2008年5月12日发生在四川的大地震令地球科学家们猝不及防。一年过去了，中国乃至全世界的地球科学家们在回顾这次地震时仍在为因缺乏预见而自责。5月14日出版的《自然》以“沉睡的巨龙”(The Sleeping Dragon)为题刊发杂志首席记者亚历山德拉·威茨(Alexandra Witze)从地震灾区发回的报道以及《自然》为地震一周年回顾专题配发的社论“未雨绸缪防患未然”。报道指出，与其他地震相比，这次地震更加暴露出地震灾害研究领域的缺陷，并促使研究人员重新审视自己的假设，特别是在地质构造力明显起作用的地区。在未来，科学家们不会再轻下如此结论：位移证据很少的地区是安全的，不会发生大的地震。本刊全文刊发这组文章，希望引起更多人对此的思考。

 

　　――编者

 

　　在中国四川省彭州市合江县白鹿镇有一所学校，建在高耸的山坡脚下，两幢教学楼并排矗立在校园里。楼房有几层高，粉墙上还饰有浅蓝色的边。那是一个宁静的4月天，凉爽且湿润。一只企鹅造型的垃圾箱立在校园边上，好像在等待着有人投进一张糖纸，但今天不会有人来喂它了。一条高近两米、犬牙交错的混凝土地面隆起穿过整个校园，这就是2008年5月12日大地震时显露出来的地质断层。

 

　　校园的另一边又是一番景象。那是一堆碎砖块，是在地震中倒塌的另一幢房子的残骸。地质工作者正在那儿挖掘一条深达40米的坑，寻找以往是否发生过源于这些断层的地震迹象，以便为那天发生的大地震提供线索。

 

　　在这片区域，地壳上的裂缝很具欺骗性。中国和西方的科学家们早已把它们绘制在地图上，但没能认清它们的潜在威力。中国地震局地质研究所副所长徐锡伟说：“我对这次地震深感震惊。建筑物倒塌，泥石流淹没了城镇，夺去了至少70000人的生命，并给中国西南部的这片区域造成了极大的地质破坏。”

 

　　与其他地震相比，这次地震更加暴露出地震灾害研究领域的缺陷。科学家在评估地震风险时，往往把注意力集中在位移最严重并经常发生大地震的断层上。这一策略对于许多“经典规范”的地震来说是灵验的。然而，在四川西部，这一策略却犯了一个灾难性的错误。

 

　　一年过去了，研究人员仍在对致命的断层进行探测，希望找到办法以避免重犯同样的错误。回首往事，他们意识到，龙门山的地质状况似曾发出过警告。

 

　　龙门山脉标志着海拔5000米的青藏高原与地势低缓的四川平原之间的分界线。美国麻省理工学院(MIT)的克拉克·伯奇费尔(Clark Burchfiel)说，该地区拥有世界上最陡峭的险峻地形：仅在50公里的直线距离上，地表的抬升就达4公里以上。龙门山脉有许多由河谷切割而成的陡峭山坡，是地震触发巨大山体滑坡的理想地段。

 

　　这种地形如果没有活跃的地质力起作用是不会长期构造陡峭山岳的。在1980年代后期，伯奇费尔和同事们开始测绘该地区的地质图，他们相信会找到龙门山沿断层大位移的证据：也许每年“缩短”10毫米，是导致青藏高原和四川平原聚拢，进而把山脉往上抬升……

 

　　但多年勘查断层的努力并没有在最近的地质记录中发掘出支持这一缩短量的任何证据。通过对岩层的勘查，研究小组发现的证据是每年只移动1～2毫米，而不是所预计的10毫米。伯奇费尔说：“以这样的速度，你不会想到有那么高的山。”虽然如此，他无法否认岩层所给出的证据。因此，他假定没人会相信如此低速度的收缩，最后只发表了该地区的地质概况。接着，伯奇费尔继续勘查邻近的其他地区。

 

　　然而，随着时间的推移，种种研究证实了他的结论。研究人员利用全球定位系统测量了该地区的地面运动，发现在龙门山的另一侧有低速度的移动，证实了伯奇费尔提出的每年1～2毫米的移动。

 

　　在地质学家眼里，这样的移动速度相对来说不会构成大的灾害，因为断层储存的地震潜能与该地区的地壳运动速度成正比。例如，取山脉任意一侧的两个点，如果一个点运动速度较之另一个点快，那么两者之间的岩石应力就会迅速积聚起来――该应力须由岩石沿断层运动释放出来。在多数情况下，这种运动不稳定，但极少发生，除非应力增强到足以克服断层任何一侧岩石间的摩擦力。应力的突然释放就产生地震。

 

　　四川大地震的矩震级为7．9级，沿北川断层大约有5米的位移，是去年断裂的最大断层。根据压力在该地区积聚的缓慢速度，粗略计算，如此规模的地震应属极为罕见，大约每2000～10000年才发生一次。

 

　　英国达拉谟大学的亚历山大·登斯莫尔(Alexander Densmore)――他勘查过该地区的断层――指出，以往的大地震会在地层中留下自己的印记。但龙门山的记录却难以读懂：大雨和高度侵蚀已经抹去了大部分证据。登斯莫尔说：“没有那么多地方可让你真正看到过去的历史。”国土资源部成都地质矿产所的地质学家陈智梁说，北川断层的大多数已知地震都比2008年的地震小得多，包括1958年的6．2级地震和1970年的另一次地震。没有考古证据说明北川自1500年前建镇以来曾遭地震摧毁。

 

　　因此，几乎没人认为龙门山造成过重大的地震灾害。MIT地球物理学家利·罗伊顿(Leigh Royden)――他为该地区的地质构造建立了模型――说：“我认为不曾有理由可以说这儿会发生大地震。”

 

　　事后回顾，其实很容易看出龙门山释放地震潜能的危险。一件事情很少发生并不意味着它永远不会发生。沿该山脉的断层本来就是一条沉睡的巨龙，总有一天会醒来，这本该是很显见的事情。但研究人员能用于地震风险评估的时间和金钱就那么一些，因此，他们只能将目光集中在已知每隔几百年就会发生大地震的地区――而不是那些可能保持5000年的沉睡者。

 

　　例如，中国地质学家们对北川断层不是太担心，而是把注意力集中于西部两个活跃得多的断层：安宁河断层和鲜水河断层，两者每年的位移速度都高达10毫米。中国地震局对这些活跃断层做了大量的监测工作，包括部署近300台宽频带地震仪――能捕捉较大范围震动频率的仪器――用世界上最密集的地震台阵来勘查下面的地壳。当北川断层断裂时，地震学家急忙将重心转移到龙门山。有人还怀疑附近的一座新建水库触发了这次地震。

 

　　现在的问题是，四川大地震给地质学家们提供了哪些有关未来地震风险的信息？有人认为，应更加注意地形陡峭的地区，即使它们只有极小的地面移动。罗伊顿提到加拿大西北部的类似地区，但那儿人烟稀少，因此不大可能成为优先研究的对象。虽然研究人员肯定会以新的眼光审视山区地带，但在中国和在其他一些人口密集的地区，很少有明显类似的情形。

 

　　北川断层除了长期沉睡而具迷惑性外，去年还以另一种方式令地球科学家们猝不及防。从表面上看，该断层似乎被分割成相对较短的块段，并被假定在相对较小的地震中各自单独移动。哈佛大学地质学家约翰·肖(John Shaw)说：“我们习惯上倾向于单独观察这些断层块段，并认为那就是地震的最大范围。”但如果这些块段连接在一起的话，那么“其地震强度就会比预期的大得多。”

 

　　这就是去年所发生的情形。北川断层跨越几个断层块段，绵延240公里，而位于它东南的次生断层――即彭灌断层――断裂有72公里。这些断层块段显然在深处相连，使得地震强度比预期的更大。中国地质学家现在已开始详细勘查与北川断层相连的断层。

 

　　另一个关注焦点是尚存的风险。由于北川断层几乎在震源东北方向整个儿断裂，一些科学家担心西南方向的断层块段也会断裂，附近的断层也可能存在风险。有研究表明，北川地震增加了其他地方――如鲜水河断层以及雅安城附近和成都市东南方向的其他断层――的应力。另一项研究说明，该地区在今后十年里发生7级及以上地震的概率为8～12％，比2008年大地震之前的概率要高。

 

　　受威胁的最大城市是现有人口1000万的成都。司空见惯的交通堵塞和日益紧张的交通需求使得这里在上班时间很难雇到出租车。来自北京和上海的年轻专业人员就以电动自行车代步，穿行于拥挤的街道。

 

　　成都也是四川省最主要的地震科学工作者之家，对于他们来说，5月12日的大地震――简称‘5．12’，就像美国的‘9．11’――实际上就发生在他们自家的后院。

 

　　在成都整洁的办公室里，陈智梁手边放着一本中文版的《物种起源》，对面墙上贴着一幅阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的画像。他是这样回忆5月12日下午2时28分所发生的情形的：办公室开始剧烈地摇晃，是他在成都生活40多年来所感受到的最强烈的晃动。工作人员撤离办公楼；人们涌到大街上，大量砖块从头顶落下来。他试图给儿子打电话，但打不通，因此他快步冲进附近的小学去寻找孙女。然后他返回办公楼――该办公楼是成都市区抗震标准最高的建筑。在两天之内，他就在网上贴出了龙门山地区发生地震的历史。

 

　　当地震袭来的时候，在城市的另一边，地质学家杜方在四川省地震局办公室的木制办公桌下躲避。杜方是地震预报中心的副主任，但她说她也不知道地震即将来临。虽然有报道说作为地震指示物的蟾蜍在地震前几天大量涌上街头，但科学数据还是为她开释――沿北川断层部署的地震仪没记录到预示未来地震发生的颤动增加。虽然在北川以南640公里处有一个监测站记录到一些变化，且有人称那是一个警告。

 

　　中国政府仍在不遗余力地与灾难造成的后果作斗争。中国政府反应迅速，紧急派遣救援人员奔赴灾区，一开始就得到广泛赞扬，但随后就面临了为什么那么多学校会倒塌的质问。在离震中最近的映秀镇，80％的人口死于这次大地震，一排排的临时板房拥挤地搭建在漩口中学的废墟旁，在这所中学里有55人被压死，其中包括43名学生。

 

　　政府正以极快的速度进行着重建工作。在每一个临时居住区都有乐观的宣传牌，展示着充满希望的新房建造规划。新的住宅从清理好的山坡上拔地而起，有些已经建好，家家门上写着祈福的红色大字。

 

　　沿龙门山修建的新房子要求能抗8级地震，而以前成都市的建筑条例只要求建筑物能抗7级地震，抗震强度相差1／10多。许多地方的重建工作正在如火如荼地进行，却没人能保证建筑法规得到严格执行。村民们用手推车把堵塞道路的塌方石块拉回来，敲碎后用于重建家园。成堆的砖头――对于有地震倾向的地区而言是最差的建筑材料――堆放在大路两旁，等待着被砌成新房子。装满建筑材料的卡车在狭窄的道路上排起了长队，要好几个小时才能通过山谷。

 

　　一边是新城建设的繁忙景象，建筑起重机林立；一边是因崩塌而伤痕累累的山体，不祥地高耸在上。成都山地灾害与环境研究所的地质专家崔鹏说，地震遇难者中有超过1／5的人是被山体滑坡和泥石流夺去生命的。确切的数字难以计算――受灾面积绵延13万平方公里，覆盖51个县，但估计至少发生了5万次山体滑坡，也许多达10万次，甚至更多。王家岩的一次崩塌滑坡吞噬了1600条生命，另一次在北川高级中学的山体滑坡掩埋了400名学生。在别的地方，山体滑坡虽然没有直接造成生命伤亡，但却堵塞了河道，形成了20多个大的“堰塞湖”，严重威胁下游居民的生命财产安全。

 

　　崔鹏警告说，山体滑坡的危险在今年雨季将更加突出，雨季将从5月下旬开始。地震使该地区的大量斜坡变得不稳定，尤其容易在雨后发生垮塌。例如，去年9月，大雨造成的泥石流扫荡了已在几个月之前就被地震毁坏一空的北川县城中心区。如果采矿作业掏空山腹、森林砍伐使山坡失去防护作用，那么问题将因地形遭受大规模破坏而变得更加严重。

 

　　崔鹏还指出，如果人们在有山体滑坡倾向的地方重建家园，那么房子建造得再能抗震也无济于事。他说：“人们常常忘记在重建中考虑灾害的预防问题。”他的研究小组(隶属于中国科学院)已向政府详细地汇报了应该避免重建的高危区域。同时，新房子在龙门山区各处的村落里不断拔地而起――一幢挨着一幢，而且很可能不在政府批准的区域内。

 

　　虽然到处传来令人沮丧的消息，但科学家们表示，来自这次地震的数据本身将从更基础的水平上阐明该地区的地质状况。之所以能有这些数据，是因为在最近几年里，中国政府斥巨资更新设备，力图使中国的地球科学在世界舞台上具有竞争力。

 

　　政府计划的最大亮点是建立一个由近300台地震仪组成的宽频带地震台阵，由中国地震局刘启元率领的团队部署在四川西部。该地震台阵称得上是世界上大型地震台阵中地震仪部署最密集的，迄今已获得超过7万亿字节的数据，这令西方科学家羡慕不已。MIT的地球物理学家罗布·范·德希尔斯特(Rob van der Hilst)――早些时候在该地区部署过一个由25台地震仪组成的地震台阵――称中国的这个监测网是“一个惊人的壮举”。这些最早从2006年10月开始部署的太阳能地震监测站间隔5～30公里，覆盖了37万平方公里的山地；有专人每4个月去各个监测站收集数据一次。最初由中国科技部和四川省政府分别出资6000万元和800多万元。现在，刘启元每年要花费180万元来维持这一监测网的运行。

 

　　去年5月，大地震毁坏了该地震台阵中的3个监测站，其中一个被崩塌的巨石压扁。但当时由附近监测站所记录的数据却让人们看到了前所未见的四川西部地壳内部情形。此前，地震监测网从未捕捉到如此详细的地震信息。刘启元说：“这是世界上非常难得的一次机会。这次地震将会在地震科学史上添写沉重的一笔。”

 

　　数据初步显示，地表以下大约20公里处发生了较大的地质变化，相对较脆的岩石让位于更深、更软的岩石，地震波通过后者时传播速度较慢。刘启元说，这就解释了为什么这次地震及其所有余震都发生在地壳上部20公里范围内的原因。

 

　　刘启元正与范·德希尔斯特和法国约瑟夫－傅立叶大学的迈克尔·坎皮罗(Michel Campillo)合作，利用新的地震分析技术分析这些数据。他还与来自中国台湾的科学家合作，后者有兴趣探讨这次地震与台湾1999年发生的集集地震是否存在类似之处。

 

　　刘启元当初建立地震台阵的目的是为了监视该地区的疑似最大威胁：安宁河断层和鲜水河断层。然而，在2008年大地震之后，刘启元把一些监测站转移到了北面和东面，移到了北川断层上。该台阵将在原地保留一年，继续收集所需数据，之后，大部分监测站将被迁移到别的区域。

 

　　同时，其他研究人员正尝试用不同方法调查龙门山的地质历史。在一个由国土资源部牵头的项目中，钻探队将沿断裂带钻4个孔，以采集4公里深处的连续岩芯。该项目的首席地质工程师、中国科学院地质与地球物理研究所的李海兵说，位于虹口村的导向孔已钻到650米深处，可能已经穿过了断裂带。钻探队负责人打算把地震监测仪器放入钻孔中进行长期监测。

 

　　在已被关闭的白鹿书院附近，古地震学考察坑越挖越深。考察坑由人工挖掘，泥土从坑里被一担一担挑出来，已显露出过去地震的痕迹。弧形的灰烬层标志着地震――类似1958年和1970年发生的小地震――引发的火灾遗迹。挖掘所获的结果，结合依然耸立在白鹿的建筑物，可能有助于未来的规划。徐锡伟说，政府可能在全国范围内加强对活断层迹的勘测，希望以更精确的知识来挽救生命。

 

　　中国乃至全世界的地球科学家们在回顾这次地震时仍在为因缺乏预见而自责。虽然他们中许多人指出，他们不可能看出每隔数千年才发作一次的灾难，但最近的灾难还是促使研究人员重新审视自己的假设，特别是地质构造力明显起作用的地区。在未来，科学家们不会再轻下如此结论：位移证据很少的地区是安全的，不会发生大的地震。

 

　　在一个春日，一群孩子汇集在城里的一个三合土球场上，在废弃的学校附近打着篮球，嘴里呼喊着，胳膊肘互相推来推去；一只俯瞰着球场的鸟儿鸣唱着，仿佛在祈祷好运；一排排菜园点缀在山坡上，新鲜的绿色衬托着刚刚耕种的土地。白鹿书院仍然关闭着，成为2008年地震遇难者的纪念馆。这一切也许会给灾后的白鹿人民带来些许的安慰。