华县地震-防灾减灾宣传周｜拨开历史大地震近场强地面运动的迷雾

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对历史地震灾害的无奈

近代以前的漫历史阶段，由于对地震这一自然现象缺乏了解，当时的人们普遍认为地震是上天对黎民百姓的惩罚或者对皇帝本人的警示。大地震发生以后，有的皇帝会发诏书，例如1679年三河-平谷M8.0地震发生后，康熙皇帝（图1）发罪己诏,他惶恐是因为自己犯下的错误触犯了天条，只能向上苍发一封“忏悔书”来祈求神灵的原谅，以此鞭策自己的德行，给百姓一个交代。因为交通不便，导致地震灾害信息的阻塞，加之低下的地震救援能力，历史地震造成的人员伤亡往往是巨大的（例如，1556年的华县地震造成83万人死亡，1303年的山西洪洞地震造成47.6万人死亡）,而地震后续的干旱、瘟疫、饥荒等次生灾害造成的人员伤亡更是不计其数，严重威胁到当时社会经济的发展，甚至导致政权的更迭。

图1 康熙皇帝及罪己诏（图片来自网络）

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历史地震研究对地震动预测及防震减灾的意义

科技发展到今天，地震工程学家更关注从众多的历史地震中获得更多的启示来指导未来的防震减灾事业。大地震一般都是有重现期的，历史上发生过破坏性大地震的区域，未来仍然可能再次发生相似的大地震。研究历史地震是我们掌握地震破坏规律的一种有效的途径。

在中国范围的历史地震目录中，从公元前1831年至2021年的近4000年间，M6.0级以上地震约有1300多个。而全国范围内比较系统、完整的仪器测定地震资料序列仅40年。历史地震资料的搜集研究具有举足轻重的意义，对合理确定有关地震参数有很大作用（鄢家全等，2011）。试想，如果我们能够知晓1300多个M6.0级以上地震的地震动信息，基于如此大的样本数量，必将会极大地提高获取的震源参数的精度和情景地震模拟的可靠度。

破坏性大地震发生后，快速获取关键区域的地震动信息对应急救援、减轻地震灾害有重要意义。大量的震害调查、统计资料表明，人身伤亡和经济损失主要是由建、构筑物等工程结构破坏、倒塌造成的，而工程结构的破坏、倒塌主要是由强烈的地震动造成的。现代地震学的诸多方法已具备了模拟破坏性大地震的近场强地面运动特征的能力，在此基础上开展科学、可靠、合理的建筑震害模拟，这也有助于揭示灾变机理，服务震前防灾规划和震后应急救援，对降低城市震害风险具有重要价值（陆新征等，2020）。

实际上历史大地震是有较多的亟待我们去探索和发现的共性特征的，而这些特征会亘古不变的存在于现在和未来的大地震中。只要地震发生过，肯定会留下诸多的蛛丝马迹（图2-图5）华县地震，结合历史典籍中对地震破坏的描述和自然环境中的地震遗迹等，可对历史地震的灾害有更为直观的认识。

图2通海地震纪念碑.左图为通海县城秀山公园上的通海地震纪念碑。右上为通海地震震中高大乡五街村地震纪念碑及右下角的碑文。

图3 三次历史大地震的地震遗迹（图片皆来自网络）

图4 历史地震中的典型震害-错动的烟囱（图片来自网络及地震工程（胡聿贤第二版））

图5 1930年新疆富蕴M8.0级地震造成的地震塌陷区

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对再现历史大地震的近场强地面运动的尝试

日本地震学家Irikura的研究表明，模拟强地震动最有效的方法之一是利用震源区附近观测到的小地震记录来模拟大震的强地面运动特征。随着中国地震监测能力的不断提升，越来越多的地震被记录下来（图6）。很多历史上发生过大地震的区域现在又相继发生了很多的中小地震，这为我们利用现代小震记录再现历史大地震提供了很好的机会，例如，依托Green函数数据库和经验格林函数方法（图7）合成历史大地震。相同的方法应用在历史地震模拟中，虽然没有直接的地震波形验证结果的可靠性，但是我们可以科学地考虑震源参数的不确定性特征，依托现有历史地震的相关的典籍和野外地震遗迹信息，获得一定合理取值范围的历史地震强地面运动的模拟结果。

图6 中国测震台网规划（2030年），包括强震台网、固定台网、局部区域台网等。

图7 Green函数数据库的应用前景

例如基于经验格林函数方法和目前积累的小震记录，考虑震源参数的不确定性，可以尝试发展基于真实小震记录和参数不确定性的实用型的历史地震强地面运动的评估方法。通过对多次历史地震的尝试（图8、图9）（Li,et al.,2021a;Li,et al.,2021b;Li,et al.,2022;李宗超等，2019a,李宗超等，2019b），我们也越来越有信心，可以拨开越来越多的历史大地震近场强地面运动特征的迷雾。

图8 再现1850年西昌M7.5级地震强地面运动的尝试

（Li Z.C et al.,2022，SRL）

图9 运用现代小震记录再现2013年芦山M7.0级地震的加速度时程（芦山地震最大PGA出现的台-宝兴地办）

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研究历史大地震的强地震动在中国东部地区的应用前景巨大

东部地区大地震活动曾经是非常强烈和频繁的，历史上华北地区及邻近地区一共发生了8次M7.0级以上大地震（图10），其中8级以上大地震3次，包括1654年天水M8.0级大地震、1668年山东郯城8.5级大地震、1679年三河-平谷M8.0级大地震，平均8年左右一次（高孟潭，2016；吴清等，2019）。最让地震学家担心的是东部地区越来越高的地震风险。自1976年以来，东部地区再也没有发生过大的破坏性地震（高孟潭，2020）。但东部地区不断积累的社会财富和激增的人口数量却是大得惊人（图10），一旦发生大地震，损失将难以估量。

图10 东部地区7级以上历史大震（吴清，2019）.右图为中国夜间卫星灯光图（图片来自网络）

而东部地区大地震的实际地震记录几乎是空白的，唐山大地震也仅是记录到较远处台的有限的几条地震波形。因此研究东部地区诸多破坏性历史地震的近场强地震动特征，可为东部地区的地震小区划、建筑物及城市群的震害模拟、重特大工程的地震安全性评价、建筑物抗震设计、以及其它需要地震动参数输入的研究领域提供大量的数据支撑，对于东部地区的防震减灾的贡献也将是巨大的。

最后借用我的导师高孟潭研究员在2020年5月12日中国日报中文网上的一段采访作为本文的结尾（我将最后一句中的“汶川地震”改成了“历史地震”）。“从远的角度看，亟待从城镇规划建设的视角华县地震，深入研究人口聚集地区大震巨灾孕育发生演化机理，加强大震危险性的识别和巨灾风险的评估，制定“一城一策”的大震巨灾风险防范解决方案，加强公众及其他利益相关方、责任相关方的大震巨灾风险沟通，让广大公众参与地震安全相关标准的制定和实施过程，让各相关责任方明确责任，并采取实际行动。只有坚持底线思维，做到“防得到位，准备充分，应对及时有效”，才能防止历史大地震的悲剧重演。”

又到一年防震减灾日，防震减灾事业仍然任重而道远，但我们有信心，未来可期！

【作者简介】

李宗超，男，中国地震局地球物理研究所强震动地震学研究室，副研究员，研究方向为：强震动数值模拟、震源参数不确定性特征研究等。邮箱：lizongchaoigo@163.com。

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