龍門山有著河谷切割出來的世界上最陡峭的山坡,非常容易由地震引發巨大的滑坡。

5月14日的《自然》雜誌在題為《沉睡的巨龍》(TheSleepingDragon)的特稿中,較為詳細地回顧了自汶川地震一年來,中外科學家對這一罕見而獨特的大地震的思考。這篇由AlexandraWitze撰寫的報道指出:與其他地震所不同的是,中國和其他國家的科學家對於這次地震均暴露出認識上的缺陷。下面是這篇報道的內容。

龍門山斷裂帶穿過白鹿鎮一學校的院子，造成這道高2米的混凝土隆起的斷層，就是5·12大地震的元兇。

在四川省的白鹿鎮,兩棟教學樓面對面地矗立在庭院的兩側,帶著令人愉悅的白色或者淡藍色的裝飾。這是一個平靜的四月天,涼爽而潮濕。一個企鵝形狀的垃圾箱站在庭院的一側,就像是等待著有人給它們投擲糖果,但是今天卻沒有人給它餵食。在庭院的右側有一道2米多高的混凝土隆起穿過了整個院子。這正是斷層的表現形式———2008年5月12日四川大地震的元兇。

在庭院的另一邊則是另一番景象。那裡堆滿了磚頭瓦礫,這是在地震中倒塌的另一棟樓房的殘骸。地質學家們正在挖掘一道40米深的壕溝,用來尋找地震的信息,以獲知在那一天到底發生了什麼。

這些地殼上的裂紋在一定程度上欺騙了大家。中外科學家都曾將它們繪製在地圖上,卻沒有意識到它的厲害之處。

「我對這次地震感到很驚訝。」中國地震局地質研究所的副所長徐錫偉說。2008年四川地震帶來的建築物崩塌、山體滑坡和泥石流掩埋了很多城鎮並殺死至少70,000人,同時對中國西南的生態環境造成了極大的破壞。

與其他地震所不同的是,中國和其他國家的科學家,對於這次地震均暴露出認識上的缺陷。以前科學家評估地震風險,往往把重點放在那些經常移動並頻繁製造地震的斷層上。這一策略因很多地震遵循這些原則而取得成功。但是在四川西部,這卻是一個災難性的錯誤。

一年後,研究人員正在研究這個致命的斷層,希望能找到辦法以避免重複錯誤。回想起過去的種種表象,他們說,龍門山的地質狀況在試圖警告他們。

問題山脈

巨大的山脈橫亙於平均海拔5000米以上的青藏高原和低緩的四川盆地之間。這裡有著世界上最陡峭的地形坡度,麻省理工學院(MIT)的地質學家ClarkBurchfiel說。在50公里的距離內,這裡海拔高度飛一般地改變了4000多米。龍門山有著河谷切割出來的世界上最陡峭的山坡,非常容易由地震引發巨大的滑坡。如果沒有強烈的地質運動,很難產生並保持這樣陡峭的地形坡度。在上世紀80年代末,Burchfiel和他的同事們開始在這個地區進行填圖工作,他們相信他們會發現一些證據來證實沿龍門山大規模的地面運動:高原與平原之間的擠壓和山脈的抬升會使這個地帶每年大概縮短10毫米。

但經過多年的研究,這個地帶並沒有以他們預計的尺寸縮短。通過對岩層填圖,他們發現每年位移其實只有1-2毫米,而並不是預計的10毫米。「在這樣低的運動速度下,如何形成這麼高的山脈令人費解。」Burchfiel如是說。儘管如此,他必須遵從岩層給出的確鑿證據。因此在沒有人相信會有如此低速運動的情況下,他最終只發表了一個有關該區域的主要地質概況,然後轉向附近其他地區的填圖工作。

然而隨著時間的推移,新的研究證實了他的結論。研究人員利用全球定位系統(GPS)測量地面運動,發現在垂直龍門山方向上有低速的滑動,速度正如Burchfiel所提出的那樣是每年1-2毫米。

在地質學家看來,這一速度並不會產生太大的危害,因為斷層對有可能引起地震的能量的積累與該區域地殼運動速度是成比例的。比如,在一個山脈兩側的兩點,如果一個相對於另一個移動得很快的話,那麼巖體之間的應力會很快地累積———應力需要通過巖體沿斷層的運動釋放。通常情況下,這種運動不太穩定但是極少發生。當應力積累到足夠大,超過巖體之間的摩擦力的時候,就會忽然發生釋放,這就引起了地震。

據測量的結果,四川地震的矩震級規模有7.9,沿著北川斷層走向的位移大概有接近5米之多。考慮到應力的緩慢積累,經粗略計算表明,歷史上發生這種大規模地震的頻率應當非常小,大約每2,000至10,000年一次。

巨大的震動會在區域地質上留下印記。但是因為暴雨和很高的侵蝕速度淡化了大部分的印記,所以在龍門山很難找到這些記錄。英國Durham大學的地質學家AlecanderDensmore曾在這個地區進行過斷層填圖,他說:「已經沒有很多的地方可以清晰地展示過去的歷史了。」成都地質礦產研究所的地質學家陳智梁說,歷史上已知的沿北川斷層發生的地震都比2008年的地震小得多,其中一次發生在1958年,震級為6.2級,另一次發生在1970年。沒有任何考古證據表明,自1500年前北川鎮建立起來之後曾被地震摧毀過。

幾乎沒有人想到是龍門山造成了主要的地震災害。MIT的地球物理學家LeighRoyden曾在這裡建立了一個構造模型。「我認為這並不會引起一次大的地震。」他如是說。

事後,人們很容易意識到忽略龍門山地震的可能性是多麼危險。有些事情很少發生但並不意味著它永遠不會發生。這應該是明顯的,沿著這個山脈的斷層宛如沉睡的巨龍,它應該會在某個時候醒來。但是研究人員需要將有限的時間和經費用在對地震風險的評估上,因此他們只能將關注的重點放在那些每隔數百年就發生一次大地震的地區———而不是那些可能在5000年間都保持沉默的地區。

比如,相對於北川斷層,中國的地質學家更加關注西邊的兩個更加活躍的斷裂帶:安寧河斷裂帶和鮮水河斷裂帶。這兩個斷裂帶每年走滑的距離高達10毫米左右。中國地震局將其大部分的監測工作放在這些活躍的斷層上,包括部署近300個寬頻帶地震儀———可以捕獲較大範圍的振動頻率———用這個世界上最密集的監測網絡繪製地殼下的地圖。當北川斷層發生破裂以後,地震學家將研究重心轉移到龍門山。還有些研究者在考慮附近新建的水庫引發地震的可能性。

現在的問題是地質學家能從四川地震中獲知哪些關於未來地震風險的信息。一些人認為,更應注意地形坡度陡峭地區,即使那裡只發生了很小的地表運動。Royden指出在加拿大西北地區有個類似的區域,但是那裡很少人生活,所以它不可能被優先研究。在中國和其他一些人口稠密的地區,有一些明顯的類似情況,研究人員一定會考慮重新審視這些山區地帶。

除了表現得昏昏欲睡、不太活躍外,北川斷層的另一個特徵也令地球科學家放鬆了警惕。從表面上看,這個斷層似乎被分為一些很小的破裂段,這些破裂段各自相對獨立地運動,只能各自引起較小的地震。「我們習慣於單獨地看待這些破裂段,並且認為地震的規模不會超過它們各自能引發的最大地震。」哈佛大學的地質學家JohnShaw說,「但是實際上,這次地震的規模遠遠超過預期。」

這就是去年發生的事情。北川斷層破裂穿過了總長240公里的多個破裂段。在它的東南有一個次生的彭灌斷層,破裂總長72公里。這些破裂段在深部相互銜接,使地震危險性的增強遠大於預期。中國的地質學家現在已經開始詳細繪製這些與北川斷層相連的斷層的地圖。

尚存的危險是另一個需要關注的問題。因為北川斷層幾乎破壞了震中東北的所有地區,一些科學家在考慮,這些破裂段是否會向西南發育?附近的斷層也是潛在的危險。一項研究暗示北川地震增加了其他地區的應力,比如鮮水河斷裂帶和雅安附近以及成都東南的其他斷層。另一項研究甚至認為,在今後十年中該地區有8%-12％的可能發生7級以上的地震,這一可能性甚至高於地震前的2008年。

災難如何襲來

在這個受到威脅的地區最大的城市是成都,現在擁有1000萬人口。擁擠的交通和旺盛的需求使得在工作時間甚至很難打到車。那些來自北京或上海,更樂於享受悠閒生活的年輕專業人士騎著電動單車穿過擁擠的人流和車流。

成都也聚集了四川省最頂尖的地震科學家,他們將5月12日的地震簡稱為「5·12」,就像美國人提到「9·11」一樣。

在成都整潔的辦公室裡,他手邊放著一本中文版的《物種的起源》,對面的牆上貼著一張愛因斯坦的畫像,陳先生以這樣方式回憶起5月12日下午2:28的那一刻。辦公室開始劇烈地晃動,他在這個城市生活了四十多年,從來沒有感受過這樣的顫動。人們迅速撤出了大樓並湧入街道。陳先生嘗試著給他的兒子打電話,但是電話已經打不通了,他趕緊跑到附近的中學尋找他的孫女,隨後他又回到自己的辦公樓。

當地震來襲的時候,城區另一邊的杜芳(DuFang)一直藏在四川省地震局她的辦公室的書桌下面。作為地震預報中心的副主任,杜說當地震來襲的時候,她確實感到不知所措。雖然之前有些關於四川某地的蛤蟆湧上街道的報道,但是她更相信科學數據,因為沿著北川斷層佈置的地震檢波器並沒有記錄到不斷增加的顫動。

中國政府一直在不遺餘力地進行抗震救災工作。政府迅速派出救援隊伍趕赴災區的快速反應獲得了一致的讚揚,但是隨後就不得不面對那麼多學校倒塌的質疑。映秀鎮是最接近震中的地方,那裡80％的人口都在這次地震中失去了生命。一些簡易房被搭建起來,用來安置漩口中學的55個倖存者,其中包括43個學生。政府正在非常迅速地進行重建工作,很多新的房子正在興建或者已經完工。

龍門山沿線新修的房子要求至少能夠抵抗8度(烈度)地震,而之前成都的建築規則只要求抵抗7度地震。但是在很多地方,重建工作正在如火如荼地進行,沒人能保證所有的建築都能按照這個規定的標準嚴格執行。村民們推著手推車到山坡上,利用碎石重建房屋。大堆的磚塊被收集起來用於重建,而這其實是最差的抗震建築材料。

成都山地災害與環境研究所的地貌學家崔鵬說,有超過五分之一的人

在地震中被山體滑坡和泥石流殺死。雖然難以統計出精確的數據,但是山體滑坡和泥石流大概影響了51個縣13萬平方公里的區域；估計一共至少發生了5萬次的山體滑坡,極有可能超過10萬次。其中有在王家堰的一次滑坡,一下子吞噬了1600條生命。而另一次在北川高級中學,將400個學生埋葬在地下。其他的一些地區,滑坡和泥石流雖然沒有直接傷害生命,但是它們卻阻塞河道,產生了二十多個堰塞湖,對下遊居民的生命財產安全構成了巨大的威脅。

崔鵬說,山體滑坡在雨季尤其危險。地震造就了很多的陡坡,它們很容易在雨後發生垮塌。比如,在去年9月的一場暴雨就帶來巨大的泥石流,再次席捲了已經空無人煙的北川。如果繼續砍伐森林或者盲目開礦破壞山體的話,這個問題將越來越嚴重。崔鵬同時指出,如果靠著山坡重建房屋的話,再高的抗震標準也形同虛設,因此選擇新建住房的位置非常重要。他的研究組正向政府建議一些好的重建地區,以避免二次重建。

海量的數據

雖然到處都是令人沮喪的消息,但是科學家表示,這次地震所積累的數據將從根本上提高這一地區的地質學水平。這些數據的存在正是因為在最近幾年裡,中國政府已經花了很多錢更新設備,力圖使中國的地球科學在世界舞台上具有極強的競爭力。

政府項目的一個亮點是建立一個擁有近300台寬頻帶地震儀的地震台網,這是由中國地震局的劉啟元和他的團隊在四川西部部署的。如此密集的地震台網可以與世界上任何大型地震台網相媲美,它迄今已經取得了超過7萬億字節的數據,這樣的成果令西方科學家也羨慕不已。MIT的地球物理學家RobvanderHilst在這個區域部署了25個工作站,他稱中國的這個地震台網是「獨門絕技」。從2006年10月最早開始部署的這些太陽能地震工作站,平均間隔5-30公里,覆蓋了37萬平方公里的山區,有專人每四個月去每個工作站收集數據。最初由科技部和四川省政府分別資助了6000萬和800多萬人民幣,劉現在每年用180萬元維持這一網絡的運行。

去年5月,大地震毀壞了地震台網的三個工作站,其中有一個是被巨石壓扁了。但是它周圍的台站卻記錄了大地震發生瞬間的信息,之前從來沒有一個地震被地震台網如此及時和詳細地記錄下來。「這在世界上是一個非常難得的機會,」劉說,「這次地震會在地震學的歷史上發揮重要作用。」

初步的數據顯示,地表以下20公里處發生了顯著的地質變化,那些相對脆性岩石讓位於更深更軟的岩石。劉說:「這將有助於解釋為什麼地震及其所有餘震發生在20公里的上地殼。」

劉現在和MIT的Hilst以及法國JosephFourier大學的MichelCampillo合作,通過新的地震分析技術研究這些數據。他還與來自台灣的科學家合作,將這次地震與台灣1999年集集地震對比,看有什麼類似的地方。

最早建立這個地震台網的目的是為了監視這個地區的最大威脅:安寧河和鮮水河斷裂帶。2008年的大地震之後,劉啟元把他的一些工作站轉向了北方和東方,以監測北川斷層。這些工作站會在那裡停留一年以獲取必要的數據,然後大部分工作站將轉移到別的地方。

同時,其他的研究者想出別的方法研究龍門山的地質歷史。在一個由國土資源部牽頭的項目中,一組人將沿著斷層打四個鑽孔以獲取4公里深的連續巖芯。該項目的總地質師、中科院地質與地球物理研究所的李海兵說,在虹口村的鑽孔已經鑽到650米深,並且可能已經穿過了斷層帶。研究人員還打算把地震設備放入這個鑽孔中進行長期監測。

在已經關閉的白鹿書院,古地震的挖掘越來越深。工人們從溝裡挖出一擔一擔的礦渣,能夠證明過去大地的震動。弧狀的煤渣層標誌著在1958-1970年之間的小型地震引發的火災。從壕溝裡挖出的這些證據,連同沒有倒塌的建築物,可能有助於對未來的規劃。徐錫偉說政府可能在全國範圍內加強對活動斷層的測繪,希望以更精確的知識來挽救生命。

回首過去的地震,中國乃至全世界的地球科學家還在為他們的缺乏前瞻性而備受煎熬。雖然他們不可能意識到每隔數千年才發生一次的災害,但是這樣的災難能夠讓研究者重新審視他們之前的設想,特別是地質力量明顯起作用的地區。在未來他們會減少諸如此類的結論:這個地區顯示出很少的運動,因此不可能發生大地震。

在一個春季的一天,一群小孩在廢墟旁邊的籃球場比賽。吶喊聲和歡呼聲響徹天邊,樹上的鳥兒祈禱著好運。這也許會給災難中的白鹿人民帶來些許的安慰。