科学大院

这些村民生活在地震断裂带上,但问起“地震何时到来”,我们却无法回答

位于中国西北的河西走廊,以其壮丽的自然风光和深厚的人文历史闻名。但在地震工作者的眼中,这里不仅是风景胜地,更是地壳运动活跃的见证地。今年,我们深入甘肃河西走廊地区,对当地的活动断裂带和房屋抗震性能进行了实地考察,试图解读隐藏在山川地貌背后的地震风险与科学挑战。

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河西走廊地理位置示意图

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调查点分布图

天祝:乌鞘岭的裂痕

我们考察的首站是甘肃省武威市的天祝藏族自治县。天祝地处河西走廊东端,祁连山东部余脉——乌鞘岭贯穿其境,这里也是历史上地震活动较为频繁的区域之一。

在安远镇附近,乌鞘岭的山脚下,我们观察到了一种独特的地貌景观:一片片宽阔的山脊如同被巨斧劈开,形成多个规则的三角形切面。这在地貌学上被称为断层三角面,它是地下断裂带活动的证据,向我们无声诉说着这片土地下潜伏的危险。

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乌鞘岭的断层三角面(图片来源:作者自摄)

断裂带是地球岩石圈中由于地壳运动发生断裂、并能使两侧岩石产生显著相对位移的大型裂隙带,通常是由一系列平行或交错的断层、破碎岩石以及变形带组成的复杂带状区域。断裂带就像大地上一道巨大的“伤口”,是地壳运动最活跃、应力最集中、地震最为高发的区域。

有些断裂带已经“死亡”,几百万年没有活动过了,这种断裂带相对安全。地震科学家主要监测的是活动断裂带,即近十万年来有过活动、而且未来有可能再次活动的断裂带。

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断裂带的结构示意图(图片来源:参考文献[3])

在我们考察地脚下,正是天祝拉分盆地西缘断裂带,它连接更庞大的金强河—毛毛山断裂系统,构成了一条随时可能苏醒的地震断裂带。当断层发生错动时,某些段落像被拉开的口袋,使得地表下沉从而形成盆地。天祝拉分盆地正是这一构造过程的产物,它的存在直接证明了断裂带的活动性。

古浪:隐藏的风险

从天祝向西北行进不远,我们便来到了古浪县。提起古浪,人们很难不回想起百年前的那场灾难——1927年古浪8.0级大地震。这是中国20世纪最具破坏性的地震之一,造成超过4万人死亡,古浪县房屋几乎全部倒塌。地震中,整个古浪推覆体发生活动,多条断裂带同时发生破裂,复杂的破裂模式至今仍是学界争议的焦点。

注:推覆体,它是一大块在强烈的地壳运动中,像“地毯”一样被横向推挤、甚至翻转,然后覆盖在另一块岩石之上的巨大岩石席位。

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1927年大地震中,古浪房屋尽数倒塌( 图片来源:The Eastern Miscellany)

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1927年古浪大地震的震后场景(图片来源:Catholic magazine StadtGottes 1927)

我们在古浪县的考察点位于黄羊川镇,附近是天桥沟-黄羊川断裂。在曹家湖水库以北的断层三角面山体上,我们发现了疑似是古地震留下的地表破裂痕迹——断裂的左旋错动清晰错断了自然冲沟,沿山脊延伸数百米,如同大地上一道尚未完全愈合的伤疤。

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疑似是古地震留下的地表破裂痕迹(图片来源:作者自摄)

这次古地震事件至少破裂了几十上百公里,大多数破裂痕迹可能早已淹没在日积月累的地表侵蚀变化中了。至于这次地震事件具体发生在什么历史时期,是数百年前还是上千年前,若不借助仪器而光凭借目测当然就无从知晓。地表的各种侵蚀过程如一位耐心的画家,缓慢而持续地修改着大地的记忆。

对于黄羊川断裂是否参与了1927年古浪大震的破裂,这个问题在学术界争论不休。这一争议直接导致了对该断裂带未来潜在地震危险性的评估陷入困境:如果它曾在近百年内发生过大规模破裂,那么未来一段时间内再次发生大震的可能性相对较低;但如果它已沉寂数百年甚至更久,那么累积的能量可能已接近临界点。

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黄羊川镇和远处的断裂带(图片来源:作者自摄)

地震波的频率特性决定了它对不同建筑的破坏方式:低频地震波如同缓慢的摇床,对高层建筑有显著影响,而高频地震波则像急速的颤栗,对低矮建筑特别致命。当地民居普遍以低矮楼房为主,而已有多个研究表明,河西走廊地区的断层构造存在大量不稳定凹凸体,如果发生破裂,就会像紧绷的弦突然断裂,产生大量高频地震波,这将对当地民居建筑的杀伤力极大。

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考察断裂带所在位置(图片来源:《2016-2025年中国大陆地震危险区与地震灾害损失预测研究》)

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古浪县的当地民居(图片来源:作者自摄)

更令我们担忧的是断层可能发生的级联破裂。级联破裂是一个断层段落的破裂引起相邻断层或同一断层其他段落相继破裂的过程,就像一排紧密排列的多米诺骨牌,一块倒下便会引发连锁反应,导致地震破裂范围和震级成倍增加。1920年海原大地震和2008年汶川大地震都证实了这种机制——汶川地震是在短时间内接连破裂了数条断裂段落,释放出巨大能量。甘肃地区的断裂系统同样具备这种地质条件,存在引发大规模级联破裂的风险。

张掖:七彩丹霞下的地质力量

当我们向西来到张掖,七彩丹霞的壮丽色彩震撼着包括我们在内的每一位游客。这些五彩斑斓的岩层,仿佛是大自然不经意间打翻调色盘得出的油画创作。

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七彩丹霞(图片来源:作者自摄)

然而,鲜有游客知道,绚烂美景的背后是榆木山断裂带等构造活动的产物。这些断裂在千万年间持续活动,使得岩层发生褶皱、弯曲和抬升,为后续的侵蚀创造了条件。经过漫长岁月的气候交替、流水切割和铁元素的氧化作用,才最终形成了这片广袤的彩色丘陵与丹霞地貌复合区。

创造如此美丽景观的地质力量,同样也是潜在的破坏力量。榆木山断裂是全新世(约1.17万年前至今)仍在活动的断裂,并且多次给张掖周边带来地震活动。2003年,榆木山断裂带南部的民乐-永昌断裂发生了6.1级和5.8级地震。当地的司机在车上和我们聊起了当时的场景,那一刻的地动山摇仍深深印在张掖人的记忆里。

然而,现有的科学理论还无法告诉我们,榆木山断裂的下一次大地震何时会来,或者说整个祁连山断裂系的下一次大规模能量释放将在何时发生。这种不确定性时刻提醒着我们自然力量的双重性。

断层带之上:伦理与实践的困境

整个考察期间,我们走进了河西走廊的许多乡镇村落。对于我们这种长期生活在城市里的工作者来说,时间和节奏变慢了许多。纯朴的村民热情招呼陌生的访客进屋喝水,羊群和牛群在山坡上悠闲吃草,牧民挥鞭驱赶牲畜,农民弯腰收获高原蔬菜,孩童在空地上追逐打球。这些安宁的生活图景,与脚下断裂带持续活动的地质节奏,形成了鲜明对比。

村民们世代在此生活,他们的经验记忆往往只能追溯祖辈三代,而大地震的复发周期却以千年为单位。这种时间尺度上的巨大错位,造成了深刻的认知鸿沟。生活了大半辈子从未经历强震的人们,自然难以想象脚下土地潜藏的巨大能量。然而,大地震一旦发生,影响便是灾难性的。科学认知的风险概率与日常感知的生活经验,在这里产生了根本的冲突。

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乌鞘岭山脚下的村落(图片来源:作者自摄)

然而,即使凭借最先进的地震科学,我们也无法给出下一次地震发生时间的精确预测。若被问及这里会不会发生大地震,我们只能如实回答:“谁也说不准这辈子会不会遇到。”一个大地震复发周期长达千年,意味着一个地区即使地震风险可能较高,任何人在一生中经历的概率仍然较低。这种不确定性,正是防震减灾工作面临的核心挑战——我们该如何为一场不确定却可能致命的威胁做好准备?

在河西走廊的村落和小镇里,现实是可见的、可触摸的,是农民的耕耘,是牛羊的叫声,是孩童的笑声。而未来是模糊的、不确定的,它存在于科学模型的概率中,蛰伏于地质时间的尺度里,是可能改变一切的震动。对于我们这些防震减灾工作者,这正构成了一个伦理和实践的双重困境:如何在不引起过度恐慌的前提下,提升公众的防灾意识和社区的抗灾能力?

值得欣慰的是,随着防震工作的推进,一些改变正在发生。当地新建建筑的抗震要求正在提高,重点建筑陆续得到加固,地震知识普及也在逐步开展。在古浪县海子滩镇考察的过程中,我们发现当地人新建的学校和自建房都采用了更加坚固的钢筋混凝土和框架结构,基本上能达到“八度可修,九度不倒”的防震目标,也就是说面对一场7级地震,这些房屋也有很大概率保持不倒塌,为生命争取更多安全空间。

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古浪县新建的混凝土建筑(图片来源:作者自摄)

科学的价值不仅在于识别风险,更在于平衡现实与未来。通过理解脚下的土地,基于科学的准备,我们或许能在风险中构建韧性。危机依然存在,但并非没有应对之道。

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作者:等风

作者单位:中国科学院大学地球与行星科学学院