2018 年 10 月 17 日
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科技日报:为什么松原地震发生后,哈尔滨有人有感而有人无感?
发布时间:2018/03/07



    科技日报讯(记者 李丽云 通讯员 卢建旗)2018年03月05日06时49分,在吉林松原市前郭尔罗斯县(北纬45.26度,东经124.62度)发生了4.2级地震。在距离震中约200公里远的哈尔滨市,部分居民对这次地震有明显震感,而大部分居民并没有感觉到地震。是什么原因让同一个城市的居民对地震有如此大的感觉差异呢?科技日报记者第一时间采访了中国地震局工程力学研究所副所长李山有研究员,他从地震波的传播、建筑物对地震波的反应以及不同场地对地震波的滤波及放大作用这三个方面揭秘了生活中这一常见却又很少有人能说清的神奇现象。

    “当地下岩石不能承受巨大的板块推覆力时,岩石产生瞬间断裂,岩石断裂所释放的能量以波的形式向外传播,这就是地震波。”李山有研究员首先向记者科普了地震波的基本概念。他说:“岩石断裂所产生的地震波包含了较宽的频带范围,这些不同频率的地震波在地下传播过程中,高频成分在传播过程中衰减较快,低频成分则能衰减较慢而传播较远距离。就像我们熟知的大象用次声波能够进行远距离交流一样,波的频率越低,其能够传播的距离就越大。因此,当松原地震的地震波经过200公里的传播到达哈尔滨之后,高频成分已经非常小了,而中低频成分相对较大,这些中低频成分将会对不同地基上的不同建筑物产生截然不同的作用。”李山有指着1998年日本十胜近海7.7级地震的近场和远场强震仪记录的频谱曲线,说“八户市距离震中很近,高频占优势,东京市距离震中约700公里,中频低频成分占优势且谱幅很大。”

    建筑场地是建筑物扎根的地方,当地震波从地下传播到达场地后,首先要经过建筑场地,然后再进入建筑物。建筑场地就像筛子一样首先对地震波进行了筛选、提纯。“例如,软弱淤泥场地会对高频地震波产生滤波作用,使高频地震波消耗殆尽,而低频地震波则能够穿透软弱淤泥场地并得到放大。另一方面,坚硬的岩石场地则对低频地震波具有较好的滤波作用,而高频地震波则能够穿透坚硬的基岩场地并得到放大。墨西哥市位于下部为坚硬层、上部地基为极软弱土层的场地,且软弱土层中间厚四周薄而形成一个盆地。这种场地会使2秒左右周期的地震波放大了数倍,墨西哥市西边太平洋强震的地震波经过400公里传播本来已经衰减很小,但中频地震波又因为墨西哥市的特殊场地得到放大变强,进而中高层建筑物出现严重破坏。这就产生了震中附近城市的建筑物破坏不严重、而400公里外墨西哥市建筑物破坏严重的独特现象。”李山有举例说明了不同建筑场地对地震波的滤波及放大作用,导致的不按常理损毁的现象。

    记者家住哈尔滨市江北一栋高层楼房的14层,地震发生时感受到了一阵轻微的摇晃,而同样住在江北二层别墅的朋友就没有感觉到震感,这是为什么呢?

    李山有说:“如果我们把建筑物简化看成一根比较柔软的木棍,我们把这根木棍拿在手里以不同的频率进行水平摇动,此时,你会发现不同长度和柔度的木棍会在特定的摇动频率下产生共振。而且,木棍长度越大柔度越大其共振频率就越低。木棍越短柔度越小其共振频率就越高。其实,建筑物对地震的反应与此相近。高层建筑物(比如32层的高层住宅)由于其高度大、柔度较大、共振频率低,其对中低频地震波的反应敏感。因此,居住在高层建筑中的居民会感觉到较为明显的振动。多层建筑(比如7层及7层以下的建筑)由于其高度小、柔度较小、对高频地震波较为敏感。松原地震经过大约200公里的传播到达哈尔滨之后,高频成分所剩无几,因此居住在多层建筑或场地偏硬的高层建筑中的居民可能感觉不到振动。而哈尔滨市江北地区是偏软场地,其上面建筑对于中低频振动敏感,从而在远方传来的地震波作用下会产生较大的振动。这就是为什么哈尔滨市江北地区高层建筑居民能够感到松原地震的原因。”

    记者担心住在这种软地基上的建筑甚至能感受到200公里外的一次4.2级地震,那这种建筑是安全的么?“不同类型场地上的不同高度建筑,都会对某个频段的地震波敏感,这和场地与建筑物的特性有关而和建筑物质量没有关系。城市高层建筑都经过正规设计部门的抗震设计,并按照国家技术标准进行选材和施工,质量上通常是有保证的,抗御地震区划图规定的设计地震(地震活动越强烈,设计地震就越大)也是没有问题的,况且5级以上地震才可能产生建筑物破坏,而且震中附近破坏严重、越远离震中破坏越轻。”李山有用科学的解释宽慰了记者的担心。


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