譚明 孫靜 李帥 陳建波 吳傳勇 姚遠(yuǎn) 常想徳王瓊 伊力亞爾·阿不力孜

新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊新市區(qū)科學(xué)二街338號 830011

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2014年2月12日17時19分50秒，新疆于田縣發(fā)生MS7.3地震，震 中 位 于 北 緯 36.1°，東 經(jīng) 82.5°，震 源 深 度 12km(http://news. ceic. ac. cn/CC20140212171950.html)。截至2014年3月4日23時59分，于田單臺記錄ML1.0以上余震6321次，其中5.0～5.9級3次，4.0～4.9級33次，3.0～3.9級164次，最大余震為ML5.8。中國地震局地球物理研究所采用CAP方法的矩張量反演結(jié)果表明，本次地震為走滑型，破裂面走向為239°，與阿爾金斷裂的走向基本一致。中國地震局地震預(yù)測所據(jù)國產(chǎn)GF-1型高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，本次地震在硝爾庫勒盆地南緣造成長約10km的地表破裂帶(http://www.cea-ies.ac.cn/manage/html/8a9080a125b29b1b0125b2a3093a0002/content/14_02/24/1393211859618.html)，并初步判定本次地震的發(fā)震構(gòu)造為阿爾金斷裂。微觀震中位于海拔4500m左右，人跡罕至，距于田縣和民豐縣均110km，距和田市250km，于田縣和民豐縣震感強(qiáng)烈。地震未造成人員傷亡;造成居住房損壞297萬m2，毀壞和嚴(yán)重破壞達(dá)42.2萬m2，其中以老舊土坯房為主。地震還造成羊圈、公用房屋、市政設(shè)施、交通設(shè)施等的破壞，但占直接經(jīng)濟(jì)損失的比例較小。另外，部分2004年后建設(shè)的木架結(jié)構(gòu)抗震安居房在這些抗震房中出現(xiàn)明顯震害，2011年后建設(shè)的安居富民房震害較輕。這些抗震房是災(zāi)區(qū)開展抗震房(抗震安居房、安居富民房)建設(shè)以來首次遭受到較大成災(zāi)破壞。

1 烈度分布與場地條件

中國地震局、新疆地震局、和田地區(qū)地震局聯(lián)合地震現(xiàn)場工作隊通過216個抽樣調(diào)查點的震害調(diào)查分析，依據(jù)相關(guān)規(guī)范(中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2009;中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2011)開展地震現(xiàn)場烈度評定工作，結(jié)合震源破裂和歷史地震理論數(shù)據(jù)計算及地震的矩張量反演結(jié)果，推測Ⅸ度、Ⅷ度區(qū)分布在高山無人區(qū)，等震線長軸呈NEE走向分布，Ⅵ度、Ⅶ度區(qū)依據(jù)實際調(diào)查結(jié)果綜合確定地震烈度圖(圖1)(http://www.xj.earthquake.cn/manage/html/ff808181126bebda01126bec4dd00001/_content/14_02/15/1392452125781.html)。極震區(qū)的Ⅸ度區(qū)長半軸為36km，短半軸為8km，面積約948km2;Ⅷ度區(qū)長半軸為65km，短半軸為22km，面積約3483km2;Ⅶ度區(qū)西南自策勒縣奴爾鄉(xiāng)，東北至民豐縣葉亦克鄉(xiāng)，長半軸為252km，短半軸為140km，面積23210km2;Ⅵ度區(qū)西南自和田縣喀什塔什鄉(xiāng)，東北至巴音郭楞蒙古自治州且末縣昆其布拉克牧場，長半軸為508km，短半軸為330km，面積105100km2。本次地震災(zāi)害影響范圍主要在塔里木盆地南緣，震害以Ⅵ度、Ⅶ度破壞為主，災(zāi)區(qū)總面積約128310km2。Ⅶ度區(qū)內(nèi)包括于田縣阿羌、民豐縣葉亦克、策勒縣博斯坦和奴爾等4個鄉(xiāng)，Ⅵ度區(qū)涉及于田縣、民豐縣、策勒縣、洛浦縣、和田縣、且末縣的29個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和于田縣、民豐縣、策勒縣的縣城區(qū)及城關(guān)鎮(zhèn)的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位，災(zāi)區(qū)共涉及39個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)(場)單位，災(zāi)區(qū)總?cè)丝?5萬余人①中國地震局等，2014，2014年2月12日新疆于田7.3級地震災(zāi)害損失評估報告。

圖1 2014年2月12日于田7.3級地震烈度及調(diào)查點分布

本次震區(qū)地貌單元分為昆侖山中、高山區(qū)和昆侖山北麓平原區(qū)(圖2)。受災(zāi)人口主要位于昆侖山北麓平原區(qū)，平原區(qū)河流呈扇形撒開，沖溝不發(fā)育，沉積物顆粒由南向北逐漸變細(xì)，靠近山前屬于礫質(zhì)平原區(qū);在315國道兩側(cè)約10km范圍(包括策勒、于田和民豐縣城)，屬土質(zhì)平原區(qū)，地下水位也逐漸抬升，形成綠洲;北部為風(fēng)積平原區(qū)，多屬移動式沙丘。越靠近山前場地條件越好，Ⅶ度區(qū)場地條件主要以基巖或Ⅱ類場地為主，Ⅵ度區(qū)場地條件較差，多為Ⅱ類與Ⅲ類場地過渡地帶。

圖2 震區(qū)地形地貌圖

2 震害調(diào)查分析

本次地震災(zāi)害以房屋震害為主，房屋直接經(jīng)濟(jì)損失8.8億元，占總經(jīng)濟(jì)損失的81%。同時，地震對部分農(nóng)牧業(yè)、交通和市政設(shè)施等造成一定程度損失。

2.1 房屋震害調(diào)查分析

由于Ⅸ度及Ⅷ度區(qū)分布在高山無人區(qū)，無明顯震害分布，為推測烈度，Ⅶ度和Ⅵ度區(qū)依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查建筑物震害確定，建筑物震害主要表現(xiàn)為鄉(xiāng)鎮(zhèn)單層民房和縣城多層住宅及公用建筑的破壞。

2.1.1 單層民房

災(zāi)區(qū)單層民房的結(jié)構(gòu)類型可分為土坯房、木架結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)。土坯房包括農(nóng)村居民的老舊干打壘土墻或土坯砌筑墻體;木架房屋為2004年后第一批建設(shè)的抗震安居房(周鐵剛等，2009)，覆蓋率較高;磚木結(jié)構(gòu)房屋主要為2011年后新疆農(nóng)村地區(qū)開始實施的、按更高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的安居富民房和村委會的部分公共用房。單層民房的震害特點如下:

(1)土坯房在災(zāi)區(qū)的鄉(xiāng)村中相對普遍，其修建年代較早，自建比例超過90%。當(dāng)?shù)攸S土砂質(zhì)含量較高，粘力差，承載能力弱，也容易被風(fēng)雨侵蝕。土坯墻體由于多年風(fēng)雨侵蝕，年久失修，在本次地震作用下，烈度Ⅶ度區(qū)有15%左右的土坯房被毀壞，70%左右受到破壞，本次地震房屋直接經(jīng)濟(jì)損失以該類房屋破壞為主，圖3(a)為土坯房倒塌。

(2)木架結(jié)構(gòu)房屋為較早的抗震安居房結(jié)構(gòu)形式之一，木制圈梁和立柱，墻體以木條或樹枝編織構(gòu)成，內(nèi)外墻附草泥，當(dāng)?shù)厮追Q笆子墻房屋。災(zāi)區(qū)該類抗震房覆蓋率較高，于田縣基本全覆蓋，為減少災(zāi)區(qū)地震災(zāi)害損失，保護(hù)群眾生命安全發(fā)揮了重要作用。該類房屋自重小，結(jié)構(gòu)輕，抗震性能良好，墻體不易產(chǎn)生整體倒塌等破壞。本次地震未造成大面積木架結(jié)構(gòu)房屋的嚴(yán)重破壞，Ⅶ度區(qū)僅極少數(shù)房屋屋頂、墻角塌落，但該類房屋墻體由于風(fēng)雨侵蝕和木制老化等原因，草泥與笆子墻粘合度降低，加上災(zāi)區(qū)多次經(jīng)歷5級以上地震，本次災(zāi)區(qū)Ⅶ度區(qū)有35%木架房屋的墻體草泥局部或較大面積脫落，減弱了房屋保溫性能，影響到正常居住(圖3(b))。

(3)磚木結(jié)構(gòu)是2011年實施安居富民工程的主要結(jié)構(gòu)形式，各縣完成情況不一，完成率為30%～70%。磚木房屋除安居富民房外，還有部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民自建及鄉(xiāng)鎮(zhèn)公用房屋，部分較為老舊。少數(shù)居民自建和老舊公用房屋由于年久失修和施工質(zhì)量較差，產(chǎn)生了輕微甚至中等程度的破壞，Ⅶ度區(qū)約有5%磚木結(jié)構(gòu)房屋受到嚴(yán)重破壞，10%的磚木結(jié)構(gòu)房屋受到破壞(圖 3(c)、3(d))。

2.1.2 多層磚混結(jié)構(gòu)房屋

多層磚混結(jié)構(gòu)房屋主要集中在縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))政府所在地，一般按Ⅵ度設(shè)防。震害調(diào)查表明，Ⅶ度區(qū)內(nèi)磚混結(jié)構(gòu)房屋部分出現(xiàn)輕微裂縫;Ⅵ度區(qū)出現(xiàn)少量輕微裂縫，震害不明顯，整體設(shè)計合理、施工規(guī)范的磚混結(jié)構(gòu)房屋基本保持完好無損。多層磚混房屋雖然震害較輕，但具有一定的普遍特征，即震害主要為門窗洞口墻體上下角斜裂縫、墻體水平裂縫、墻體豎向裂縫、墻體斜裂縫等(圖4)。

2.1.3 多層框架結(jié)構(gòu)房屋

多層框架結(jié)構(gòu)房屋主要集中在各縣城區(qū)。這次地震中，框架結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)完好，但有不少房屋填充墻產(chǎn)生裂縫以及裝飾、裝修等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到破壞。大量震害實例表明，不同震級、震中距的地震所造成的破壞，即使地震動強(qiáng)度或烈度相同，建筑的破壞特征也不盡相同(彭承光等，2004)。于田縣城和民豐縣城距離震中約為110km，影響烈度為Ⅵ度，比震中烈度低Ⅲ度，對于距震中較遠(yuǎn)的框架結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生輕微震害;災(zāi)區(qū)場地土類別介于Ⅱ、Ⅲ類之間，地基土軟弱，在Ⅵ度區(qū)該地震同樣會對框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生輕微震害。

(1)框架結(jié)構(gòu)的填充墻裂縫

本次地震中，框架填充墻開裂現(xiàn)象普遍，最主要的原因是填充墻多采用空心磚或者混凝土砌塊，使得填充墻的側(cè)向剛度大于框架的側(cè)向剛度，框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，框架柱的變形大，填充墻與框架柱變形不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致填充墻產(chǎn)生輕微裂縫(圖5)。

(2)墻面抹灰及裝修等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到破壞

圖3 單層房屋破壞

圖4 多層磚混結(jié)構(gòu)房屋墻體破壞

抗震規(guī)范要求，建筑長度超過50m的建筑必須設(shè)置防震縫，且沉降縫、防震縫、伸縮縫的設(shè)置應(yīng)做到三縫合一。然而，實際施工中，為了施工方便或者追求立面的美觀，往往設(shè)置的防震縫寬度不夠或采用剛性材料填充，使防震縫兩側(cè)墻體的水平位移受到限制，地震時墻體抹灰破壞或開裂(圖6(a)、6(b))，類似破壞在磚混結(jié)構(gòu)居住房屋中也普遍存在。裝修、裝飾工程受到的破壞主要為建筑受地震影響產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動使內(nèi)外墻瓷磚酥裂和脫落、踢腳線脫落以及吊頂石膏板墜落等(圖6(c)、6(d))，該類破壞多集中于縣城用房和居住房屋，主體結(jié)構(gòu)均完好。

圖5 框架結(jié)構(gòu)填充縫開裂

圖6 墻面抹灰與裝飾、裝修破壞

2.2 其他設(shè)施震害調(diào)查

地震還造成災(zāi)區(qū)農(nóng)牧業(yè)、交通和市政等設(shè)施破壞，直接經(jīng)濟(jì)損失近2億元，占總經(jīng)濟(jì)損失的19%。農(nóng)牧業(yè)的震害包括羊圈墻體的裂縫、垮塌和牲畜死亡、天然草場滑塌、溫室大棚的墻體破壞，而溫室大棚的墻體破壞主要表現(xiàn)為墻體的局部倒塌或裂縫。在農(nóng)牧業(yè)損失中羊圈倒塌和牲畜死亡震害最為嚴(yán)重;交通系統(tǒng)受到的破壞主要是橋梁和管涵發(fā)生輕微程度的裂縫以及鄉(xiāng)村公路邊坡小型滑塌，破壞較輕;市政設(shè)施受到的破壞主要是于田縣城的供水管網(wǎng)地下埋置主管網(wǎng)出現(xiàn)漏水點、熱源地磅抽水井下沉和污水處理廠清水池維護(hù)墻開裂等，經(jīng)維修后仍可繼續(xù)使用(圖7)。

圖7 其他主要震害現(xiàn)象

3 破壞性地震對比分析

據(jù)歷史地震記錄，沿阿爾金斷裂帶曾發(fā)生過多次7級以上地震，之前最近的一次是2008年3月21日于田MS7.3地震，震中位于阿爾金斷裂西南郭扎錯一帶，西昆侖和巴顏喀喇地塊之間的阿爾金斷裂西南端NE向張性剪切段附近(徐錫偉等，2011)，在此次于田MS7.3地震震中西南約100km，距離居民聚居區(qū)相對較遠(yuǎn)，地震未造成人員傷亡，造成直接經(jīng)濟(jì)損失1.9億元②中國地震局等，2008，2008年3月21日新疆于田-策勒7.3級地震災(zāi)害損失評估報告。表1給出了兩次MS7.3地震的重要參數(shù)及損失統(tǒng)計。

和田地區(qū)兩次MS7.3地震震中區(qū)均位于昆侖山高寒無人區(qū)，受災(zāi)地區(qū)都以塔里木盆地內(nèi)Ⅶ度、Ⅵ度區(qū)為主。但由表1可知，兩次地震的涉及范圍和損失程度相差較大，2008年MS7.3地震Ⅶ度區(qū)長半軸為123km，短半軸為72km，面積27340 km2;Ⅵ度區(qū)長半軸為187km，短半軸為136km，面積52080 km2。Ⅶ度區(qū)面積與本次地震基本一致，Ⅵ度區(qū)面積約為本次地震的一半，長、短半軸比本次地震分別小67、29km。災(zāi)區(qū)僅涉及和田地區(qū)于田縣、策勒縣的16個鄉(xiāng)，災(zāi)區(qū)總?cè)丝?8.6萬，而本次地震災(zāi)區(qū)總?cè)丝跒?5萬，災(zāi)區(qū)范圍的變化是造成直接經(jīng)濟(jì)損失不同的重要因素。

表1 兩次7.3級地震的重要參數(shù)及損失統(tǒng)計

兩次地震受災(zāi)范圍不同的原因有兩方面:一是震中位置和震源深度不同，兩次地震震中均位于昆侖山高山區(qū)，但2008年MS7.3地震距離人口聚居區(qū)更遠(yuǎn)，加之震源較深，災(zāi)害的影響范圍相比本次地震較小;二是場地條件的影響，震中位于昆侖山區(qū)，但人口聚居區(qū)主要位于塔里木盆地南緣的山前平原區(qū)，主要集中在地基土層軟弱、地下水位淺的土質(zhì)平原區(qū)，粉、細(xì)砂層厚度達(dá)百米以上，導(dǎo)致地震動產(chǎn)生明顯的放大作用，震害影響范圍較大。這在烈度Ⅶ度區(qū)和Ⅵ度區(qū)范圍上也有所佐證，兩次7.3級地震Ⅶ度區(qū)影響范圍均分布在山區(qū)，兩次地震Ⅶ度區(qū)長、短半軸基本一致;但Ⅵ度區(qū)就有所不同，本次MS7.3地震更靠近山前塔里木盆地邊緣，Ⅵ度區(qū)長、短半軸明顯增加。

直接經(jīng)濟(jì)損失方面，本次地震震中位于2008年MS7.3地震震中東北100km，距離人口聚居區(qū)相對較近，影響范圍和災(zāi)區(qū)人口數(shù)量都很大，造成直接經(jīng)濟(jì)損失10.8億元，;2008年于田MS7.3地震造成直接經(jīng)濟(jì)損失1.9億元，差別也較大。但從人均經(jīng)濟(jì)損失考慮，本次地震災(zāi)區(qū)人均直接經(jīng)濟(jì)損失為2400元，2008年MS7.3地震為1020元。不考慮價格因素，本次地震人均直接經(jīng)濟(jì)損失是2008年MS7.3地震的2.4倍。兩次地震發(fā)生時間相距6年，直接經(jīng)濟(jì)損失的變化符合新疆歷史地震災(zāi)害統(tǒng)計認(rèn)識，即對于一般和較大地震災(zāi)害，災(zāi)區(qū)人均直接經(jīng)濟(jì)損失為1000～3000元③譚明等，2011，新疆破壞性地震災(zāi)害特征研究報告(其為歷史震害直接經(jīng)濟(jì)損失的直接統(tǒng)計數(shù)據(jù)，未考慮價格上漲等動態(tài)因素)。

4 結(jié)論與討論

通過對2014年2月12日于田MS7.3地震烈度分布和主要震害現(xiàn)象的調(diào)查整理，并與歷史破壞性地震災(zāi)害進(jìn)行對比分析，對該地震的震害特征得到如下認(rèn)識。

(1)本次地震災(zāi)區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型包括土坯房、木架結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，但鄉(xiāng)村居住房屋多以老舊土坯房、木架結(jié)構(gòu)抗震房為主，磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)主要為公用房屋的結(jié)構(gòu)形式。地震災(zāi)區(qū)為經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，基礎(chǔ)建設(shè)薄弱，災(zāi)區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)類型抗震性能差，存在大量的老舊土坯房屋，老舊土坯房受到的破壞占本次地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失的比例較大，其他結(jié)構(gòu)類型房屋的震害相對較輕。

(2)抗震安居房受到成災(zāi)破壞的主要原因是早期建設(shè)的抗震安居房以保護(hù)生命為首要目的，為保證地震高發(fā)區(qū)群眾早日住進(jìn)抗震安居房，2004年后第1批建設(shè)的抗震安居房選擇施工方便和造價相對低廉的木架結(jié)構(gòu)房屋，這批房屋在災(zāi)區(qū)覆蓋率高，在近幾年災(zāi)區(qū)地震頻發(fā)的情況下發(fā)揮了重要的減災(zāi)作用。但木架結(jié)構(gòu)-笆子墻房屋耐久性較差，又經(jīng)歷多次地震的影響，隨著時間的推移木架結(jié)構(gòu)-笆子墻房屋抗震性能下降較快，而2011年后建設(shè)的磚木結(jié)構(gòu)房屋——富民安居房抗震性能相對穩(wěn)定。因此，新建抗震房應(yīng)選擇安全性和耐久性更好的磚木結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)房屋，木架結(jié)構(gòu)-笆子墻抗震安居房作為災(zāi)區(qū)過渡性房屋結(jié)構(gòu)形式應(yīng)逐步被淘汰。

(3)抗震房發(fā)揮重要減災(zāi)效益。本次MS7.3地震轉(zhuǎn)移安置54648人，占災(zāi)區(qū)總?cè)藬?shù)的12%。與2008年MS7.3地震相比，兩次地震受災(zāi)人數(shù)和范圍都相差較大，但轉(zhuǎn)移安置人數(shù)卻相差不大，2008年MS7.3地震轉(zhuǎn)移安置61461人，占災(zāi)區(qū)人數(shù)的33%。由此可見，2004年開展抗震房建設(shè)以來，抗震房占災(zāi)區(qū)房屋比例的逐漸提高為減少轉(zhuǎn)移安置人口數(shù)量和救災(zāi)投入發(fā)揮了重要作用。

(4)本次地震距北部盆地邊緣人口密集區(qū)較近，場地條件為20m以上的粉細(xì)砂土覆蓋層，地下水位淺，地基土層軟弱，災(zāi)害范圍明顯增加。通過對比于田兩次MS7.3地震在山區(qū)以及平原區(qū)的受災(zāi)范圍可知，本次地震的Ⅵ度區(qū)范圍大于以往同級地震，軟弱場地對地震動的放大作用明顯。

(5)地震災(zāi)害的受災(zāi)范圍決定受災(zāi)人口數(shù)量，受災(zāi)人口數(shù)量的多少決定直接經(jīng)濟(jì)損失的大小，本次MS7.3地震與2008年MS7.3地震震級相同，但受災(zāi)范圍和受災(zāi)人數(shù)差別較大。初步認(rèn)為有如下三方面原因:一是2008年MS7.3地震震中距離人口密集區(qū)相對較遠(yuǎn)，與最近自然村的距離比本次地震的多40km;二是震源深度不同，2008年于田MS7.3地震震源深度33km，本次MS7.3地震為12km;三是場地條件存在差異，本次地震受軟弱場地對地震動放大作用的影響，震害范圍更大。