自2008年5月12日汶川发生特大地震以来,人们对地震引起的人民生命财产损失有一种巨大的关注,就像1976年7月28日唐山大地震那样震撼着我们的心灵。笔者在“从汶川特大地震想到西昌抗震设防”一文中,从八个方面提出了自己的见解(称“前文”)。下面就另外几个问题提出笔者的见解。
一、西昌地震风险问题
1. 两条地震断裂带的存在
如所周知西昌存在两条断裂带:则木河断裂带和安宁河断裂带。则木河断裂带从泸沽———西昌———拖木沟———宁南———巧家。各方面专家学者均有定论,认为“是一条活动性的发震断裂带”,1850年邛海地震就是重要标志;而有的学者认为安宁河断裂带是“已经固结”的断裂带,即死断裂,该带为石棉———元谋地震带的中段。攀西地质大队高工曾经在1987年4月14日一份“简介”中认为至少在二亿八千万年前就“固结”,不显示活动性,并追索至泸沽未发现与则木河断裂交汇,而凉山州地震局和西昌地震中心站在1998年一份选厂报告中,根据四川省唯一法权单位四川省地震局有关研究认为:“位于南北向安宁河与西北向则木河两条活动断裂带交汇地段,又恰处在新构造活动带的转折部位。”
而1536年发生在安宁河畔的新华地震(7.7级)和1732年发生在安宁河黄联关地震(6.7级)也证实安宁河断裂带属活动断裂。
2. 两条活动断裂带是否在西昌相交?
笔者在“西南地区地震地质及烈度区划探讨”一书(1977年出版)的第54页附表中找到明确结论“安宁河断裂和则木河断裂交汇(或归并)”。这与上述“两条活动断裂带交汇地段……”的判断是一致的。
这与“简介”中提出的用微观、重力、电测、钻孔、卫星照片、温泉等方法得出的安宁河断裂是“死断裂”和“与则木河断裂带不交汇”相悖的。
因此两条断裂均是“活动断裂”,而且在西昌交汇,只是没有找到交汇那一“点”罢了!
因此西昌是极具暴发大地震的地方,地震风险确实存在。而为此,国家把西昌定为重点监控点,又定为九度抗震设防,是有严密的科学依据的。
二、选择重大项目建设地址问题
1. 安宁河在新生代地质构造中“引张形成”多个峡谷盆地(小平原)。所谓宽谷段:如冕宁段、漫水湾段、西昌礼州段、飞机场段、牛郎坝段、经久段,往南德昌段等等,其宽度在5-10公里(峡谷最窄段如泸沽南、黄联关等不超过1公里)。
2. 安宁河断裂带就在这些串珠状盆地中通过,如一条曲折的线将“珠”串起来。要在这些“平原”中找到如“西昌钒钛基地”这样庞大钢铁企业的厂址是有难度的,从凉山电视台报道已经定在了“经久”乡。当然从平原、资源、水源、电源、交通、通讯等等条件看是很优越的地址。但愿“钒钛基地”选址是通过严格的地震风险评估的,在未来50~100年时段内该段不发生高级别地震且其炼铁高炉、炼钢转炉和轧钢等一系列厂房设计为钢结构并能避开安宁河断裂带至少200米,而且能经受地震烈度九度的考验!
三、地震波的形成兼议抗震设防另一学派问题
众所周知,地震在地壳,甚至地幔中暴发是以四种波形向地面传播的,这也叫“固体潮”。这是由地球自转、绕太阳公转巨大动能、引力和地球地壳构造破碎,各地球板块漂浮在地幔之上等等复杂因素造成的“板块移动、撞碰”造成。
1. 纵波(又叫P波)传播速度最快,在震中表现为地面、地面上的构筑物上下跳动。跳动能量和力超过重力加速度g,甚至几倍于g(即建筑等自重几倍),这就是汶川特大地震中的惊人现象,在北川县建筑、山体被抛下,实在令人瞠目结舌。这也是多年前就诞生的“钱培风学派”“纵波决定论”的主要观点:“建筑破坏是由上下跳动引起”。该派还列举了其它地震使烟囱、水塔顶部错位、转折或断落等无法解释的现象。
2. 横波(又叫S波)传播速度慢于纵波,但它携带能量大、传播远、破坏面积宽,例如汶川特大地震波波及大半个中国,它使地面和地面上的建筑物、构筑物水平摆动(各个方向均可)这是主流学派的理论体系、并作为编制抗震规范,计算公式的基础。
3. 乐夫波———与纵波一起在震中引起地面“立滚”,邢台地震时有报道。
4. 瑞雷波———与纵波一起在震中引起地面旋转运动。
以上四种波型对应于地壳活动断层弹性固体的拉、压、剪、弯、扭和软塑层的旋转逆冲(剪)而生成。
此次汶川特大地震波波及成都,有很多人感到地面滚动和人感到眩晕,就是几种波型的作用结果。
四、地震震级M和暴发能量E———兼言攀枝花、会理地震
按里氏地震能量公式有:
lag10E=11.8+1.5M
按该公式 E6=10(11.8+1.5x6)=1020.8尔格(相当于投在广岛原子弹能量)
E7=10(11.8+1.5x7)=1022.3尔格
E8=10(11.8+1.5x8)=1023.8尔格
故M6/M8= = =
这就是“上文”在08年7月24日发表,在同年8月30日下午4点30分在渡口(攀枝花)暴发的6级地震与汶川8级特大地震能量之比,仅为1/1000汶川特大地震能量,就能造成云南楚雄州三县、四川渡口(攀枝花)和我州会理县的巨大损失。据中央电台报道,引用元谋猿人博物馆馆长的话说“损失惨重”,这增加了“上文”引用论文:“西昌———渡口地区地震活动特征及地震危险性”的科学性,也警示我们西昌、会理处在活动断裂带上!
五、建筑结构抗震科学的发展问题
1. 应多发展柔性结构
钢结构在我国高层建筑中已经很常见,在重要厂房中也很常见,随着我国国力的增强,我国钢产量已翻了几十番,达5亿吨/年,有条件向日本人学习了。日本处在环太平洋地震带,为多发地震国家,但伤亡人数不多,例如“阪神地震(震级7.5级)”发生在大阪、神户这样的大城市(均是超100万人口),仅死伤4000多人,因为他们有强大的国力,中心区高楼多为钢结构,因为钢的“强度比”高、柔性大,高楼在摆动中耗去大部地震能量,造成因建筑倒塌而死亡的人很少。在“上文”中的体现就是结构影系数C小,而结构自振周期T长,可大大减小结构基底的总剪力Q。又如采用框架、框剪、全剪、简体这些既有柔性又有刚性的结构也是我们西昌九度设防区的首先选择。在农村修三层以下砖混结构也是可以的,尽量不用土坯墙、土筑墙,因为其抗剪强度几乎为零。
2. 有阻尼抗震
如台北101大厦在2/3高度上设置600吨重的钢球,该球为一组可伸缩的活塞体系控制。在地震来袭时可反向滑动钢球以达到减震、抗震目的。
3. 滑移抗震
如笔者在“前文”所提到的凉山州建筑设计院,曾在上世纪80年代末在州电业局五层砖混结构中,在地基基础顶面设计双层地圈梁中间加润滑剂,地震来袭时,上层建筑可移动,可大大减小S波带来的能量,达到抗震目的。
六、长期坚持抗震设防问题
虽然我国著名地质学的奠基人地质部原部长李四光院士,在他所著“论地震”一书中曾断言“地震是可预、可防的”(意为可预报、可防御),那是在1967年1月19日邢台地震(1966年3月8日发生)后所论述的。但是近半个世纪过去了,地震预报还根本达不到这样的水平。
他主张在发震断层钻深孔,在深部设电阻应变片,以测量地壳断层上的“应变”来预报地震。但是鉴于全世界科技水平远远未达到这样程度,例如钻孔深度要求达到10—20公里,因此他的预言在可见的将来是无法实现的。
中国有两次比较成功的“预报”,那就是1975年2月海城地震(7.2级)和1988年11月6日的澜沧、耿马地震(7.6级、7.2级),那是因为震前地震宏观前兆太多之故。
而唐山大地震、汶川特大地震以及几十次其它6—7级以上地震均未有临震预报,而造成人员生命财产的巨大损失(唐山大地震死26万伤25万,汶川特大地震死9万伤45万)。而我们西昌周围如冕宁、昭觉、布拖、盐源、宁南、攀枝花(会理)近几十年来均发生过5级以上地震,这是否预示大地震在西昌地层中正在孕育之中?因此西昌长期是国家重点监控的、明确的九度设防地区,更要在预防上多下功夫。(西昌指大西昌概念)
最近笔者看到一份地震专家介绍资料,汶川特大地震暴发时地震波沿映秀—北川断列带长300公里,像撕裂绸缎一样以每秒4.1—4.3公里,用90秒时间一联串爆炸式完成了主震能量释放,相当于投在广岛原子弹1000倍的能量,给四川和全国带来如此惨烈的破坏。
值此汶川特大地震暴发一周年之际,生活在两条活动断裂带的西昌各族各界同胞不要心存侥幸,牢记汶川特大地震带来的伤痛。这绝不是耸人听闻!是科学的事实和存在!
而领导者们更要以科学发展观的思路,在谋画建设蓝图时特别是要在重点、大项目工程上马之前作好地震风险评估。不要嫌“麻烦”,要树立以“人民生命高于一切”的理念,不要只图尽快出“政绩”而陷入盲动。因此坚持长期抗震设防,是大自然给西昌铸就的历史使命!