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唐山、宜宾都是10km深的5.1级地震,破坏程度怎么差别这么大?

转载:陆新征课题组  2022/4/7 15:55:00  770
内容简介:很多朋友昨天都关注到这个新闻:“据中国地震台网正式测定,4月6日7时50分在四川宜宾市兴文县发生5.1级地震,震源深度10千米,震中位于北纬28.22度,东经105.03度。”我们的RED-ACT(Real-timeEarthquakeDamageAssessmentusingCity-scaleTime-historyanalysis)系统也马上给出了这次地震的地震破坏力、加速度感...

很多朋友昨天都关注到这个新闻:

“据中国地震台网正式测定,4月6日7时50分在四川宜宾市兴文县发生5.1级地震,震源深度10千米,震中位于北纬28.22度,东经105.03度。”

我们的RED-ACT(Real-time Earthquake Damage Assessment using City-scale Time-history analysis)系统也马上给出了这次地震的地震破坏力、加速度感受及滑坡次生灾害分析结果(详见:RED-ACT | 4月6日宜宾兴文5.1级地震破坏力分析)。

根据新华社消息,“截至6日17点30分,兴文县5.1级地震共造成房屋受损645户719间,已紧急转移247户1045人,兴底路(省道S444)中断2处,村道受损5处。”[1] 由昨天的宜宾兴文地震我就想到了2020年唐山古冶的5.1级地震。“据中国地震台网正式测定,7月12日6时38分在河北唐山市古冶区发生5.1级地震,震源深度10千米,震中位于北纬39.78度,东经118.44度。”可以看到,对比宜宾和唐山两次地震,除了地震的时间地点外,测定的震级和震源深度都一模一样。但是唐山的震损怎么样呢?“唐山古冶5.1级地震,经实地调查,截止2020年7月13日15时,震中及周边地区300平方公里范围内无人员伤亡,个别老旧房屋有轻微裂缝”[2] 同样是5.1级地震,同样是10km震源深度,为什么一个震害明显大得多,另一个震害明显小得多呢?当然,每一个熟悉地震工程的专家都知道,这是因为地震是很复杂的,同样震级、同样深度的地震,受到不同发震机制、传播路径、场地条件的影响,引起的破坏可能有巨大差异。比如图1所示为兴文5.1级地震和唐山5.1级地震记录到的最强地震动对比,可见差异非常巨大,进而引起的破坏肯定也差异非常显著。


图1兴文5.1级地震和唐山5.1级地震记录到的最强地震动对比

但是这个解答肯定不能让广大群众满意。这个世界上的事情都是很复杂的,搞研究的意义,就是设法找到复杂问题的解决办法,对于地震震害评估这个复杂问题也是类似的要求。
那能不能找到一个简单的解决办法呢? 举个大家生活中的例子:气温是由太阳、地球和大气运动共同决定的,是一个很复杂的问题。但是从来没有人会因为搞不清楚太阳、地球和大气运动这个复杂问题而不知道早上出门该穿多少衣服。大家是怎么做的呢?首先看一下温度表,知道今天大概的气温,对穿衣多少有了一个初步的估计。并且穿多少衣服除了气温以外,还要受到当天的风力、湿度以及个人的抗寒能力等具体因素的影响。这个时候大家再在窗口看一眼,参考一下街上不同行人的穿衣情况,特别是自己的同性别同龄人的穿衣情况,这时候就可以放心出门了。 所以这个生活决策过程的典型特点是:

(1) 对于复杂的影响因素(太阳、地球和大气运动),大家只是作为一个参考;

(2) 最终决策,更依赖于局部针对性的观测数据(温度计);

(3) 考虑到个体承受能力的差异,还要参考一下相近个体的情况(看看窗外不同行人的穿衣情况)。

因此,对于地震震害评估问题,也可以参考类似的思路。确实,从震级到震损之间的关系实在是太复杂了,短期内未必能取得大的突破。那我们完全可以换个思路,通过密布的地震台站测得当地的地面运动强度,就像温度计那样,给出当地局部的针对性观测数据。然后,再像参考不同行人的穿衣情况那样,选定一些代表性的建筑和城区,看看当地记录的地震动会对代表性的建筑和城区产生多大的破坏。 上述过程就是RED-ACT(Real-time Earthquake Damage Assessment using City-scale Time-history analysis)系统的工作原理。我们首先选择台站实测的地震动作为震害评估的依据,不必去研究这个地震动到底是6.0级地震引起的还是7.0级地震引起的。就像我们知道今天气温是30度,我们不用管这个30度是太阳黑子爆炸引起的还是地球厄尔尼诺现象引起的。然后我们把这个地震动输入到典型的建筑、桥梁和城区里面,看看这些典型对象的破坏情况,进而估算出当地可能的震害情况。从而绕开了震害评估中最复杂的问题,有效提升了评估的可靠性。图2和图3分别是RED-ACT给出的唐山古冶5.1级地震和宜宾兴文5.1级地震的震害评估图,震损程度差别看得很清楚,充分体现出RED-ACT方法的优点。
图2唐山古冶5.1级地震的震害评估图

详见:RED-ACT: 7月12日唐山5.1级地震破坏力分析


图3宜宾兴文5.1级地震的震害评估图

当然,RED-ACT这套方法实现的前提是密集的地震台网和高效的传输网络。而这不正是中国当前最擅长的事情么?
最后再补充一张对比图。图4是RED-ACT系统评估的地震诱发滑坡风险图,认为对于这次地震,震中附近坡度大于44-49度的区域有地震诱发滑坡风险。图5是新闻报道的地震后滑坡照片。当然,地震诱发滑坡是一个很复杂的问题,国内外很多专家都做了非常好的工作,我们的研究也在探索过程中,其效果还需要反复论证。我们具体方法可以参阅:新论文:基于实测地震动的近实时地震滑坡预测方法(并附源程序)。


图4 RED-ACT系统给出的分析结果(根据气象台资料,当地4月1日到5日均有降雨)

图片
图5新闻媒体报道的当地滑坡照片

参考文献:

1新华社,https://www.sohu.com/a/535823762_267106

2唐山市应急管理局,http://yjglj.tangshan.gov.cn/anjianju/ajjtongzhigonggao/20200714/942101.html

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