地震预警与烈度速报:理论与实践

第1章 国内外经验总结　　进入21世纪仅20多年，人类就已多次遭受大地震灾难的考验。2004年12月26日，印度尼西亚苏门答腊9.0级大地震及其引发的巨大海啸夺去约29万人的生命（赵旭等，2017）；2008年5月12日，我国四川省汶川8.0级地震，截至2008年9月25日，造成69227人死亡，17923人失踪，374643人受伤（汶川特大地震四川抗震救灾志编纂委员会，2017）；2011年3月11日，东日本海9.0级特大地震及其引发的海啸造成近2万人的死亡（朱守彪，2020）。尤其是汶川8.0级地震，带给我们难以磨灭的惨痛记忆，促使我国地震工作者在认真总结反思过去工作的基础上，学习借鉴国际先进的技术和成功经验，加强地震研究的科技创新，为有效减轻地震造成的损失、降低地震风险而积极探索实践。地震预警与烈度速报作为我国应对大震巨灾的新型科技手段就是在此背景下应运而生并登上历史舞台的。　　1.1 应对大震巨灾挑战　　1.1.1 我国面临的地震挑战　　我国陆地面积仅占全球的十五分之一，而20世纪全球三分之一的内陆破坏性地震发生在我国。图1.1为公元前780年～公元2020年8月我国发生的5.0级以上地震分布图。1949年以来，我国因地震死亡人数占全部自然灾害死亡人数的52％，地震灾害已成为我国自然灾害的群灾之首。21世纪以来，我国及周边地区进入地震相对活跃期，破坏性地震数量明显增多。2000年以来我国已发生两次8.0级以上地震，特别是2008年5月12日四川汶川8.0级地震，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。2013年以来，又相继发生四川芦山7.0级、甘肃岷县漳县6.6级、云南鲁甸6.5级、新疆皮山6.5级等一系列破坏性地震。大震巨灾给国家经济和社会稳定造成了强大冲击和深远影响，汶川地震后，灾难现场应急救援的实况转播让人常常难以忘怀，全国大力支援灾后恢复重建的火热情景仍历历在目。面对复杂严峻的震情灾情形势，如何加强防震减灾工作，有效地减轻人员伤亡和经济损失，是我国迫切需要解决的重要问题，也是地震工作者义不容辞的责任。　　图1.1 我国5.0级以上历史地震分布图（公元前780年～公元2020年8月）　　1.1.2 历史经验的启示　　地震预报无疑是地震工作者梦寐以求的目标之一，他们期盼在强震来临之前数小时、数天乃至数月告知民众，提前转移人员和财产，进而实现*大限度减少人员伤亡和财产损失的目标。自1966年邢台6.8级地震至今，科学家始终不懈努力，尽管对少数特定地区的地震做出过有减灾实效的预报，但总体上看，离科学准确预报地震的目标仍然很遥远。究其原因，主要困难有三。一是入地难，人类对埋藏于地下的活动构造，特别是能够造成大震巨灾的深大地震的活动规律知之甚少，目前，连地下介质的精细三维图像都没有被完全搞清楚。二是大地震孕育周期通常有数十年乃至数百年之久，从孕育、发展，直至破裂，能量积累的过程很长，而人类开展的地表观测（目前开展的深井观测多数在数十米至数百米，极少数达到数公里）的历史只有百余年（前期只有极少数的台站），地表前兆观测的历史则只有几十年，这也导致地震孕育过程与地表前兆观测台网及其观测量之间的内在物理关系不甚清楚，无法做到有的放矢。即通过地表前兆观测台网的资料分析无法精确识别出地下十余公里（我国地震的震源深度一般在10～30km）处大震临震破裂的物理量以及两者的物理逻辑关系，更何况这些观测资料受人类活动影响较大，干扰排除也日益艰难。三是地震预报至今还停留在以地震活动性为基础的经验预报阶段，尚未形成能取得实效的物理预报的思路和技术途径。即使大震之后通过总结分析，发现了一些异常现象，地震学家也不可能像临床医生一样对地球进行解析来确认真正的“病源”，只能根据经验教训开出“处方”，更不敢保证对下一次地震就管用。真是“上天易、入地难”！因此我们既要坚定地震预报的信心，积极探索、有所作为，同时更要清醒地认识到，近期要解决地震预报难题，无疑是非常困难的。　　提高工程结构的抗震设防水平以及采取相关的减隔震措施无疑是目前减轻地震灾害*有效的途径之一。除了地震引起的海啸、滑坡、泥石流、火灾等次生灾害外，地震中的人员伤亡和财产损失主要是建（构）筑物损坏、倒塌引起的。抗震设防的标准是国家根据经济社会发展的水平及可能遭受的地震风险，在结构使用寿命内，可以接受地震造成损失的*低设防要求。各个地区抗震设防标准不尽相同，但这是国家抗震设计要求的强制性标准，同时也是*低要求。这种设防要求，会随着经济社会的发展不断提高。改革开放以来，我国经济社会发展的速度超过预期，社会财富快速积累，人的价值观念发生了深刻变化，以人为本的理念深入人心，按照现在的观点，地震造成的损失和连带的经济影响远超过社会可接受程度，这往往造成现行抗震设防要求滞后于经济社会的发展。例如，某城市按现行设计标准，房屋本体造价约3000元/m2，如果在现行设防标准上提高1度，建设成本投入增加约10%，即300元/m2，相对于动辄数万元的实际房屋价格来说，几乎可以忽略，这在二十年前是无法想象的。因此在本体造价占房屋价格比重很小的情况下，应着力提高抗震设防标准，让房屋盖得更结实，这将是未来的发展方向。已颁布实施的第五代中国地震动参数区划图，对城市的设防提出了*低6度的要求，彻底改变了以往我国部分城市不设防的历史，与过去相比有很大进步，但从未来经济社会发展的角度看仍偏低，特别是我国20世纪90年代以前城市建设的大量老旧房屋，广大农村的许多民居设防能力很低或者根本没设防，要把其改造完需很长的时间。因此，抗震设防的薄弱环节仍然很多，一旦强震来临，设防不够的历史“欠账”仍然要偿还。目前党和国家已经采取许多措施，积极改造危房旧房，建设新农村新民居，但仍面临巨大挑战。未来要单独对城市民用住房提出新的设防政策，*好将城市*低设防标准提高到7度，经济发达地区可适度提高，彻底改变设防要求滞后于经济社会发展的状况，使城市民居和学校医院一样，都有较可靠的地震安全保障。　　地震灾害既然无法避免，人类就要有备无患积极应对。地震预警与烈度速报是减轻地震灾害的有效措施之一，在应对大震巨灾方面能发挥重要作用。日本的经验告诉我们，地震预警可以为民众逃生避险争取几秒至几十秒的时间，也可为高铁等行业及时采取措施减少损失赢得时间。烈度速报可为政府应急响应、明确救援重点、在“黄金72小时”救援期内拯救更多生命，提供重要的科技支撑。　　1.1.3 科技减灾的有效手段