防灾减灾：解读地震破坏

防灾减灾：解读地震破坏

地震是地球上最具破坏性的自然灾害之一。20世纪以来，地震造成的死亡人数已超过120万，是热带气旋的数倍之多。中国作为地震灾害频发的国家之一，了解地震破坏机制和预防措施尤为重要。本文将从地震的成因出发，深入探讨地震破坏的主要形式及其具体机制，并介绍地震灾害的预防措施。

图1 2008年以来造成人员伤亡的地震分布图

破坏性地震成因

了解破坏性地震的成因，是理解地震破坏方式，做到合理防御的基础。大量震例表明，先存活动断层（地壳中岩层受到应力影响而发生断裂位移的部位）突发性错动是浅源地震灾害产生的根源。地震是现今地壳运动状态和应变积累达到岩石或活动断层摩擦失稳条件下，地下岩石突发性失稳破坏或沿着先存断层突发性黏滑错动而迅速释放弹性应变能的表现。当断层开始破裂时，并不是整个断层面同时破裂，而是先从断层面上的某一点开始，之后逐渐向外扩展（图2），断层破裂释放的能量会以弹性波的形式向外传递，这就是地震波（图3）。

图2 断层错动示意图

图3 地震波

地震是怎么破坏的？

1. 地震动破坏

地震波引起的地面震动通过地基传递到建/构筑物、桥梁等地物上，引起建/构筑物等工程结构的破坏，特别是横波和面波对于建筑物承重结构的X剪切，可以使建筑物产生裂缝和垮塌。通过强震仪的布设，我们可以测量地震波带来的地面的加速度和速度，发现在近断层区域，随着与发震断层距离的增加，地面震动衰减是特别快的，其大概符合幂函数关系，绝大部分地震波能量都释放在断层附近，因此距离断层几千米差别，其地震动的加速度都可能有一两倍的差异。

图4 烈度、震中距和震级拟合

2. 地表破裂

地表破裂在震级大于等于6.5级的浅源地震中可能会形成，是断层错动在地表的标志。在地震过程中断层的错动到达地表，对地表地貌产生明显的地表错断，而位于地表破裂沿线的建筑会被巨大的拉扯运动撕碎（图5、图6、图7）。在地表破裂内，地震中可能还会形成地裂缝、塌陷、鼓包、挤压脊等现象，也会对地面建筑造成影响。

图5 2022年1月8日青海门源6.9级地震兰新铁路硫磺沟大桥地震破坏

图6 2023年土耳其双震形成的地表破裂遥感影像（徐岳仁，梁朋等，2023）

图7 2023年土耳其双震形成的地表破裂和砂土液化影像与现场照片（徐岳仁，梁朋等，2023）

地表破裂带多出现在断层及其附近地区，地表破裂带的宽度往往只有几十米，最多不过数百米，离开地表破裂带一定距离的建筑物可能不会发生毁灭性破坏。如2008年汶川8.0级地震中，绵竹市汉旺镇位于绵竹市西北绵远河出山口的洪积扇地上，汉旺镇距离地震震中约30km，北东向的龙门山前山断裂江油—灌县全新世活动断裂从镇西北部通过。沿地震形成的北东向江油—灌县断裂地表破裂带的汉旺—白鹿地表破裂带穿过该区，地震断层错动和强烈地震动的综合作用，导致整个镇的房屋严重受损，大部分毁坏，西北部靠近地表破裂带房屋倒塌最为严重，建筑物震害程度在空间上与地表破裂带呈平行分布，越靠近地表破裂带破坏越严重（图8）。

图8汶川地震中汉旺镇建筑物破坏

大量震例表明，人口密集区距离发震断层的远近（往往就几千米差距），决定了地震灾害的剧烈程度。如果一次地震发震断层就在城市，那么这种地震就是城市直下型地震，这种地震的灾害往往比其他更大的非直下型地震要大很多，2010、2011和2016年新西兰克莱斯特彻奇（基督城）的地震就是典例。2010年9月4日，基督城以西发生7.1级地震，震中距离城市40km，发震断层最近距离城市5~10km，地震造成1人死亡；2011年2月22日，基督城发生6.3级地震，震中距离城市5km，而发震断层就在城市东南部，这次地震造成185人遇难，包括十多名华人华侨；2016年11月13日，基督城以北发生8.0级大地震，震中和发震断层距离基督城100km左右，基督城无人伤亡，新西兰一共两人遇难。这三次地震说明，即使是一次6级地震，如果发震断层就在城市，会比一次几千米外擦肩而过的七级地震或者几十千米附近的八级地震对城市的破坏要大得多。

3. 边坡破坏

边坡破坏主要是地震引发山体滑坡、崩塌、落石、泥石流等造成灾害。汶川大地震中遭遇严重破坏的北川县城，除了断层直接通过以外，更严重的是景家山和王家岩在地震中发生崩塌和滑坡埋压了大量建筑，造成数千人遇难。2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震造成729人遇难，地震灾区地形陡峻、河谷深切、高程落差大、地质条件脆弱，此次地震诱发了大量的山体滑坡，造成了严重的人员财产损失。2017年8月8日九寨沟7.0级地震造成景区沟诺日朗、五花海等旅游景观和旅游基础设施造成较严重破坏，对当地生态环境造成较严重影响。

图9 北川滑坡灾害遥感图
（地震造成县城周围多处山体滑坡，并引发泥石流，掩埋大量房屋；地震活动和地震断层造成大量地基沉陷和房屋倒塌；路桥、河堤破坏随处可见）

4. 场地效应

地震中，场地效应也会加重灾害损失，例如沉积层和松软沙土层对于地震波的放大、盆地河谷地形对于地震波的重复反射、地面液化造成地基失效和砂涌等灾害破坏（图10）。场地效应破坏仅次于滑坡、泥石流等地质灾害造成的破坏，如2008年汶川大地震中，汉源县处于流沙河和汉源湖的河谷水库地形，且地层是砂砾石层之上的中粗砂和粉质黏土结构，其出现了明显的场地效应，成为了VI度区域的VIII度烈度异常区（图11）。

1985年墨西哥8.1级地震中，距离震中400多km的墨西哥城却是受灾最严重的地区，原因在于长周期地震波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，并且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。

图10 2023年积石山地震金田村泥流灾害的震前震后影像对比图

图11 汶川地震VI度中的VIII度异常区（高孟谭等，2008）

地震灾害的预防措施

综合以上地震破坏原因，要避免严重地震灾害第一是避开活动断层，其次是避免不良的场地条件和地质条件。那么利用目前科技手段，能否提前知道哪些地区是地震危险区或高风险区呢？我国的地震重点监视防御区（简称重防区）即反映了我国未来一个时期内（通常是十年内）遭受地震严重威胁，并可能造成重大损失的地区，是综合反映震情和灾情的长期地震预测结果，也是我国防震减灾工作部署的重要依据。中国地震局分别于1995、2005、2020年给出重防区判定结果，并由国务院转发地方政府。在这些区域内，一方面，我们需要科学准确地确定活动断层位置、场地条件和地质环境，在建设规划中合理避让；另一方面，需重防区涉及地区要建立健全地震监测网络，地方政府加强地震监测和短临跟踪，对区内重要建筑和基础设施进行抗震性能评估，对未采取抗震设防措施的建筑物和构筑物进行必要的抗震加固，提高其抵御地震的能力，提前做好地震应急准备，制定相应应急预案，同时也需要加强地震知识的宣传教育，社会公众掌握防震减灾知识和应急避险技能，提高防震意识和自救互救能力。