关于土地上震古震害的地震学研究

关于土地上震古震害的地震学研究

一震灾危害系数sd的函数关系赵兰良同志在《清代山东地震初步统计分析》（原文发表于《中国社会学》2002年第一版）一书中，利用地震社会学的研究模式，对清代山东地震进行了初步数量分析，并提出了地震破坏与各种因素之间的数量关系的函数。这是利用计量方法分析历史问题的重要尝试。但是,笔者认为这一函数式的推理并不严密,难以成立,兹将其摘录如下,详细分析之。原文作者得出的函数式如下:Sd=Ms+Pd+E+Sc+T(night)D+L+C+K+M+R+A+T(day)−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√Sd=Μs+Ρd+E+Sc+Τ(night)D+L+C+Κ+Μ+R+A+Τ(day)各因素的具体含义如下:Sd代表地震灾害程度系数,Ms代表震级,D代表震源深度,L代表震中距离,T代表发震时间,C代表建筑物的防震抗震能力,K代表人们的地震知识程度,M代表人们的心理与行为能力,Pd代表震区人口密度,E代表震区经济发展状况,R代表社会对震灾做出反应的能力,A代表震后人们的心理承受与调解能力,Sc代表震后的次生灾害。在上述函数式中,原文作者认为Sd与Ms、Pd、E、Sc成正比例关系,与D、L、C、K、M、R、A成反比例关系;如果地震发在白天,危害性相对较小,如果地震发在夜晚,危害性相对较大。另外,作者还特别在函数式下注明:因主要考察范围为震中区域,在计算过程中将D(震源深度)与L(震中距离)忽略,只考虑震级因素。为了印证上述公式,作者在原文中分别将1668年郯城震灾和1937菏泽震灾的各项系数的危害系数作了人为的设定,其中1668年郯城震灾的各项系数的值分为Ms=8.5、Pd=55.38、E=1、Sc=2、T=1、C=1、K=1、M=1、R=1、A=1,1937年菏泽震灾各项系数的值分别为Ms=7、Pd=256.4、E=3、Sc=1、C=2、K=1、M=1、R=1、A=1。将上述数据代入公式,最后得出1668年郯城震灾的危害系数Sd=4,1937年菏泽地震的危害系数Sd=7,并以此证明作者的逻辑推理:虽然震级在决定危害程度上有重大影响,但是它受地域限制较大。这一逻辑性推理是符合地震学原理的,但是作者为了印证这一逻辑推理而拼凑的公式及自行设定的数值并不合理。首先,从基本的数学表达式上分析,原文作者认为在Sd=f(Ms、D、L、T、C、K、M、Pd、E、R、A、Sc)函数式中,Sd与Ms、Pd、E、Sc成正比例关系是错误的。因为在原文作者所得出的函数关系表达式中,震灾危害系数(Sd)的变化与震灾大小的各项因子(Ms、D、L、T、C、K、M、Pd、E、K、A、Sc)之间的变化是不成比例的,如果成比例关系,原文作者的语言表达就与其所得出的函数关系式自相予盾,这可拿原文作者在1668年郯城震灾和1937年菏泽震灾中对各项因子所设定的数据及结果来检验之。在这两次震灾中,根据原文作者所推理的震灾危害系数的公式,得出的震灾危害系数分别为4和7,但是设定的各项因子并没有相应地随之发生成比例的变化,其中Sc、K、M、R,原文作者仍将其设定为1,前后没有变化。所以,从基本数学关系的推理过程可以看出,原文有关震灾危害程度的函数式的推理是前后矛盾的。在地震学上,有关公式的得出,是源于经验还是推理,都有明确有交代,而在原文作者给出的震灾危害程度的函数式中,与震灾相关的各因素是否能够简单地相加,开平方的依据又是什么,这些都没有说明。其次,从影响震灾大小的因素上分析,震灾是指强震发生时引起的地面效应,它取决于震源条件(震级、震源深度和持续时间等)、该地区的地质构造、岩性条件,局部的地貌、水文和土质条件、建筑物的抗震性能、震区人口密度、经济发展状况、人们的地震知识水平、心理行为能力等等。由于涉及因素过多,并且其中各种因素主次差别也难以用权数加以准确度量,因此,既不能轻易设定数据,也不能对影响震灾的诸因素随意取舍,确定其间的权数关系,建立数学公式进行比较。原文作者在比较1668年郯城震灾和1937年菏泽震灾时,对影响震灾程度大小的诸因素的取舍及数值的设定是欠妥当的。1668年郯城8.5级地震属于毁灭性的特大地震,即便有比土坯房抗震能力强的砖瓦结构的建筑也无法逃脱地震的厄难。原文作者仅以1937年菏泽地区已开始使用砖瓦与水泥结构的建筑,就将该次地震中建筑物的抗震能力的系数设定为2,而将1668年郯城地震时建筑物的抗震能力的系数设定为1,这是不合适的。其实在1937年,菏泽县既不是重要城市也不是经济发达的区域,砖瓦与水泥结构的建筑为数甚少,大多数民房仍是土坯结构。虽然两次地震中主震过后都有余震发生,但1668年郯城地震后余震持续时间更长,大震后余震不断,“康熙七年六月十七日(1668.7.25)戊时地震,荡如漂舟,声如殷雷,城郭屋宇崩堕倒塌,……六月十八日,七月十七日、八月十八日屡震。”受灾严重的莒州也记载:“自七年地大震后,初时一日动数次,后或一日一动,或数日一动,或一月一动,至今四年,犹屡动不止”。有关研究认为,郯城8.5级地震后当应发生了两次7级左右的强余震,次日又发生了一次7级左右的强余震,主震后两日内中强地震屡屡发生,有感地震活动持续了6年,主震之后又发生了与1937年菏泽地震级相同的7级地震3次,受灾程度之大可想而知,不能简单地将其归入次生灾害中。1668年郯城地震震中区与1937年菏泽地震震中区周围的地质地貌条件的差异也是相当大的,1668年郯城震灾发生在沂沭地震构造带,周围多是山区和丘陵,山区和丘陵会引起山体崩塌、滑坡等次生灾害,如“莒州地震如雷,连日不止,马蓍山崩四散,五庐固山劈裂一半。”但山区和丘陵又能阻止地震波的传递,迅速降低地震烈度,缩小破坏范围。1937年菏泽地震发生在聊考地震构造带,位于鲁西平原地区,虽不会发生山体崩塌等次生灾害,但是大震后。“大风雨经旬,平地水深数尺,田禾浸入水中,臭气冲天,瘟疫盛行。”“菏泽县地震,水灾及风灾惨重”,次生灾害为害也非常大,如果不将其认真分析,而是笼统地一并归入次生灾害中,并设定1668年郯城地震次生灾害(Sc)=2,1937年菏泽地震次生灾害(Sc)=1,显然是不妥当的。在地震灾害中,人口死亡是衡量震灾大小的主要因素,而人口死亡多少与震区人口密度密切相关,在震级一定的情况下,一般人口密度越大死亡越多,人口密度越小死亡越少。在1668年郯城震灾与1937年菏泽震灾中,影响震灾的各项系数中变化最大的是人口密度。原文作者认定,1668年郯城地区的人口密度约为55.38,1937年菏泽地区的人口密度约为256.4,两者相差接近四倍。如果以死亡人口数为对象比较受灾程度,按作者的结论,1937年菏泽地震比1668年郯城的危害程度大,那么1937年菏泽地震死亡人数应超过1668年郯城地震。事实并不然,有关资料统计,1937年菏泽地震死亡人数大约1.8万人。而1668年郯城地震死亡人数约6万多人。因此,作者在原文中所举的人口死亡的实例与其用地震危害程度公式所得结论相矛盾。另外,作者对有关史料也未作认真分析,如在统计1668年郯城震灾死亡人数时认为:“郯城死亡人数颇值得怀疑,因为稍微偏离震中的莒州死亡人数在20000人以上,而郯城仅为8700余人,所以这个数字很可能只是死亡人丁数。”其实,莒州死亡人数多,是因为莒州府下辖日照、蒙阴、沂水三县,而郯城仅为沂州府的一个县;莒州又处在极震区周围,死亡人数自然比较多,这并无可疑之处。二震灾的危害程度为了详细揭示两次震灾的危害程度,我们结合有关史料作进一步的比较研究。(一)建筑物消失,受伤害者以其房屋自1937年菏泽震灾发生时间距今较近,文献记载也比较详细,其中死亡人数人约1.8万人,房屋倒塌47多万间,虽然该次地震后“苏皖北部及河南各地等电,亦有房屋倒塌与居民死亡的现象。”但震灾严重地区主要是菏泽县内的极震区,菏泽周围地区受灾程度甚微。1960年3月23日山东菏泽地区基本建设委员会给中国科学院地球物理研究所的报告如是说:菏泽地震比较严重的地区是位于菏泽城西偏南十八华里的解元集,自解元集至郭西堂为中心,方圆八华里,有十来个村房子大都倒坍、有的地陷或泉涌,比较坚固的房子没有倒塌,有的墙有裂缝。常冠英已建有百余年的楼房高十一公尺,仅前墙出现两处裂缝。常家祠堂三间瓦房仅后墙出现一道裂缝,上面的瓦有部分脱落。菏泽城附近的情况,多数老人谈,当时地震有所影响,但房子、高大的建筑物也没有受到破坏,如天主教堂十二公尺、砖砌三公尺半圆弓仅里边三处出现轻微裂缝。鼓楼,魁星楼高十二公尺以上,也仅是有的地房有裂缝和部分瓦落,有的砖结构的房子在某些方面也有裂缝现象,无其它遗迹。张花园、孟花园倒塌的房子很少,多是破烂不堪的房子。一般砖林结构的瓦房连裂纹也看不到。上述报告所描述的灾情似乎与死亡1.8多万人房屋倒塌47多万间的7级地震的破坏强度不符,但作为供中国科学院地球物理研究所研究使用的调查资料,应当基本属实,因为还有其它相类似的资料以供作证。定陶县城西北刘楼村张怀礼日记中关于1937年菏泽地区大地震的记述:“……(1937)十月十日(九月初七日)赴菏泽,进城见商号门面倒者尚少,……在菏中观校舍损坏情形,新礼堂完整,教员室亦完固。”南京实业部地质调查所震后对菏泽邻县的函调资料显示:邹平“震前未闻有声,人员无伤亡”,桓台“除房屋树株及较小用具微有震动外,其它无损失”;济阳“少数人有感觉,小用具稍有移动,”金乡“屋墙略有倒塌、尚无重大损失”,曹县“为灾较轻,倒房无几,损失了了,人畜无伤亡”。从以上几则史料分析,1937年菏泽地震建筑物倒塌情况并不是非常严重,那么是什么原因造成1.8万多人死亡呢?这主要是因为在地震时还发生了其它灾害。据朱瑞亭1954年5月回忆:“1937年我在故乡单县,仅就记忆,把当时发生的地震情况叙述如下:地震发生那些日子,阴雨二十几天。在一天的下午,雨下的很大,雷声很响,夜里三、四点钟时,忽然感到东西摇动的很凶,房顶上响声很大,四邻八舍的人也都惊醒,原来是发生了地震。”《大公报》载:“菏泽县地震、水灾及风灾惨重。”高唐“小用具如碗碟之类或小有移动,但无翻覆,房屋振摇咯咯作声,部分破坏,多为向北方倒塌。震前有大风之声来自西南,民房倒塌二十余间。”菏泽地震期间,暴雨一直不断,至“八月一日上午四时二十五分,适值倾盆大雨稍停之际,突有巨声如雷,旋复狂风暴雨将至,……大雨如注,民众均不敢入屋,饱尝雨淋之苦。”由于菏泽地震发生在1937年,正值抗日战争期间,救济不力,“瘟疫盛行”。“各机关均在东关搭棚办公,人民露宿街头,食粮无处购买,哀声遍野惨不忍闻。”由此观之,震灾、水灾、风灾、疫灾并发,救济不力是造成1937年菏泽震灾人员死亡众多的原因。(二)州县的房屋及人员损失情况1668年郯城8.5级地震属毁灭性的特大地震,有关史料的记载不是“城郭庐舍俱坏”,就是“房屋倒塌一空”,人员财产损失惨重,兹将1668年郯城地震震中区域主要州、县房屋倒塌及人员伤亡情况分别制表如下,以资说明。上述两表统计的只是震中区域记载比较明确的州县房屋及人员的损失情况,其中还有些州县记载不详,多是“死伤不可胜数”,“房屋倒塌无数”,死亡人数多是记载的在籍的人丁数,因此就上述统计,1668年郯城震灾人数不会少于6万人,而人员伤亡与建筑物倒塌成正相关关系,建筑物倒塌也会少。1668年郯城地震波及范围要比1937年菏泽地震广的多,以至北直、浙江、江南、河南、福建、湖广、陕西等同时并震“大都天下皆然”。除了位于鲁东南震中区的郯城、莒县周围百余里无一存屋外,位于鲁北与河北接界的利津“房屋多倾倒”,鲁西南的鱼台“倒草房瓦屋四千六百余间,楼二百余座,压死男女一百四十名”;鲁西北的聊城“门庑颓益甚”。江苏的桃源(今泗阳、宿迁)也“震死五、六有人”,邳州“压死男妇百人”,甚至“远离震中三百公里的开封亦房屋倾倒无数”。三震灾危害程度的评估通过上述比较研究,可知1668年郯城地震时建筑物倒塌及人员伤亡数要远远大于1937年菏泽地震时建筑物倒塌及人员伤亡数。至于在两次地震中,影响震灾程度大小的人们的心理与行为能力,地震知识程度以及地震发生后对未来社会发展的影响等都是难以度量的,因此也就无法进行定量的比较,但这些都是比较次要甚至非常次要的因素。地震危害要主要表现为人员伤亡和财产损失,财产损失中又以房屋的倒塌为主,因此可以说1668年郯城震灾的危害程度要大大高于1937年菏泽地震。根据上述史实,赵兰亮同志关于这两次震灾危害程度的比较分析是错误的,从而也说明其关于震灾危害程度的公式是没有依据,难以成立的。在地震学中,对于震灾灾后的评估是个比较棘手的问题,目前尚无合适