震时大量高楼玻璃碎片造成约1万人受伤,二是地震时高楼内部家具倾倒导致约1万人受伤。高层建筑如何应急避险需要深入研究。墨西哥城地震后由于燃气泄漏引起了高层建筑火灾。这些情况在我国可能更为严重,需要高度重视。高层建筑倒塌或严重倾斜对交通道路的影响也不容忽视。

第四,位于沉积平原、沉积盆地和松软土层上的大城市应利用地震监测预警与紧急处置技术,减少重大灾害损失的发生。地震发生时,高层建筑电梯破坏会造成乘梯人员的高风险,及时将电梯停在最近楼层并释放乘梯人员非常重要。利用地震预警技术和专门设备完全可以实现这些功能。同样,利用地震预警信号及时关闭电源和燃气管道对预防高层建筑火灾也十分重要。高层建筑地震监测预警系统,对自动检测高层建筑的地震破坏状态,对判定建筑能否正常使用,都可以提供重要的技术支撑。高层建筑强震记录的长期积累,对修订抗震规划,提升高层建筑抗震能力也十分重要。

(高孟潭,中国地震局地球物理研究所研究员、特聘专家;中国地震学会科普工作委员会主任)

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