中國地震局地球物理研究所  李宗超

*對歷史地震災(zāi)害的無奈

近代以前的漫長歷史階段，由于對地震這一自然現(xiàn)象缺乏了解，當(dāng)時的人們普遍認(rèn)為地震是上天對黎民百姓的懲罰或者對皇帝本人的警示。大地震發(fā)生以后，有的皇帝會發(fā)詔書，例如1679年三河-平谷M8.0地震發(fā)生后，康熙皇帝（圖1）發(fā)罪己詔,他惶恐是因為自己犯下的錯誤觸犯了天條，只能向上蒼發(fā)一封“懺悔書”來祈求神靈的原諒，以此鞭策自己的德行，給百姓一個交代。因為交通不便，導(dǎo)致地震災(zāi)害信息的阻塞，加之低下的地震救援能力，歷史地震造成的人員傷亡往往是巨大的（例如，1556年的華縣地震造成83萬人死亡，1303年的山西洪洞地震造成47.6萬人死亡）,而地震后續(xù)的干旱、瘟疫、饑荒等次生災(zāi)害造成的人員傷亡更是不計其數(shù)，嚴(yán)重威脅到當(dāng)時社會經(jīng)濟的發(fā)展，甚至導(dǎo)致政權(quán)的更迭。

圖1 康熙皇帝及罪己詔（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

*歷史地震研究對地震動預(yù)測及防震減災(zāi)的意義

科技發(fā)展到今天，地震工程學(xué)家更關(guān)注從眾多的歷史地震中獲得更多的啟示來指導(dǎo)未來的防震減災(zāi)事業(yè)。大地震一般都是有重現(xiàn)期的，歷史上發(fā)生過破壞性大地震的區(qū)域，未來仍然可能再次發(fā)生相似的大地震。研究歷史地震是我們掌握地震破壞規(guī)律的一種有效的途徑。

在中國范圍的歷史地震目錄中，從公元前1831年至2021年的近4000年間，M6.0級以上地震約有1300多個。而全國范圍內(nèi)比較系統(tǒng)、完整的儀器測定地震資料序列僅40年。歷史地震資料的搜集研究具有舉足輕重的意義，對合理確定有關(guān)地震參數(shù)有很大作用（鄢家全等，2011）。試想，如果我們能夠知曉1300多個M6.0級以上地震的地震動信息，基于如此大的樣本數(shù)量，必將會極大的提高獲取的震源參數(shù)的精度和情景地震模擬的可靠度。

破壞性大地震發(fā)生后，快速獲取關(guān)鍵區(qū)域的地震動信息對應(yīng)急救援、減輕地震災(zāi)害有重要意義。大量的震害調(diào)查、統(tǒng)計資料表明，人身傷亡和經(jīng)濟損失主要是由建、構(gòu)筑物等工程結(jié)構(gòu)破壞、倒塌造成的，而工程結(jié)構(gòu)的破壞、倒塌主要是由強烈的地震動造成的。現(xiàn)代地震學(xué)的諸多方法已具備了模擬破壞性大地震的近場強地面運動特征的能力，在此基礎(chǔ)上開展科學(xué)、可靠、合理的建筑震害模擬，這也有助于揭示災(zāi)變機理，服務(wù)震前防災(zāi)規(guī)劃和震后應(yīng)急救援，對降低城市震害風(fēng)險具有重要價值（陸新征等，2020）。

實際上歷史大地震是有較多的亟待我們?nèi)ヌ剿骱桶l(fā)現(xiàn)的共性特征的，而這些特征會亙古不變的存在于現(xiàn)在和未來的大地震中。只要地震發(fā)生過，肯定會留下諸多的蛛絲馬跡（圖2-圖5），結(jié)合歷史典籍中對地震破壞的描述和自然環(huán)境中的地震遺跡等，可對歷史地震的災(zāi)害有更為直觀的認(rèn)識。

圖2通海地震紀(jì)念碑.左圖為通海縣城秀山公園上的通海地震紀(jì)念碑。右上為通海地震震中高大鄉(xiāng)五街村地震紀(jì)念碑及右下角的碑文。

圖3 三次歷史大地震的地震遺跡（圖片皆來自網(wǎng)絡(luò)）

圖4 歷史地震中的典型震害-錯動的煙囪（圖片來自網(wǎng)絡(luò)及地震工程（胡聿賢第二版））

圖5 1930年新疆富蘊M8.0級地震造成的地震塌陷區(qū).

*對再現(xiàn)歷史大地震的近場強地面運動的嘗試

日本地震學(xué)家Irikura的研究表明，模擬強地震動最有效的方法之一是利用震源區(qū)附近觀測到的小地震記錄來模擬大震的強地面運動特征。隨著中國地震監(jiān)測能力的不斷提升，越來越多的地震被記錄下來（圖6）。很多歷史上發(fā)生過大地震的區(qū)域現(xiàn)在又相繼發(fā)生了很多的中小地震，這為我們利用現(xiàn)代小震記錄再現(xiàn)歷史大地震提供了很好的機會，例如，依托Green函數(shù)數(shù)據(jù)庫和經(jīng)驗格林函數(shù)方法（圖7）合成歷史大地震。相同的方法應(yīng)用在歷史地震模擬中，雖然沒有直接的地震波形驗證結(jié)果的可靠性，但是我們可以科學(xué)的考慮震源參數(shù)的不確定性特征，依托現(xiàn)有歷史地震的相關(guān)的典籍和野外地震遺跡信息，獲得一定合理取值范圍的歷史地震強地面運動的模擬結(jié)果。

圖6 中國測震臺網(wǎng)規(guī)劃（2030年），包括強震臺網(wǎng)、固定臺網(wǎng)、

局部區(qū)域臺網(wǎng)等。

圖7 Green函數(shù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用前景

例如基于經(jīng)驗格林函數(shù)方法和目前積累的小震記錄，考慮震源參數(shù)的不確定性，可以嘗試發(fā)展基于真實小震記錄和參數(shù)不確定性的實用型的歷史地震強地面運動的評估方法。通過對多次歷史地震的嘗試（圖8、圖9）（Li,et al.,2021a;Li,et al.,2021b;Li,et al.,2022;李宗超等，2019a,李宗超等，2019b），我們也越來越有信心，可以撥開越來越多的歷史大地震近場強地面運動特征的迷霧。

圖8 再現(xiàn)1850年西昌M7.5級地震強地面運動的嘗試（Li Z.C et al.,2022，SRL）.

圖9 運用現(xiàn)代小震記錄再現(xiàn)2013年蘆山M7.0級地震的加速度時程（蘆山地震最大PGA出現(xiàn)的臺站-寶興地辦）

*研究歷史大地震的強地震動在中國東部地區(qū)應(yīng)用前景巨大

東部地區(qū)大地震活動曾經(jīng)是非常強烈和頻繁的，歷史上華北地區(qū)及鄰近地區(qū)一共發(fā)生了8次M7.0級以上大地震（圖10），其中8級以上大地震3次，包括1654年天水M8.0級大地震、1668年山東郯城8.5級大地震、1679年三河-平谷M8.0級大地震，平均8年左右一次（高孟潭，2016；吳清等，2019）。最讓地震學(xué)家擔(dān)心的是東部地區(qū)越來越高的地震風(fēng)險。自1976年以來，東部地區(qū)再也沒有發(fā)生過大的破壞性地震（高孟潭，2020）。但東部地區(qū)不斷積累的社會財富和激增的人口數(shù)量卻是大的驚人（圖10），一旦發(fā)生大地震，損失將難以估量。

圖10 東部地區(qū)7級以上歷史大震（吳清，2019）.右圖為中國夜間衛(wèi)星燈光圖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

而東部地區(qū)大地震的實際地震記錄幾乎是空白的，唐山大地震也僅是記錄到較遠處臺站的有限的幾條地震波形。因此研究東部地區(qū)諸多破壞性歷史地震的近場強地震動特征，可為東部地區(qū)的地震小區(qū)劃、建筑物及城市群的震害模擬、重特大工程的地震安全性評價、建筑物抗震設(shè)計、以及其它需要地震動參數(shù)輸入的研究領(lǐng)域提供大量的數(shù)據(jù)支撐，對于東部地區(qū)的防震減災(zāi)的貢獻也將是巨大的。

最后借用我的導(dǎo)師高孟潭研究員在2020年5月12日中國日報中文網(wǎng)上的一段采訪作為本文的結(jié)尾（我將最后一句中的“汶川地震”改成了“歷史地震”）。“從長遠的角度看，亟待從城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)的視角，深入研究人口聚集地區(qū)大震巨災(zāi)孕育發(fā)生演化機理，加強大震危險性的識別和巨災(zāi)風(fēng)險的評估，制定“一城一策”的大震巨災(zāi)風(fēng)險防范解決方案，加強公眾及其他利益相關(guān)方、責(zé)任相關(guān)方的大震巨災(zāi)風(fēng)險溝通，讓廣大公眾參與地震安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施過程，讓各相關(guān)責(zé)任方明確責(zé)任，并采取實際行動。只有堅持底線思維，做到“防得到位，準(zhǔn)備充分，應(yīng)對及時有效”，才能防止歷史大地震的悲劇重演。”

又到一年防震減災(zāi)日，防震減災(zāi)事業(yè)仍然任重而道遠，但我們有信心，未來可期！

【作者簡介】

李宗超，男，中國地震局地球物理研究所強震動地震學(xué)研究室，助理研究員，研究方向為：強震動數(shù)值模擬、震源參數(shù)不確定性特征研究等。