加州倒计时

段景颐

2008年，美国地质调查局放出了一则重磅消息：在未来30年内，加利福尼亚州发生6.7级以上地震的可能性超过99%，并且极有可能发生7.8级以上大地震。届时，南加州圣安德烈亚斯断层沿线都可能是受灾地区。绝大多数老建筑都无法承受这次强烈地震，公路、市政管线、发电厂和水坝等基础设施将可能瘫痪数月，即便按照最理想的可能性计算，基础设施的恢复至少也需要数周时间。大地震将带来超过2000亿美元的经济损失，预计将有数千人在地震中丧生。

躁动的断层

美国加利福尼亚州一直是全世界地震最频繁的地区之一，这是因为加州的地下被一条长约1287千米、深入地下约16千米的圣安德烈亚斯断层贯穿。圣安德烈亚斯断层以西的太平洋板块及以东的北美洲板块正分别向西北和西南方向移动，其移动速度达到平均每年3.5厘米，但是这种移动常是断断续续。圣安德烈亚斯断层大致可分为三段，每段爆发大型地震的间隔从150年到200年不等。

距离北段断层上一次爆发大型地震已经过去了112年，那次震级为7.8级的大地震几乎摧毁了整个旧金山湾，造成数干人死亡，80%的城区面积被破坏。中段断层已经很长时间没有剧烈活动，距离上一次7.9级强烈地震已经过去了161年。南段上一次爆发大型地震是在距今约300年前，因此，这里可以说是地震风险最高的一段区域。

2008年，美国国家地质调查局对未来可能发生在加州的大地震做了一次模拟，认为近期内圣安德烈亚斯南段断层可能发生2～7米的移动，并造成一场7.8级左右的大地震。2017年，美国加利福尼亚州索尔顿湖（加州最大湖）地下被探测到总共发生了200多次小型地震，最高强度达4级，这让地震学家们十分紧张。索尔顿湖下方刚好是圣安德烈亚斯断层的南端点，据地震学家预测，圣安德烈亚斯断层南端每隔200～300年就会发生一次大地震。距离上一次大地震爆发已经过去了约300年。太平洋板块一直往北挤压着北美板块，断层也积累了300年的板块应力，一旦大地震爆发，后果不堪设想。

南加州地震中心的专家认为，小型地震对释放应力起到的作用微乎其微，它们倒是很可能触发大地震。因此圣安德烈亚斯断层附近的任何一次地震活动，都让地震学家的心悬到了嗓子眼儿。地震学家的担忧源自目前人类无法预测地震，虽然加州地震局已经在地下埋设了大量地震检波器，已经有能力从卫星捕捉地面的实时图像，并且具备了前所未有的强大计算能力和各种模拟板块运动的计算机模型，但这依然无法让人们准确预测下一次南加州大地震何时来临。

横贯加州的圣安德烈亚斯断层导致加州地区地震频基

追踪千年古地震

要全面了解圣安德烈亚斯断层的活动，就有必要将研究的时间轴拉长。如果能追溯到数百、甚至数千年前的地震活动，将更有助于科学家预测圣安德烈亚斯断层的活动周期。为此，美国地震科研团队对位于洛杉矶东部的弗雷泽山进行了前后多达30次的挖掘，编制出了该地区从公元800年至今的完整地震记录，成功追踪到了过去1200多年中，圣安德烈亚斯断层部分地区发生的共计10次造成地面破裂的古地震。

这10次古地震都在地面上留下了“作案痕迹”：本应该依次堆积的沉积层和有机物质层在地震的威力下被撕裂。其中一个拉分盆地由于被地震活动反复地挤压和扭曲，再加之其相对较高的沉积速度和丰富的有机质，让科学家能够方便地从其中获取碳14定年法所需的材料，因此该盆地成了研究团队一窥地震历史的窗口。

研究人员发现，在过去1200年里，该地区平均每隔100年发生一次地震，并造成地面破裂。根据这项研究，自公元800年以来10次破裂地震之间的时间间隔最短为20年，最长达200年。按照这个规律推演，圣安德烈亚斯断层早就应该再次发生大地震了。在10次古地震中，有3次的间隔时间超过160年。虽然更长的间隔也曾出现过，但这并不是好消息。因为地震是释放地层应力的唯一途径，两次地震间的间隔越长，就越有可能释放积累的更强应力，从而造成更大的地面破裂。最近的一次地震是1857年的7.9级大地震，也是这1200年中两次最大震级的地震之一，甚至美国陆军驻地泰洪堡（距离洛杉矶约100千米）也有明显震感，因此这次地震也被称为泰洪堡地震。

科学家正在进行挖掘，以了解关于古地震的更多信息。

研究人员比较了泰洪堡地震发生之前，圣安德烈亚斯断层多个古地震的规模。他们测量了地层滑移量，并假设滑移完全由地震活动引起，由此得出古地震的规模。研究人员发现，在过去1200年间，圣安德烈亚斯断层最常见的地震震级在7，5级左右。1857年的那次地震导致泰洪堡土壤液化，大量树木和建筑陷入泥土中，泰洪堡以西的树木都被连根拔起。如果泰洪堡地震发生在洛杉磯，将摧毁洛杉矶半数建筑和设施。更糟糕的是，从现有数据看来，下一次大地震的规模很有可能超过泰洪堡地震。

不安分的两端

最让地震学家们担忧的，恰恰是圣安德烈亚斯断层的最南端，该地区上一次爆发强烈地震是在17世纪晚期，距今已经有300多年，如今正处于最有可能爆发大地震的阶段。近年来南段地区发生的一些小型地震，都被被认为是大地震即将到来的前兆。来自加州大学伯克利分校的地震学家伯格曼认为，小型地震密集出现的背后可能有两个原因：一是地下流体正在穿过地壳;二是地下断层开始缓慢移动。已经有先例可以证明，无论是这其中的哪种情况，都可能引发规模更大的地震。

加州地区断层密布，每条颜色的线段都标记了一个断层。

在圣安德烈亚斯断层的南段，来自加利福尼亚州立大学的朱利安·罗佐斯利用精细的计算机断层模型对可能发生的地震进行了一次模拟。他发现圣安德烈亚斯断层和另一个名为圣哈辛托的断层相连，两者之间虽然有一段长约1500米左右的间隙，但计算机模型显示，大型地震可以越过这个间隙继续传播。更加让人担心的是，如果两个断层同时破裂，爆发更大规模地震的风险将大大增加。罗佐斯将他能收集到的所有历史地震数据输入计算机模型，计算结果显示，爆发于1812年12月8日的7.5级莱伍德大地震，极有可能是由圣哈辛托断层的一次小型断层崩裂所引发。地震的能量影响了位于其北部附近的圣安德烈亚斯断层，两个断层的联动最终导致了莱伍德大地震。多断层的联合崩裂让更大规模地震发生的风险大大增加。

圣安德烈亚斯断层的北段也不平静。2017年，伯格曼对圣安德烈亚斯断层的北段进行了调查。他们利用卫星测量和地下传感器收集到的数据，测出了该地区地下两个体量较小的断层——海沃德断层和卡拉维拉斯断层各自的形状。虽然它们的规模比不上圣安德烈亚斯断层，但各自都有可能制造7级以内的强烈地震。伯格曼发现这两个断层不仅彼此密集交叉，海沃德断层的北部还和另一个名为罗德斯溪的断层相连。如此复杂的断层关系，意味着该地区极有可能发生7级乃至7.5级以上地震，而地震的发生地和传播模式已经很难用计算机进行准确模拟。

地震预警系统

虽然目前我们无法准确预测地震何时何地发生，但可以在地震释放可怕威力前的数十秒内发出警告，从而尽可能地减少损失。美国国家地质调查局的“地震早期预警系统”就能起到这个作用，这套系统被研究人员亲切地称为“无脑者”。

那么，系统是怎么“提前”发现地震的呢？这是由于地震会释放各种波，其中，P波不具破坏性，且在地质媒介中的传播速度最快，高于S波、L波等，而电磁波的传播速度（30万千米/秒）远大于地震波速度（约10千米/秒）。地震预警技术就是利用P波和s波的速度差、电磁波和地震波的速度差，在地震发生后，当破坏性地震波尚未来袭的数秒至数十秒之前发出预警。“无脑者”的地震检波器散布在整个加州西海岸地区，它们能够实时探测到地震波，并做出飞速响应。据工程师介绍，这套系统能在地面感知到晃动的数十秒前发出警告，为人们提供宝贵的避难时间。尽管只是短短的十几秒，也足够在学校上课的孩子们钻进桌底或进入安全区域;医生有时间能够停下正在进行的手术;高速行驶的列车能够降低到安全速度甚至完全停下：城市供水、电力和燃气公司也能在第一时间切断供应。

在地震频发的日本，早期地震预警系统已经应用了几十年，并且覆盖面也更广。除了学校等公共设施设置的警告喇叭，人们随身携带的手机也会在同一时间发出警告。但是在美国，由于种种限制，早期地震预警系统还处于研发阶段。据美国地质调查局称，整套系统所需的传感器安装数量严重不足，即便按照满足最基本要求所需的传感器数量计算，也仅有40%左右的探测器被安装到位。

无脑者预警网络的一个单元

软层建筑毫无招架之力

地震很可能会损毁建筑，进而威胁人类的生命安全，为此，加州不得不对建筑进行全面加固和修缮。在所有建筑物中，砖混建筑对地震的抵抗力是最弱的，尽管加州已经于1933年禁止建造砖混建筑，但依然有许多此类建筑存在。但比起这些砖混建筑，另一种数量更多的建筑类型更让人操心。

洛杉矶是加州最大的城市，这里的许多房屋还是20世纪七八十年代修建的木结构软层建筑。“软层”这个名字的由来是因为这种建筑的第一层是最弱的，刚性也没有其他层高，临街层没什么墙壁支撑，也没有太多基础骨架。软层建筑作为一种功能多样的建筑形式，从20世纪50年代后被美国大部分地区广泛采用：低层住宅的一楼可能是商铺和供行人行走的半封闭式走廊：酒店的一楼大厅多半会被修建得很高;商厦的一楼需要连续的、大量的落地窗展示商品。直到1971年的雪尔玛大地震导致大量软层建筑垮塌并导致人员伤亡，人们才意识到这种软层建筑的危险。

软层建筑为什么在地震面前如此脆弱呢？现在常见的剪力墙结构建筑，两侧由刚性剪力墙构成。所谓的剪力墙是钢筋混凝土的墙板，能够很好地承受剪切力，将力量分配至地基，在大风和地震中保持建筑结构完整。而软层建筑没有剪力墙，只靠埋入地下的立柱支撑更上层结构。因此，在地震发生时，立柱很容易因为受力过大而扭曲，当扭曲发展到一定程度时，材料疲劳就会引发立柱断裂，最后导致整个建筑物倒塌。1994年发生在洛杉矶的北岭地震导致许多软层建筑的上层倒塌到地面，造成了大量伤亡。

2015年10月，洛杉矶市颁布了严格的建筑物重新修缮/加固法案。强制要求全市1.4万栋建筑进行重新加固，具体做法是用强度更高的钢梁替换原有的钢梁，使建筑物能够抵抗地震带来的剧烈晃动。这种加固方法效果很好，但缺点是费用昂贵，如果进行剪力墙和框架改装，费用将会更高。但成本问题还在其次，最让人担心的是缓慢的施工速度——1.4万栋建筑的加固工程完全結束，预计要到2022年。

但地震不会等人，工期漫长的结构性改造不能让整个加州度过随时可能到来的危机。有没有能快速提高建筑抗震性的方法呢？确实有这种方法，那就是给建筑物的承重结构缠绕碳纤维布。工程师们用环氧树脂浸泡碳纤维布，将其沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要加强的结构上。碳纤维布可以帮助结构承担剪切力，并大大降低裂缝出现的概率。不过，碳纤维布的价格是比较高的。

因为软层建筑的最底层最脆弱，因此在地震中会首先坍塌。

后续灾害

不过，相对于建筑所承受的破坏，加州当局更担心地震活动对基础设施的破坏。地震发生时，最先遭到破坏的是输电系统，最强烈的地震波传达到地面的瞬间，电力就会中断。燃气管道和电缆破裂的后果更加可怕。1994年洛杉矶大地震中，夺去生命和造成损失最多的不是地震而是燃气和地下石油管道破裂引发的大范围火灾。供水管道和排污管道也会遭到严重破坏，饮水将成为震后最让人们头疼的问题之一。因为地震很可能让网络通信失效，这意味着被困在瓦砾中的幸存者们无法通过手机求助，没有受伤的人们也无法尽快获得避难和救援信息。

地震也会给震区带来巨大的经济损失。铁路和高速公路等主要交通网络可能会关闭数天乃至数周。如果洛杉矶和长滩的港口也不得不停止运行，这将影响全美国四分之一的商品和原材料进口，重挫制造和零售业，直接动摇美国的经济命脉。即便震区的企业的房屋没有受到太大影响，但这些企业同样会因为水、电等公共事业停运而停止运营，公司被迫关闭将导致大量失业。

现有的数据显示，圣安德烈亚斯断层己准备迎来一次大型地震——但直到摇晃开始的那一刻之前，我们都不知道地震何时会发生。这次大地震很可能就在明天爆发，但也可能是十年或甚至更久之后，但未知恰恰是最可怕的。因此，加州只能做最坏的打算，用最全面的准备去迎接地震的来临。