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中国地震局地质研究所所长徐锡伟:活动断层灾害特征与对策
2011/3/6 10:22:48    新闻来源:中国水力发电工程学会

  (本网讯) 今天(2011年3月6日),为了回答社会各界对水电开发,包括怒江等流域水电开发中的地质和地震问题的疑问,中国水力发电工程学会、中国大坝委员会邀请从事怒江等流域地质勘探和抗震设计工作的同志与我国的水库大坝地质、抗震专家一起,在北京中国科协会堂召开“水电开发中的地质和地震问题”主题论坛,向社会介绍情况,并解答各种有关怒江等流域水电开发中地质、地震方面的疑问。 

  中国地震局地质研究所所长徐锡伟在论坛上发表了《活动断层灾害特征与对策》的主题演讲。


  徐锡伟:中国地震局地质研究所研究员,博士生导师。中国地震局地质研究所主管科研副所长,国家地震安全性评定委员会副主任委员,中国地震局科学技术委员会委员。主要从事活动构造学、新构造年代学、构造变形动力学、地震地质灾害与数据库等方面的研究工作。目前为国家重大科学工程《城市地震活断层探测与地震危险性评价》首席科学家。
  主要研究方向
  1. 青藏高原活动构造与运动学模型;
  2.活动断层发震习性与地震危险性;
  3.近断层强地面运动与地震灾害;
  4.大陆构造变形动力学。

  徐锡伟:很高兴来参加这次会,怒江要不要开发,要不要研究,我想大家讨论去,最后政府来拍板,事是越辩越明,但是作为我们做研究的人,我们把一些事实搬出来就足够了。因为我们说多了也没用,拍板是政府官员拍板,我们只是提供技术支撑,让拍板的人有科学依据。
  刚才陈院士讲的很好,地震灾害实际上由两个部分组成,一个部分就是地震的震动引起的破坏,我想我们大部分人在汶川地震期间,在北京都能感觉到汶川地震的震动。这个震动是由高频低频组成的,到北京以后远距离了,高频的震动少了,主要是低频成分;四川龙门山发震断层邻近地区汶川地震的振动高频成分占多数。所以,这是一种由地震动引起来的包括建筑物的破坏,引起的房屋的倒塌和人员的伤亡。这种类型的地震灾害可以通过合理的抗震设防标准,严格的施工质量保证,不能说完全可以避免,但可以有效地减轻的,这也就是为什么在美国等欧美发达国家,同样的7级地震死亡人数有时是零或很少的根本原因。
  这次新西兰6.3级地震,由于震源比较浅,加上盆地的放大效应,破坏比较严重,但是跟中国比,如果说这个地震在我们中国东部地区,一样的人口,因为我们好多农村的房屋抗震原来不设防的,人员伤亡可能还要多。现在在推广抗震建筑,但是我想今后一旦推广成功以后,我们也会像欧洲一样,由于房屋质量能够达到一定的抗震设防标准,我们可能会有效的减少人员的伤亡和财产损失。这是一种灾害,是由地震动引起的灾害。
  地震还有一种灾害是由发生断层在地震的同时产生同震的地表错动引起的地面建构筑物的毁坏,这种同震地表错动我想是无坚不摧的,等会儿可以给大家看一下无坚不摧是什么概念,实际上涉及到场址的抗断问题。然后我们再来看如果要建水电怎么办?我想这是作为科学家应该解决的一个问题。就像台湾,它位于板块边界,菲律宾板块、太平洋板块,向西俯冲到欧亚板块下部的板块边缘,它的地震和活动断层存在的数量、活动程度,跟青藏高原,甚至还要比我们云南地区还要强烈或者说同等的水平。日本处于太平洋板块向西俯冲的边界带,它的强度也是一样,这些地方为什么能建水坝,我们为什么不能建?我想要建,但问题是怎么建,注意哪些方面才是最重要的。刚才陈院士讲要尊重科学,我们就提供一点科学依据,看看如果要建我们怎么做。
  我们先看看从1976年以来历次大地震产生的灾害的基本特征,从这些特征我们来反思如果要建坝的话应该注意什么问题。
  地面震动导致地面破坏,我们可以通过提高抗震设防标准,合理的抗震设防设计可以避免。但是断层同震地表错动是要避开的,那就是避让的问题。如果我们的水坝,就像台湾集集地震的时候,就座落在发震断层上,那可以看到断层错动对大坝的错动破坏。如果我们离开具有这些发震能力、地震的时候能够产生错动的断层,我想就可以有效的减轻相应的灾害。
  唐山地震是1976年发生的一次大地震,24万人丧生,是一个到目前为止还记忆犹新的大地震,我上中学的时候,我是江苏的,就感觉到全国都住抗震棚。但是我们要记住,唐山地震当时全中国还没有抗震设防标准,是不设防的城市,所以,整个城市都毁灭了。但是我们可以看到发震断层切割一条马路产生了1.5米同震错动。实际上这就是地震的灾害源。
  这是唐山原来一所中学的图片。我们可以看到断层通过的地方房子都破坏了,旁边的房子相对地要好得多。这些房子都是旧房子,都是当时不设防的房子。断层通过的地方,对不起,到那个时候也是一样损坏。 
 






  

 
  这是标准的那条路错动了1.5米。这就是唐山为什么全城毁灭的一个原因。除了这个断层带,整个唐山城毁掉了就是因为震动破坏造成的,因为它是一个不设防的城市。后来唐山地震以后,全国各地进行了抗震设防,在北京对好多旧房子进行了加固。现在北京市的中小学也在对房屋进行加固,这是一种进一步保证房屋安全的措施。 
 


  我们看一下1996年的日本阪神地震,如果你们进入神户的淡鹿岛,有个博物馆叫地震遗址保存馆,可以看到引起这一灾难的同震错动的断层,灾害最严重的发生地死亡30人以上(红色的地方)、房屋倒塌30%以上黑点,都在这条发震断层的两侧三公里的范围内。 

 




 
  这个也是日本地震遗址保存馆,这个房子现在还在。日本的设防标准目前为止比我们要高,因为经济比我们发达。所以,我们可以看到穿过房子中间的断层,地震时候的同震错动是从这里出来的:它经过的地方,包括围墙撕裂,院子的水泥板破裂了,但是两边的房子是好的,这个房子现在作为地震遗址保存馆的组成部分得以保存,里面的家具还在,家具有的倒塌下来了,但是房子是好的,因为它的标准比我们目前的民用建筑的标准要高。这些现象说明如果抗震设防达到一定标准以后,破坏主要沿着这条同震错动的断裂带呈线状分布,这是一个典型的特征。

  我们看看我国台湾省1999年集集地震实例。台湾1945年以前,日本人殖民统治了50年,它的抗震设防标准也是沿用了日本的抗震设防标准,相对来说比中国大陆的抗震设防标准要高。我们看看1999年集集地震的情况,它是菲律宾板块跟欧亚板块碰撞的一个地带,跟我们青藏高原、云南、四川处于同一个强烈构造运动的地方。这是1999年集集地震就是由这条断层产生的。石岗水库,我们可以看到地表错动在这里,水坝这边抬起来了,这边相对下盘是稳定的。它在这个地方产生了破裂带,整个坝破裂的地方,也就是二十几米的宽度,两侧基本上完好。 
 



  这个也是典型的,也是当时(大甲溪)一条河,地震断层从这里过来,切割到桥梁地方,桥梁塌了。为什么会破坏呢?因为两边的同震错动,使那边抬起来了数米。 

 



  我们看看这栋房子就在陡坎上,一边抬起来,整座房子斜了,但是房子没有破。我想在这种条件下死亡人数可以大大减轻。还有下盘的房子,没在陡坎上,现在还可以看到房子。因此,断层带上,对不起,无坚不摧,断层带以外,特别是在它的下盘,是可以避免的。
  再来看看近断层强地面运动记录。集集地震记录到上千条枪地震动记录,从统计图件上可以看到,活动断层发生地震的时候,我们可以看到离开断层在三公里的范围内强地震动参数最大,在断层附近或者断层上面,加速度是很大的,例如峰值加速度有的达到1G,甚至超过1G,可以把人抛起来。所以,破坏要严重的多。但是我们可以看到,三公里以后逐渐的衰减到正常值,达到0.2G或者0.1G。这种情况下,合理的抗震设防标准,如果房屋是保证质量的,是按照一定的抗震设防标准设计的,在三公里以外,应该说是可以保证房屋裂而不倒,没有什么问题的。峰值速度PGV记录实际上也一样,它主要是在靠近断层附近大,远离断层迅速降低。 

 



  看看中国大陆地区地震破坏的实际情况。2001年昆仑山口西8.1级地震,这个地震因为在无人区,所以,大震无灾害。如果在有人的地方,对不起,这么大的地震跟汶川地震一样,灾害可能很严重。但是我们可以看到,真正的破坏就是在这条断层:东昆仑断裂带上面,从地表破坏范围看也就是十几米宽的范围,表现为一条线状延伸的地表破裂带。 

 




 
  这是我们可以看到的东昆仑断裂带上几十米宽的地表破裂带,由8.1级地震产生的,一条线状的延伸的破裂带,很窄,这是我们在西边五千多米高的地方看到的地震陷落坑,这里还有3.1米的左旋走滑位移,地震前偷猎的车辙错动了3.1米,3.1米的错动,破裂带两侧车辙都没破坏,裂缝都没有。

  这是比较高的山峰,我们可以看到一系列的地表破裂,都是不宽的,局限在30米的范围内,地表破坏的宽度是有限的,是局部化的。

  从卫星影象上可以看到,地震前这个断层就存在,这是一个地质构造,地震以后,同样我们会看到一个小的陷落坑,大的陷落坑,2001年的地震时候,新的地表破裂仍然是局限在这个断裂带上。

  这是我们利用高分辨率卫星影像填的一幅长约100km地表破裂分布图,2001年昆仑山口地震,我们可以看到地表破裂就是这么一条线状分布,一百公里范围都是这种情况,局部化的变形、破裂特征。如果离开这条断层带,我想安全就有可能有保障。

  汶川地震也是一样,刚才陈院士已经讲过。
  这是很有名的白露中心学校,断层就从学校操场上通过。陡坎下部那边的一栋房子是1996年造的,按照7度设防的,窗户的开间比较大,产生好多X剪切裂缝,仔细看房柱钢筋发生了扭曲。陡坎上部另一栋房子是2006年还是2007年造的,也是按照7度设防,就在陡坎上,现在还可以看到,变成一个地质公园遗址保存馆,一点裂缝都没有。所以,在质量保证的条件下,离开断层就可以保证安全。


  断层陡坎上的这栋房子塌了,死了一个人,是做饭的一个家属。同样是文化大革命期间造的陡坎下部的房子,一栋男生宿舍,一栋女生宿舍,离开断层,没有倒塌,一点问题没有。位于陡坎上的这棵树也倾斜了,因为陡坎一侧相对抬升,另一侧相对下降,陡坎上地面倾斜,树便倾斜。因此,断层上的破坏是要严重得多。

  看一下遭受汶川地震的北川,大家记忆犹新,因为死的人很多很多。它的破坏为什么会这么严重?地震断层穿城而过,从南到北就穿过了那个城。除了这个以外,由于震动破坏产生的王家岩大滑坡,把这里的四条街埋了,四条街就两千多人。 
 


  映秀也是一样的,断层从映秀镇中通过,也是一样的严重破坏,到处都是滑坡、崩塌。除了这个以外,在卧龙,离开它稍微近一点,纪录到很大的峰值加速度,差不多956mg,所以,震动破坏相对比较严重,引发的次生的地质灾害比较严重。整个映秀镇没有几栋房子站在那里。地震以后,开挖了几个古地震探槽,从中可以看到变形就集中在这个陡坎附近几十米宽的范围内。 
  
 




  断层有三种类型,这三种断层相对来讲有不同的结果。挤压条件下的逆断层变形带要宽一点,下盘稳定一点,我们可以看到台湾集集地震,离开断层几米的地方房屋都是好的。就说明只要保证达到一定的抗震设防,保证施工质量,又避让开具有发震能力的活动断层,我想是可以有效的减轻地震灾害。

  汶川地震尽管造成很大的灾害,但是给我们带来一个机会研究地表破坏跟房屋破坏有没有关系。我们通过详细的测量研究跟房屋破坏的关系,得到了一个定量的参数,就是变形带变形梯度大于0.03以后房屋才能破坏,也就是说在断层附近30米的范围内会产生严重的破坏,其它的破坏不是由于断层错动造成的,是由地震动引起的。

  其它地方地面变形梯度大于0.03的地方也见到破坏。这栋房子是深溪沟私人的房子,造的很好,用了30吨的水泥,离断层陡坎31米远,变形量小了,一点破坏都没有见到。另外,八角庙干休所刚建成的跨陡坎的房子全部倒塌,陡坎上部强烈破坏,稍微远离一点的则裂而不倒:墙都坏了,但是没倒,就不会出现很多明显的人员伤亡。

  我们这次的研究结论是,沿断层陡坎地面变形梯度大于0.03的地方地面建构筑物毁坏、倒塌,宽度约10—30米,其它地段可能裂而不倒,远离发震断层破坏相对减轻。

  我们看一下云南、四川、西藏等地震很多的地方。这是印度板块跟欧亚板块碰撞的青藏高原。我们要开发的在这个地方怒江,三江并流的地方,确实发育着一系列的活动断层。六级以上破坏型地震很多,是不是不能开发?日本也跟我们一样,断层很发育,包括我国台湾地区,经常发生大地震,他们照样建。 

 


  这是红河断裂带,这是怒江断裂带,但是,实际上这个地方每一个水坝都做过地震安全性评价工作,地震安全评价规范里就要求在做的过程中要对活动断层进行鉴定,在这个基础上再来计算这个地方应该有多大的地震设防标准。我们看到三江并流的地方,怒江就在这里。这个地方也是地形起伏大,山高沟深的地方,可想而知地质灾害肯定会很严重。因为最近几年在金沙江、大渡河都在开发,由于地形的高差造成的地质灾害我想水电建设部门他们是有经验的,怎么来有效的防止相应的地质灾害。

  对于地震预报,对不起,目前我们没有办法准确地进行地震预报。但是最近几年以来,地震灾害的源:活动断层我们可以有把握地通过详细勘查、断错地貌分析与测量和年龄样品的测试很好地确定和鉴定,把活动断层准确的空间位置确定下来。活动断层是地质灾害的源,地震灾害源是什么概念呢?是一个同震地表错动的线状带,它的同震错动可对地表建筑物的产生直接毁坏,此外还有由于它的震动产生地震波,传播出去以后对房屋的震动破坏。从前几年地震的例子可以看到,离开断层,只要不遭受地震断层的直接错动破坏,那么有些房子即使靠断层较近,也可能是安全的:裂而不倒。所以,我想如果能够对坝址区的断层进行活动性鉴定,就能够避让可能发震的活动断层,坝址区不要横跨活动断层,这样,即使发生地震,可以有效地减轻地震灾害损失。

  我要说的是,我是昨天才知道要开这个会,我了解了一下怒江断裂带上水坝工作的情况,北段地震局地壳应力研究所做了多个坝址区地震安全性评价工作,南段我们所老虢做了几个相应的地震安全评价的工作。在怒江两侧局部地段确实存在着十万年以来的活动断层,虚的红线是十万年以来有过错动的地表断层。活动断层跟地震灾害是挂钩起来的,它们是潜在的地震灾害的源。我们可以看到,这些地方的坝址区是离开活动断层的,个别坝址区离活动段稍微近一点,我具体名字不知道,但是他们都没有横跨或者跨越活动断层。


  实际上所谓的怒江断裂带确实是一条长期活动的古老的活动带,但是从目前的鉴定结果,北段除了它旁边的一些次生断裂是活动的,它的主体部分不是真正的一条能够发生规模很大的像东昆仑断裂带一样整体贯通的断裂带,而是断断续续发育的断裂带。如果通过地震安评,通过活动断层的填图,把这些断层的位置确定出来,不让我们的水坝座落在活动断层上,我想我们的水坝就没问题。当然合理的抗震设防标准,这是首要的条件,而且要保证施工质量,我想是可以保证这些水坝的安全。

  面对地震与地质灾害我们怎么办?总结起来说这三句话:
  一是做好地震、地质灾害的评价工作。怒江流域确实是地震、地质灾害严重的地段,这是谁都否定不了的,但是如果我们能够做好这个工作,我们能够对要产生的地震也好,地质灾害有充分的考虑。二是,能够把活动断层,有可能发生大地震的活动断层找出来,保证水坝不横跨活动断层,这样可以避免发生活动断层同震错动对地面建构筑物的直接毁坏。三是,保证施工质量。如果能够做到上述三点,我想我们水坝的安全是可以得到保证的。我要说的就是这些,谢谢大家。
    
  主持人:徐所长讲的非常精彩,先从全世界地震发生以后的一些情况给大家做了介绍,主要的特点就是地震并不可怕,关键是建筑物不能在断层上。另外,我看徐所长最后的三个结论也非常重要。这三点结论实际上直接回答了当前社会上质疑水坝不能建的问题,这是三点非常明确的结论,结论我就不重复了。

  另外,我还注意到徐所长很重要的一个意见,他讲了我们进行准确的地震预测还办不到,但是地震断层我们是可以搞清楚的,这个结论对我们非常重要。我们的规范明确规定所有的大坝绝对不能建在活动断层上,只要你躲开活动断层我们就能保证大坝安全。现在徐所长能搞清楚地震活动断层,那我们下一步就完全能够保证大坝安全。我觉得这是徐所长报告最精彩的地方。

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