上新世時期開始,菲律賓板塊自東南向西北不斷碰撞歐亞大陸邊緣,隆起了臺灣中央山脈。板塊運動造就了美麗的寶島臺灣,在臺灣島內形成諸多新生的活動斷層,也埋下了地震的禍患。有記錄以來,臺灣飽受地震侵襲,臺灣人民為了減輕地震災害也做出諸多努力。1999年,一次巨震再次襲擊寶島,引起人們重新思考地震和人類社會的關系。
1999年9月21日,臺灣省南投縣集集鎮發生7.6級地震,震源深度9千米。板塊擠壓蓄積的能量快速釋放,車籠輔斷層將大地撕開了一條長達83千米的裂口,震中南投集集鎮幾乎所有建筑物都被變為廢墟,臺中市、臺中縣、苗栗縣、云林縣等地受到重創。據統計,地震共造成2千余人死亡,近萬人受傷,數萬間房屋倒塌,10萬人無家可歸,經濟損失高達上千億臺幣。
斷層破裂造成罕見災害,山川城鄉巨變
車籠埔斷層肆虐所產生的場地、地基災害十分劇烈,為世界地震史上所罕見。集集地震強震持續長達25秒以上,在這段時間內,車籠輔斷層上盤由東向西大面積往上猛烈逆沖推擠。斷裂帶自古坑鄉草蛉村起,一路往北83公里行至豐原市迅速伸展破裂,瞬間全線破裂完畢。發震斷層所到之處,城市、鄉鎮場地土層擠壓、揉動、地基隆起、塌陷觸目皆是,地表擠拱與裂縫處處可見。
車籠埔斷層經過的南投、臺中縣,其地面峰值加速度均大于0.5g,斷層上盤地殼巖層猛烈發生7—8米的大幅度推擠錯動,令山川地勢突然變異。云林縣古坑鄉草嶺山區出現嚴重“走山”現象,山體發生錯動,整座堀沓山幾乎崩落一半。古坑鄉與梅山鄉交界的清水溪上游山壁發生嚴重走山和塌方,崩塌面積達689公頃,阻塞清水溪,形成長約3000米,寬約500米,水深約80米的堰塞湖,即新草嶺潭。
草嶺潭大山崩(圖片摘自臺灣自然科學博物館)
臺中市石岡混凝土重力壩位于大甲溪下游,施工前地質調查并沒有發現斷層經過該壩,車籠輔斷層遠在石岡壩下游3千米處。但集集大地震發生時,車籠輔斷層在石岡壩上下游附近又產生了8條新的次級斷層,并引起地層破裂,其中一條恰好通過石岡壩的右側壩軸線,斷層左側的上盤上升約10米,下盤僅上升2.2米,斷層兩邊壩頂高程相差7.8米,將該段壩體完全錯斷摧毀,三扇弧形閘門完全毀壞,庫水大量流失,使得石岡壩成為迄今為止全世界唯一被地震完全摧毀的混凝土壩,由此可見斷層破壞性之大。
地震后的石崗重力壩(圖片摘自臺灣“中央大學”地球物理研究所“921集集地震專題”)
積極探測活動斷層,有效減輕地震災害風險
同自然災害抗爭是人類生存發展的永恒課題。人類必須學會如何減輕災害風險。地震是活動斷層失穩錯動的直接結果。在這次集集大地震中,沿車籠埔斷層帶兩側十幾米寬的范圍內,幾乎所有建筑物均被夷為平地。損失慘重的根源直指活動斷層。
對于地震中的建(構)筑物來說,活動斷層在地表的錯動幾乎是加重損壞的最主要因素之一。7級以上的地震往往會造成地表數米甚至更大長度的錯動,且就目前的抗震設防措施來看,雖然可以提高建(構)筑物的抗震能力,卻幾乎難以阻止地表錯動對地面設施的直接毀壞,難以阻止毀滅性災害帶沿活動斷層的形成。因此必須要查明活動斷層的分布位置,掌握其活動特性,合理確定活動斷層的安全避讓距離,才能有效地減輕地震及其斷層活動引起的災害風險,防患于未然。
“十五”規劃以來,中國地震局組織實施了《城市活動斷層探測與地震危險性評價》項目,在一些城市探測并鑒定出活動斷層,給出了它們的準確定位和地震危險性,初步劃定了避讓帶寬度,為城市建設提供了科學依據。目前已完成近百個城市活動斷層探測,在活動斷層地震成災機理和避讓方法、城市活動斷層探測技術方法等方面,取得了一批原創的、填補國際空白的成果。同時,其成果應用在2016年實施的新一代中國地震動區劃圖的編制中,服務國民經濟和社會發展方面效益顯著。
太原市根據活動斷層分布情況將原先西擴的規劃改為東擴規劃;烏魯木齊市政府得知探測鑒定出活動斷層后,主動要求將活動斷層位置數據和誤差范圍,標示到地圖上,供城市建設避讓活動斷層用。蘭州市位于黃河谷地,寸土寸金,通過大量淺層地震勘探、探槽開挖、鉆孔探測、年代樣品的測試和綜合分析,否定了原來認為的兩條穿過市區的活動斷層,直接為蘭州增加城市建設用地16200畝。
據不完全統計,中國存在已知活動斷層約500條,目前已經探明的僅141條。各級政府要提高對活動斷層探測工作的重視程度,加大對斷層探測工作的投入,查明轄區內活動斷層的活動性質及其空間展布位置,充分利用活動斷層探測成果,提升防震減災的基礎能力,保障國民經濟與社會的可持續發展。除了做好活動斷層避讓外,有效減輕地震災害風險還需要更多的工作協同進行。目前,地震工作者已經為三峽工程、西氣東輸、青藏鐵路等重大工程提出了近5萬條抗震設防的要求,在大興國際機場等6000余幢工程建筑以及港珠澳大橋等近350座大型橋梁上應用了減隔震的裝置,實施中小學校舍安全工程和農村民居地震安全工程,有效提升了基礎設施和重大工程的抗震承災能力。同時,廣泛開展科普宣傳活動,有效提升社會公眾的防震減災意識。
減輕地震災害風險,是人民對美好生活向往的重要組成部分,也是全社會的共同責任。臺灣集集大地震的經驗教訓告訴我們,全面提升地震災害風險防治水平,應當繼續做好地震活動斷層探察,為國土規劃、工程建設等規避重大地震風險提供依據;在全國范圍開展建設工程抗震能力普查,在地震易發區推進實施房屋設施加固工程,查清地震災害風險隱患,切實提升民居的抗震能力;繼續推進防震減災科普工作,增強民眾防震減災意識和自救互救技能。愿我們牢記大地震經驗教訓,為提升全社會抗震能力、有效防范地震災害風險而共同努力!
參考文獻:
活動斷層、地震災害與減災對策問題_徐錫偉
1999年臺灣921集集大地震中的水利水電工程_朱伯芳
臺灣集集7.6級地震車籠埔發震斷層場地災害綜述_彭承光
臺灣集集921地震地殼形變的簡介與討論_吳云