根据有关部门的统计，载至2023年12月31日，发生在2023年12月18日23:59分的里氏6.2级积石山地震已造成甘肃省积石山县20余万间房屋受损或倒塌，117人遇难， 781人受伤，这些伤亡人员主要是因为墙倒屋塌造成的。而距震中约20千米的青海省民和县草滩村与金田村有34位村民遇难，他们主要是地震导致的淤泥覆盖或掩埋造成的。根据应急部大数据中心的无人机遥感影像，在草滩村与金田村之间65栋房屋被大约3米厚、面积12000平米以上的淤泥覆盖。有专家解释说这些淤泥是「砂涌」造成的，有专家则认为这不是砂涌的产物，是「地震-泥流」或「地震泥石流」。今天简单讲解一下「砂涌」和「地震-泥流」。
图1 12月20日金田村拍摄的砂涌处置现场 （新华社记者 李占轶 摄）
图2 向黄河河床方向流动的砂涌最前端
1.「砂涌」是什么现象？它的成因是什么？它和泥石流是什么关系？
地震发生时，地下松散的砂土（包括不同粒径的砾石和更细的泥土）在强烈的地震波的振动作用下，颗粒之间的位置迅速发生调整，砂土颗粒中的孔隙水压力急剧升高并快速挤出和聚集，导致固态的砂土变成液态的砂泥混合物，这个过程称为「液化」或「流体化」。
液化后的砂泥混合物或泥水混合物通常向压力低的方面运动，大多数情况下会沿一定通道涌出地表，出现喷砂冒水的现象，称为砂涌。有时，涌出地表的泥砂会形成火山锥一样的形态，称为砂火山。
图3 2023年2月土耳其地震后，涌出的液化砂在地表形成了完好「砂火山」 （照片来源：维基百科）
液化砂土并不总是喷出地表，如果地下有合适的通道或洞穴，也会向这些地方涌动。
大量涌出地表的泥砂汇集到一起，可以形成类似泥石流一样的泥流或砂流，在流动过程中会对沿途的地貌景观和人类建筑造成破坏或掩埋，严重者会引起大量人畜伤亡。与一般意义上的泥石流最大的区别是水的来源：形成泥石流的水是来自暴雨、冰川融水、堤坝跨塌等地表水，而砂涌的水来自地下砂土层中固有的孔隙水。
地震波的振动是砂土液化的主要成因，但并不是砂土液化的唯一成因，机械振动、爆破等因素也可触发砂土液化，但与地震触发的砂土液化相比，程度和范围都要小很多。
2.本次地震发生地的含水淤泥是「砂涌」造成的吗？有专家认为这次震后出现「淤泥」包裹村庄的现象不是「砂涌」，而是「地震-泥流」，那么「地震-泥流」现象的成因是什么？
本次地震发生地的含水淤泥并非直接来源于金田村和草滩村的被淹没区，而是来自两村北侧3000至4000米左右的高台（参见示意图），称为这次灾害的源头。这里的沉积物有黄河故道或古洪水期堆积的泥砂，也有风成的黄土，但主要来源于周围山体风化后被地表流水携来的泥砂砾石，是经过几十万年的时间堆积起来的，从盆地外围向盆地中心明显变低的缓坡状地貌。盆地外围北侧的山体主要由渐新统（距今约3300万年至2300万年以前）的紫红色砾岩、粗砂岩和砂岩构成。
图4 官亭盆地卫星照片，注意右上角的指北针方向
许多人对大量的泥水来源感到疑惑，西北地区不是非常干旱么，地震发生前后，这个地方并没有大量降雨，淤泥中的水来自哪里？为什么别的地方没有发生类似的灾害？
图5 官亭盆地东北侧卫星照片分析，砂涌的范围以及其在盆地中的分布位置、与黄河的关系。
图5中的砂涌的源头海拔在1850米左右，金田村与草滩村之间主要为天然形成的沟谷，与村间公路相交处的海拔高约为1775米，二者间的势差为75米。源头处的液化的泥砂在震后10分钟内便汹涌而至，流动速度快、冲击力大，会迅速破坏和掩埋沿途建筑和村民。蓝色箭头代表地表水和地下水的流向。
原来，源头区域松散的砂土和砂砾层内部有大量孔隙，周围山体和盆地表面的降水长期聚集在下面的砂土层中，加之2016年以来新修建的水渠在灌溉时下渗的地表水（可以从卫星照片及源头上方散落的水渠等判断）。
图6 地震液化后的砂土发生坍塌，迅速向下方汇集。液化现场可以散落的水利设施 （来源：兰州大学孟兴民）。
地震发生时，地下饱含水的砂土层瞬间液化，并造成上部的松散沉积物塌陷，与液化的泥砂混合，顺着地势向下方的村庄汹涌汇集。因此，称这次发生在草滩村和金田村的灾害为砂涌所致未尝不可，它强调的是触发机制。称其为地震泥流主要考虑了液化后的大量物质汇集后的侵害过程与普通泥石流有些相似。
从本质上，所谓的地震-泥流与砂涌的触发机理是相同的，都是地震导致的砂土液化。如果想强调地震-泥流，需要特别明确以下几点，其一是触发机制：主要是地震波的振动；其二是水的来源：是地下砂土层中固有的孔隙水，而不是直接来自地表降水；第三是发生的位置：泥石流发生的区域比较容易判定，一般位于山洪沟或周边的斜坡，而地震液化触发的砂涌和地震泥流则复杂得多，这次地震提供了一个惨痛而鲜明的实例；第四，这与2018年日本北海道发生的土壤液化滑坡并不完全一样，从照片上推断，这次的液化源头现场更接近于砂涌。
图7 地震液化源头处的土层崩塌现场，液化后冒出的水已结冰，右下侧为被液化砂土截断的水渠（摄影：汪杰）
图8 沿天然沟谷向下流动的液化砂土，在谷底留下了泥水（摄影：汪杰）
3. 本次震后出现「淤泥」包裹村庄的现象，对我们认识地震及灾后预防次生灾害有哪些意义？
地震砂土液化是非常普遍的现象，由其造成的灾害属于地震次生灾害。
大量的实验和观察发现，一般大于里氏5级的地震都可以导致震中附近饱和砂土的液化，砂土液化的范围也通常远大于地震直接造成的地表破裂范围｡仅以我国的地震为例。1668年山东郯城8.5级地震的最大液化范围达800km,1920年宁夏海原8.5级大地震的液化范围超过600km。1966年发生的河北邢台地震(6.8级)､1975年的辽宁海城地震(7.3级)､1976年的河北唐山地震(7.8级)､1999年的台湾省集集地震(7.6级)以及2008年的四川汶川地震(8.0级)都伴随有严重的砂土液化现象。
图9 唐山地震砂土液化范围，来源：唐山地震博物馆
与这次发生在金田村和草滩村的由地震后液化砂土包裹村庄的灾害类似的现象在世界范围内是有先例的，特别是2018年9月28日发生在印度尼西亚苏拉威西岛的7.5级地震，造成至少4340人死亡，上万人受伤。其中绝大多数死亡是因为地震砂土液化导致的滑坡和泥石流。大面积的土壤液化还毁坏了9718公顷的农作物。
图10 2018年10月2日卫星照片，记录了9.28地震砂土液化导致的滑坡，大量房屋堆叠在一起，造成数千生命损失。
图11 汶川地震产生的砂土液化现象，形成多种形态（拍摄者：李海兵）
图12 汶川地震导致岷江沿岸砂土液化，并顺势流向岷江河床（李海兵 摄）
图13 2011年新西兰基督城地震液化导致的泥水泛滥场景（来源网络）
2023年12月21日14时，在草滩村 2 号点的一处民宅，消防战士发现一个令人震惊的场景，3个成人围成一个圈保护2个小孩。这种人间大爱的场面不由得我们想起相距这次灾害现场不足十千米远的喇家遗址，那里有几乎同样的母亲守护孩子、返身救助亲人的场面。所以，喇家遗址挖掘出的先民们完全有可能就是遭遇了类似的过程。它对于认识和预防地震次生灾害以及灾后重建具有重要的参考意义。
图14 灾难到来时，伟大的母亲——喇家遗址博物馆（照片来自网络）
图15 灾难到来时，伟大的母亲——喇家遗址博物馆（照片来自网络）
不要想当然地认为一些坡地特别是干旱或半干旱区的坡地不具备砂土液化的条件。 地表干旱，并不意味着地下砂土层一定干的。在地表进行大量开垦且地势起伏较大的区域，人工造田和灌溉可以加速或加重地层的含水性，增加水土流失和砂土液化的风险。在灾区重建时，要尽量对周边的地质地貌条件、土壤、植被情况等做详细的勘查工作，尽量在选址时避开未来可能再发生类似灾害的区域。
图16 2023年10月，回龙观小学一位小同学居然把地震砂土液化造成的「砂涌」过程用图示正确地表示了出来
苏德辰 中国地质科学院地质研究所 创作于2024年1月1日
