地震學(xué)科普之窗(八)——長周期地震動*

大木圣子

(東京大學(xué)地震研究所)

1 襲擊都市的特大地震災(zāi)害

萊助教很浪漫呀，大地君，東京的夜景的確很美。

大地君我覺得這個季節(jié)都市都是很美的。光是那些高樓群就很壯觀啊。

萊助教說點晦澀的話題，對不起了。正是那些高樓受襲擊時才知道地震動的吧。

大地君是對普通房屋沒有損害，僅高層建筑破壞，是這回事嗎?不會發(fā)生那樣的事?

萊助教會發(fā)生的。在都市的生活中，首先要防止“長周期地震動”。

萊助教拿出石油罐失火的照片，旁邊寫著2003年十勝近海地震。

萊助教2003年9月26日的十勝近海地震，氣象廳的震級是8.0，新冠町等地記錄到了烈度6弱，還遭到最高達4 m的海嘯襲擊，失蹤2人。

大地君這個石油罐火災(zāi)就是那時發(fā)生的。

萊助教是的。這些罐位于苫小牧。

大地君十勝近海與苫小牧相距250 km呢，究竟是什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢?

萊助教引起石油罐和高層建筑等大型構(gòu)造物晃動的地震動就是“長周期地震動”。它與在震源附近的普通地震動不同，大的緩慢晃動持續(xù)的時間很長，這時在石油罐內(nèi)液面造成晃動現(xiàn)象，最終釀成火災(zāi)。

大地君噢，那么這個“長周期”和“大型建(構(gòu))筑物”是什么關(guān)系呢?

萊助教問得好。建(構(gòu))筑物本身有一個容易晃動的周期叫作“固有周期”。例如，木制住宅的固有周期就是0.1～0.5 s左右。新的比舊的更高，多層建筑更高。

大地君是不是可以這么說，對于建(構(gòu))筑物的弱點就是周期啦?

萊助教是的。建筑物越高，固有周期就變得越長。被大地君稱贊夜景的新宿副城區(qū)的超高樓，應(yīng)該是數(shù)秒左右。

大地君前面說到的石油罐火災(zāi)，正好是其固有周期的晃動，因被十勝近海地震所致而引發(fā)的吧?

萊助教僅僅是這些還不會發(fā)生長周期地震動，只有當(dāng)某些條件湊在一起時才會發(fā)生。

2 長周期地震動的生成條件

大地君第一個條件就是發(fā)生震級大的地震吧，如果沒有具有大斷層面的地震，就不會產(chǎn)生長周期的地震波。

萊助教嗯。震源、傳播和地基，它們都有各自的條件。震源條件是那種會造成災(zāi)害的大而淺的地震。地基條件是平原或盆地等堆積層厚的地方。

大地君那么傳播的條件是什么呢?

萊助教就是要有能夠保持長周期能量傳播地震波的路徑。這是新總結(jié)出來的。

大地君這些條件加在一起就是要有固有周期長的建(構(gòu))筑物、與平原或盆地內(nèi)的長周期地震動共振且長時間持續(xù)的大的晃動、能夠造成災(zāi)害的地震。淺而大的地震、平原或盆地、高樓，日本所有都市幾乎都具備這3個條件了。例如，沿海溝的特大地震今后發(fā)生概率極高的東海地震或東南海地震、南海地震等的場合是怎樣的呢?如果再具備傳播路徑條件的話，首都圈乃至日本將處于危險狀態(tài)。

萊助教實在是對不起，還真就有這樣的傳播路徑，就是“附加體”。

大地君附加體?

萊助教就是在海洋板塊上堆積著海底柔軟的堆積物。板塊俯沖時，這些堆積物可以說擦蹭著日本列島。這些部分被稱之為附加體，沿著菲律賓海板塊延續(xù)至關(guān)東平原。正是這些附加體有效地傳播了長周期波。

大地君那么……首都圈究竟會發(fā)生怎樣的災(zāi)害呢?

3 長周期地震動造成的災(zāi)害

萊助教一般我們認(rèn)為，高樓即便會有緩慢的持續(xù)長時間的大的晃動，還很難倒塌。家具或辦公桌等因此而翻倒則是室內(nèi)很大的隱患。還有一個問題是，沒有這些，不能生活，高樓必備的是什么呢?

大地君電梯﹗它是上下活動的理想的乘坐工具。若是橫向不停地晃動的話，也會損壞。

萊助教豈止是損壞，而是不能夠再使用了……所以，長周期地震動正是襲擊建造高層建筑這樣的現(xiàn)代社會的災(zāi)害。盡管我們已經(jīng)從過去的地震教訓(xùn)中學(xué)到了知識并應(yīng)用起來，但隨著我們生活方式的發(fā)展變化，我們每天都在準(zhǔn)備迎接新的災(zāi)害。

大地君災(zāi)害也在隨著時代而發(fā)展呀。但是，在日本，還沒有長周期地震動造成死亡的例子吧，可以利用科學(xué)技術(shù)手段在出現(xiàn)死亡前做出預(yù)見的。

萊助教是的，正因為如此，我們必須在發(fā)生下次地震之前，加速采取對策。

4 新堂教授的簡單提問:長周期地震動與減震構(gòu)造

新堂教授正像大地君所說的，災(zāi)害也在隨著時代而發(fā)展。我想舉一個例子。新加坡是一個幾乎不發(fā)生地震的城市國家，但緊鄰全世界有數(shù)次地震的印度尼西亞。當(dāng)發(fā)生淺源地震時，新加坡走在地面上的人完全沒有感覺，而在高層建筑上生活的人卻驚慌地跑到樓下出口。

大地君這是長周期地震動的原因。

新堂教授是的。目前，75%的國民生活在新加坡的高樓里，從開始建造高層建筑的20世紀(jì)80年代開始，新加坡就突然成為了地震國。

大地君的確是這樣。

新堂教授那么，你知道減震結(jié)構(gòu)嗎?

大地君知道，有時我們會去地下室看看。在地面和建筑物之間加入橡膠柱子來作為減震裝置。人們研究出橡膠可吸收地震動，在地震晃動不直接影響建筑物上下功夫。

新堂教授嗯嗯。這個減震結(jié)構(gòu)對長周期地震動也能發(fā)揮威力嗎?

大地君嗯?

新堂教授減震結(jié)構(gòu)會使地震晃動衰減。由于它吸收了短周期的晃動，結(jié)果使固有周期變長。

大地君的學(xué)習(xí)筆記

長周期地震動就是襲擊建在平原或盆地上的高樓或石油罐等構(gòu)筑物的緩慢的持續(xù)長時間的大的晃動。

大地君是嗎?就是說，對長周期地震動來說，減震的效果有可能變小了。

新堂教授是這樣。所以，固定家具比任何事情都重要。

大地君面對圣誕節(jié)熱鬧的夜景永遠(yuǎn)那么美麗的燈街，深深地企盼，有了探明日本還沒有經(jīng)歷過的災(zāi)害的地震學(xué)、地震工程學(xué)和開發(fā)其抗震對策的抗震工程學(xué)，我們就能夠控制下一次地震造成的災(zāi)害吧。