中华民族5000年抗震救灾史 | 2013-05-14 13:15:53 (被阅读 1477 次) |  | | 抗震救灾贯穿中国5000年历史。中国大陆地震的频度和强度居世界之首，占全球总量的10%以上（图1）。中国历史上有文字记载的地震就高达8000多次，其中1000多次为6级以上地震。据《史记·秦始皇本纪》，秦始皇时期发生过两次地震，分别在秦王嬴政十五年（公元前232年）和十七年（公元前230年），都在秦统一中国之前。《汉书》和《后汉书》记载的地震就有77次。据《清史稿》第44卷记载，从顺治元年到光绪29年这260年间，共发生地震492次，平均每年一到两次。20世纪以来，我国已发生6级以上破坏性地震近700次，其中7.0~7.9级地震70多次，8级以上地震6次。1900年发生的大地震就有：1917年1月、2月，安徽霍山县发生6.3级地震；1920年12月，现宁夏海原地区（原属甘肃）发生8.5级大地震；1966年3月，河北邢台连续发生多次6、7级地震；1950年的察隅8.5级地震；1975年2月，辽宁海城发生7.3级地震；1976年7月，河北唐山发生7.8级地震；1997年西藏玛尼发生7.5级地震, 2001年昆仑山口西发生8.1级地震、2008年汶川发生8.0级地震、2010年玉树发生7.1级地震, 2013芦山7.0地震。1949年中华人民共和国成立以来，共发生7级以上地震50几次。地震烈度6度或6度以上地区占全中国国土面积的79.0%，地震烈度7度或7度以上地区占中国国土面积的41.4%，8度或8度以上地区占8.1%。我国有67%的人口超过200万的大城市处于地震烈度7度或7度以上的地区，许多重大工业实施也位于有严重地震灾害危险的区域内。有的省会和自治区首府位于8度或8度以上的区域内，例如，北京、西安、兰州、银川、太原、昆明、海口、拉萨、乌鲁木齐，呼和浩特和台北等。其中有的大城市甚至可能发生直下型地震。所谓“直下型地震”系指地震的震源位于城市直下方的地壳内，或者说，城市建在断裂带上。直下型地震对城市造成的危害最大。例如，1995年1月17日日本大坂－神户地震、1999年8月17日土耳其伊兹米特地震、1999年9月21日台湾集集地震、2001年1月26日印度古吉拉特邦地震等都是城市直下型地震，因此都造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。
自20世纪至今，中国占全球因地震死亡总人数的60%以上。同一时段，全球共发生造成20万人以上死亡的大地震两次，不幸的是这两次地震都发生在中国：一次是1920年宁夏海原8.5级特大地震，造成23.5万人死亡，另一次是1976年的河北唐山7.8级地震，造成24.4万人死亡。2008年的汶川8.0级特大地震又造成近9万人死亡。中国的领土面积（960万平方千米）占全球陆地总面积（15亿平方千米）的6.7%；中国的领土上发生的地震约占全球陆地地震的33%，为什么因地震造成的死亡人数却占全球地震死亡人数的近60%？另外，中国地震灾害造成的伤亡人数占各种自然灾害伤亡人数的近60%。造成这样状况的主要原因是，长期以来人们对建筑物抗震设防缺少应有的重视和应该改善的有力措施。
中国是世界上最早有确切地震文字记录的国家。西晋时出土的《竹书纪年》，记载了公元前1831年（距今3800多年前）夏帝发7年发生的泰山地震，以及公元前1809年夏帝桀时期河南西部地区发生的强烈地震：“夜中星陨如雨，地震，伊洛竭。”《吕氏春秋》里记载周文王八年的地震：“地动东南西北，不出国邻”，第一次记载了地震灾害范围。史书《国语》中记录了周幽王二年（公元前780年）陕西的一次地震：“西周三川皆震。是岁也，三川竭，岐山崩”。三川即今陕西的泾河、渭河、洛河，岐山即今陕西岐山县。《诗经·小雅·十月之交》翔实而又生动地记录了这次特大地震的情景：“烨烨震电，不宁不令。百川沸腾，山冢崪崩。高岸为谷，深谷为陵”。译成现代的白话就是：闪闪的电光，轰轰的雷鸣。千百条河流在沸腾，巍峨的山顶在崩塌，高岸变成了低谷，深谷变成了丘陵。西方国家同等水平的记载直到1755年葡萄牙里斯本大地震时才有，里斯本这次地震造成6万人死亡。
《春秋》、《国语》和《左传》等先秦古籍中都有关于地震的记述，保存了不少古老地震记录。从汉代开始，地震就作为“灾异”记入国史之中。宋元以后地方志发达起来，地震也被作为“灾异”记入各地的地方志中，地震史料大大增加。除了那些官修的正史与地方志之外，许多私人写的笔记、杂录、小说和诗文集中也有地震的记载，而且往往附有生动的描述。宋代编的《太平御览》、清代编的《古今图书集成》等，还分门别类收集了不少地震资料。此外，碑文中也有不少历史地震的记载。一生历经3次8级和8级以上特大地震的清朝康熙皇帝还在他67岁那一年（即1721年）亲自撰写一篇探讨地震成因与分布的论文，他仅用352字就把地震现象与成因生动地描述了。“朕临揽六十年，读书阅事，务体验至理。大凡地震，皆由积气所致。程子曰，凡地动只是气动。盖积土之气，不能纯一，闷鬱既久，其势不得不奋。《老子》所谓 ‘地无以宁，恐将发此，地之所以动也’。阴阳迫而动于下：深则震动虽微，而所及者广；浅则震动虽大，而所及者近。广者千里而遥，近者百十里而止。适当其始发处，甚至落瓦、倒垣、裂地、败宇，而方幅之内，递以近远而差。其发始于一处，旁及四隅。凡在东西南北者，皆知其所自也。至于涌泉溢水，此皆地中所有，随此气而出耳。既震之后，积气既发，断无再大震之理；而其气之复归于脉络者，升降之间，尤不能大顺，必至于安和通适，而后反其宁静之体，故大震之后不时有动摇，此地气反元之征也。宋儒谓阳气鬱而不申，逆为往来，则地为之震。《玉历通政经》（唐李淳风撰）云：阴阳太甚，则为地震。此皆明于理者”。如果将康熙皇帝文中所说的“气”理解为地质构造应力（简称地应力）或弹性应变能，“阴阳”理解成矛盾的两个方面，如断层的两盘、应力的相互作用等，康熙皇帝的地震论文简直令人叫绝。精彩的论述有：（1）“深则震动虽微，而所及者广；浅则震动虽大，而所及者近。”这里认证了震源深浅与地面破坏的关系。（2）“其发始于一处，旁及四隅”。地震波发始于震源，然后向四面八方传播。（3）“既震之后，积气既发，断无再大震之理”。“积气”即是弹性应变能的积累。（4）“而其气之复归于脉络者，升降之间，尤不能大顺，必至于安和通适，而后反其宁静之体，故大震之后不时有动摇，此地气反元之征也”。作者给出余震的成因解释。（5）“阴阳太甚，则为地震”。断层两盘受到太大剪应力作用，当剪应力超过岩石的剪切强度或摩擦强度，就要发生地震。在上述的基础上将康熙皇帝的文字译成现代白话，那就是：我即位执政六十年，读书阅事，务必体验其中真正的道理。大凡地震都是由地应力集中所造成的。程颐说，凡地动乃是地应力的释放。由于积累的弹性应变能不能释放，时间久了，必然要找机会释放。《老子》所说：“地无以宁，恐将发此，地之所以动也”。断层两盘受应力作用而运动于地下：震源深则地面震动微小，但波及范围广；深源浅则地面震动大，但波及范围小。波及范围广的可超过千里之外，小的仅达百里或几十里。位处震中的极震区内，屋瓦脱落，墙倒，地面开裂，建筑物遭毁坏。在灾区内，破坏程度递次由近到远而减弱。地震开始之处即震源，波是从那里开始向四面八方传播的。凡在东西南北各方的人都知道波是从那个方向传来的。至于涌泉溢水则是顺着地震破裂被地应力挤冒出来的地下水而已。发震之后，积累的弹性应变能既然释放了，也就不会再在短时间内发生大震了。但是区域内各分枝断裂，在应力升降变化之间尚未完全适应新的状态，还未能调整到新的平衡，因此大震以后就会经常发生余震，这是地应力恢复原状的征兆。宋代学者说过，“地应力集中积累到一定程度，则大地就要发生震动。”《玉历通政经》也说：断层两盘受到剪切应力太大，超过某一临界值，就要发生地震，这都是易明白的道理。由此看来，康熙皇帝在280多年前对地震的理解应处当时世界领先水平的。
在我国3000多年的历史资料中，记载的地震至少有近万次，其中破坏性地震近3000次，8级以上特大地震约18次。这些记载的时间之久远，内容之详尽，都是举世无双的，是世界上最悠久、最完整的地震历史资料。面对地震灾害，我们中国人的祖先进行了不少探索. 据说，东汉科学家张衡，为了掌握全国地震动态，历经多年研究，在公元132年（阳嘉元年）发明了世界上第一架用于观测和记录地震的仪器－候风地动仪（图2）。关于张衡地动仪的记载，见于《续汉书》（司马彪）、《后汉纪》（袁宏）、《后汉书》（范晔）三部史书。据《后汉书·张衡传》记载，“地动仪以精铜制成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊”。“酒尊”就是酒坛，里面有精巧的结构，主要是中间的“都柱”（类似惯性运动的摆）和它周围的“八道”（装置在摆的周围和仪体相接联的八个方向的八组杠杆机械），外面相应设置八条龙，盘踞在八个方位上。八条龙的龙头分别向八个方向伸着，每条龙的嘴里含有一颗小铜球。龙头下面，蹲着一只铜制的蛤蟆，蛤蟆张着嘴对准龙嘴。如果哪个方向发生了地震，朝着那个方向的龙嘴就会自动张开来，龙嘴中的铜球就会“当啷”一声坠落到蛤蟆的嘴里，人们就可以知道哪个方向发生了地震。据说，阳嘉三年十一月壬寅（134年12月13日），地动仪的一个龙头突然吐出了铜球，掉进下面的蛤蟆嘴里。当时在京城洛阳的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象，于是有人开始议论，说地动仪不灵验。又过了几天，果然有飞马从陇西（今甘肃）来报，说那里前几天发生地震了，损失惨重。陇西距洛阳有700多千米，地动仪有感，不是巧合还是灵敏，有待考证。可惜，张衡之后的漫长时间里，中国人在研制监测地震仪器设备方面就再也没有里程碑式的建树了。图中所谓的“地动仪”有人说是假的，是由一个叫王振铎的人在1951年伪造出来的。由于史书上对地动仪的记载只有聊聊数字，而且并无图画流传，所以现在的我们已经无从得知当时的真品是什么样子的了——甚至是否曾真正存在过都是个问号。1976年唐山大地震过后两个多小时，国家地震局因地震仪记录出格等原因，竟然不知震中在哪，不得不派地震地质和地球物理研究人员兵分4路朝着东南西北四个方向在200千米的范围内寻找极震区。最早报出唐山是震中的不是国家地震局，而是电信局，因为电信局在与各地联络过程中发现唯独唐山市的电话打不通（钱钢，2008）。
5.12汶川大地震中，地震仪记录出格依然是四川省及附近省份各地震台站的主要问题，主震3分量波形数据全部超出了仪器预设的观测的动态范围，波形被不同程度的削峰，失去了许多有重要价值的信息（刘启元等，2008）。为什么数字地震仪还不能按照波幅大小自动调节记录范围？这些都是需要立即改进的方面。此外，5.12大地震中，龙门山内一些重灾地区的地震仪被倒塌下来的砖混结构的房屋砸烂，不仅毁坏了仪器而且丢失了非常重要的原始数据。这样惨痛的教训，我们应该吸取啊。
1875年意大利科学家研制出世界上第一台有时间记录的纯机械性地震仪。1900年俄罗斯科学家研制出世界上第一台电磁式地震仪，从此世界进入定量研究地震新的历史时期。中国是震灾大国，为什么先进的地震仪器没有发明在中国人之手？这就回到钱学森之问。
4月20日发生的四川雅安芦山地震，中国国家地震局先速报为5.9级，然后改为7.0级，而美国地质调查局始终报为6.6级。同样，2008年5月12日发生的汶川地震，中国国家地震台网最早报的震级是“7.6级”；之后国家地震台网中心又将震级修订为7.8级， 6天之后，干脆升级为8.0级。美国地质调查局（USGS）在汶川地震后约10分钟公布的汶川地震震级为7.9级，自始至终没有再修改过，汶川地震的USGS这个震级得到国际地学界较普遍地采用。对于芦山地震，今后中国地质-地球物理学家在国际上发表论文也都会用Mw6.6级而不是7.0级去描述芦山地震，正如他们在所有英文发表的SCI论文中都用Mw7.9级而不是8.0级去形容汶川地震一样。
汶川地震的震源深度，中国国家地震台网中心最初速报的是33公里，随后正式公布的是10公里，2008年6月26日下午中国地震局地质研究所领导在北京人民大会堂代表国家地震局向全国人大常委会汇报，把震源深度定为14公里；后来有关专业文献中有定为18.6公里。美国地质调查局自始至终报的震源深度都是19公里。2010年04月14日07时49分的玉树地震，中国国家地震台网中心先报的震源深度33 公里，恰好和2008年的5.12汶川地震的一样深。美国地调局报的是10公里。正如我在玉树地震震后一个小时写的博文（《青海玉树地震的背景情况》（http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=311826）
中所讲的，震源不可能是国家地震局报的33公里，报的人对青藏高原地壳厚度和其流变结构不甚了解，即使没有地震波数据，也不能报出这个震源深度来。造成上述情况的原因主要如下：在地震监测方面，出现“电脑代替人脑”的情况，同时，中国自动化地震监测的仪器故障率高、不少台站形同虚设，不能正常连续工作。地震监测人员的事业心和技术素质偏差，遇到问题不能自行解决，纪录数据质量较差。 老实说，目前中国的地震研究水平特别是数据处理能力与西方国家相比需要提升的空间还相当大。
中国2级以上地震分布图
张衡地震仪
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