劉 軍 宋立軍 溫和平 譚 明 古麗孜帕

（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆烏魯木齊 830011）

引言

破壞性地震發(fā)生后，快速、準(zhǔn)確地提供震害損失評估結(jié)果及震區(qū)的各類基礎(chǔ)信息是地震應(yīng)急期間一項重要的任務(wù)（周文等，2012）。在震情研判、現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查策略制定中，準(zhǔn)確的快速評估結(jié)果能為指揮長提供決策依據(jù)，顯著提高救援效率。經(jīng)歷過汶川、玉樹及近年新疆多次破壞性地震后，科研人員逐漸意識到快速、準(zhǔn)確地進行震害評估，是地震應(yīng)急工作亟需解決的問題之一（李東平等，2011a）。

本文結(jié)合2014年2月12日新疆于田7.3級地震，將ShakeMap烈度圖應(yīng)用到應(yīng)急指揮中心的快速損失評估系統(tǒng)中，其評估結(jié)果與官方公布的直接經(jīng)濟損失結(jié)果較為接近。實踐表明，應(yīng)用考慮了場地因素的ShakeMap烈度圖的快速評估結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，其相對于當(dāng)前各省局運行的“十五”應(yīng)急指揮系統(tǒng)有明顯的改善。

1 震區(qū)及地震破壞概況

本次地震的震中主體位于新疆和田地區(qū)的于田縣和民豐縣以及與阿爾金山硝爾庫勒盆地西部（北緯36°06'，東經(jīng)82°30'），震中海拔高度4500—5000m。通過對災(zāi)區(qū)6個縣216個調(diào)查點展開實地調(diào)查，并結(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度區(qū)及Ⅷ度區(qū)分布在高山無人區(qū)，等震線長軸呈北東東走向分布，Ⅵ度和Ⅶ度區(qū)為實際調(diào)查得出的結(jié)果（圖1）。其中，高山極震區(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)，長軸為252km，短軸為140km，面積23210 km2；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，長軸為508km，短軸為330km，面積105100km2。Ⅵ度區(qū)和Ⅶ度區(qū)總面積為128310km2。

圖1 于田7.3級地震烈度圖Fig. 1 Earthquake intensity map of Yutian 7.3 earthquake

本次地震震區(qū)位于昆侖山北麓平原區(qū)，總體地勢呈南高北低，地勢平坦，向北緩傾，坡度1°—3°。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，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。根據(jù)對周圍資料的收集整理，認為該地貌單元內(nèi)場地類別為Ⅱ—Ⅲ類（劉軍等，2014），如圖2所示。震區(qū)受災(zāi)人口主要位于該區(qū)。災(zāi)區(qū)大部分位于山前溢出帶，地下水位淺、地基土層軟弱等場地條件對地震動有放大作用，震害影響范圍較大。

圖2 震區(qū)場地分布圖Fig. 2 Site condition map of the earthquake effected region

在不同工程場地條件下，場地條件對震害和地震動具有明顯的影響，這對震后應(yīng)急指揮和災(zāi)情研判可起到積極的作用。在新疆地區(qū)多次破壞性地震中，因場地條件因素加劇局部地區(qū)的震害，出現(xiàn)烈度異常、構(gòu)建筑物震害破壞加重或是引起砂土液化等災(zāi)害。因此，為了更加科學(xué)地描述本次地震的烈度等震線圖，本文需要將上述ShakeMap的等值線圖進行校正。

2 ShakeMap烈度圖

現(xiàn)行的“十五”應(yīng)急指揮系統(tǒng)中自動產(chǎn)出的地震影響場采用點源衰減關(guān)系模型，雖然進行了本地化參數(shù)擬合工作，但是仍未充分考慮震區(qū)的區(qū)域構(gòu)造、地形地貌特征及場地效應(yīng)等因素，影響場還不能客觀地反映區(qū)域地震動形態(tài)。而基于ShakeMap影響場能更清晰地反映地震動的分布情況，甚至能考慮到震源機制等因素，因此，采用ShakeMap的地震影響場能更好地解決上述問題。

2.1 ShakeMap烈度圖

ShakeMap地震動等值線圖需要采用地震動的峰值地面加速度（PGA）和峰值地面速度（PGV）進行計算。首先根據(jù)對應(yīng)地震動衰減關(guān)系和有限斷層模型及計算出的研究區(qū)域的震動值，然后通過QTM地形高層數(shù)據(jù)或30m平均剪切波速計算場地效應(yīng)對地震動進行校正，并通過GMT繪出等值線圖（陳鯤等，2010）。

本文對研究區(qū)域進行了網(wǎng)格劃分。首先利用于田7.3級地震加速度峰值衰減關(guān)系來確定網(wǎng)格點的PGA值，然后再用有記錄站點的觀測值來修正這個估計值，同時參考場地周邊臺站的峰值地表加速度值加以“平滑化”，即可估計該場地峰值加速度（澤仁志瑪?shù)龋?006）。在本次地震震區(qū)周圍，距震中610km的西克爾強震臺記錄到的加速度最大峰值為3.9gal（南北向）。利用自然臨近法（王薇等，2005），通過強震臺記錄對其進行校正，可得到整個區(qū)域的ShakeMap烈度圖（見圖3）。

圖3 ShakeMap烈度圖Fig. 3 Chart of intensity based on the ShakeMap

2.2 ShakeMap烈度圖校正

ShakeMap系統(tǒng)能在震后快速、自動地得到地震動圖，并根據(jù)儀器烈度和地震震級、震中位置及當(dāng)?shù)氐膱龅貤l件等因素來計算和校正該地震的烈度圖，同時及時通過網(wǎng)絡(luò)以多種形式來對信息和記錄圖進行發(fā)布，這在破壞性地震發(fā)生后的應(yīng)急工作、現(xiàn)場救援規(guī)劃和科學(xué)研究等多方面都具有非常重要的意義。

ShakeMap地震動等值線圖需要采用地震動的峰值地面加速度（PGA）和峰值地面速度（PGV）進行計算。首先根據(jù)對應(yīng)的地震動衰減關(guān)系和有限斷層模型，可計算出研究區(qū)域的地震動值，然后通過QTM地形高層數(shù)據(jù)或30m平均剪切波速計算場地效應(yīng)，對地震動進行校正，并通過GMT繪出等值線圖（陳鯤等，2010）。

式中，V0是基巖的剪切波速，取1050m/s；是地下30m的平均剪切波速；ma和mv是與基巖峰值加速度有關(guān)的統(tǒng)計參數(shù)。

表1 場地放大系數(shù)Table 1 The site amplification factors

通過上述模型，可對ShakeMap烈度圖進行改進，圖4為考慮了區(qū)域場地效應(yīng)的ShakeMap烈度圖。由改進后的圖4可以看出，于田、民豐與策勒縣位于山前溢出帶，地下水位淺、地基土層軟弱等場地條件對地震動有放大作用，震害影響范圍較大，符合現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查的事實。

圖4 考慮了場地效應(yīng)的ShakeMap等值線圖Fig. 4 The ShakeMap with consideration of site effect

2.3 不同模型的烈度圖比較

為了驗證考慮了區(qū)域場地效應(yīng)的烈度分布圖，本文將其與“十五”系統(tǒng)烈度圖、ShakeMap烈度圖及現(xiàn)場調(diào)查的烈度圖進行了比較。烈度調(diào)查結(jié)果來自新疆地震局官方公布的烈度分布圖。通過對災(zāi)區(qū)各烈度區(qū)的長短軸的長度及烈度圈的面積進行比較，可以得到如表2所示的結(jié)果。

表2 不同模型的各烈度區(qū)破壞特征表Table 2 Estimated damage from different models

由表2可以看出，采用點源模型的“十五”應(yīng)急指揮系統(tǒng)，在近場和遠場地區(qū)，模擬出的災(zāi)區(qū)的各烈度區(qū)大小與實際都有明顯的差距；未考慮災(zāi)區(qū)場地條件的ShakeMap烈度圖，在Ⅸ度區(qū)和Ⅷ度區(qū)的烈度衰減關(guān)系與實際比較接近。在災(zāi)區(qū)的于田、策勒及民豐等地區(qū)，場地類別為Ⅱ—Ⅲ類，地下水位淺、地基土層軟弱等場地條件對地震動有放大作用，原ShakeMap烈度圖對場地條件因素的影響缺乏考量，Ⅶ度區(qū)和Ⅵ度區(qū)與實際的破裂大小有明顯的差距。而考慮了區(qū)域場地效應(yīng)的ShakeMap烈度圖無論是在近場還是在遠場，破裂大小與實際值都比較吻合，較客觀地反映了災(zāi)區(qū)的地震動特征。

3 于田7.3級地震快速損失評估

通過對災(zāi)區(qū)各類房屋建筑面積的統(tǒng)計，并結(jié)合本次地震災(zāi)區(qū)的房屋破壞比、房屋損失比及房屋重置單價，可計算出災(zāi)區(qū)房屋建筑的經(jīng)濟損失（李東平等，2011b）。從上述4種烈度圖產(chǎn)出的直接經(jīng)濟損失與現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果對比可發(fā)現(xiàn)（表3），考慮了場地效應(yīng)的ShakeMap烈度圖的直接經(jīng)濟損失為9.3億元人民幣，這與新疆地震局公布的直接經(jīng)濟損失10.8億元最接近，誤差為-13%，符合國家減災(zāi)委對災(zāi)情快速評估的誤差（30%）要求。由此可見，在進行震害快速評估工作中，利用改進的ShakeMap烈度圖能更準(zhǔn)確地計算出災(zāi)區(qū)的直接經(jīng)濟損失，提高了震害快速評估的質(zhì)量。

表3 不同模型下直接經(jīng)濟損失結(jié)果對比表Table 3 The direct economic loss estimated from different models

4 結(jié)語

本文嘗試將ShakeMap烈度圖利用在2014年2月12日新疆于田7.3級地震快速損失評估中，其結(jié)果表明，考慮了場地效應(yīng)的ShakeMap烈度圖明顯優(yōu)于當(dāng)前“十五”應(yīng)急指揮系統(tǒng)的點源衰減關(guān)系模型的等震線圖，能更好地為地震災(zāi)害損失評估服務(wù)；與官方公布的災(zāi)區(qū)直接經(jīng)濟損失10.8億元相比，誤差為-13%，符合國家減災(zāi)委、民政部減災(zāi)中心對災(zāi)情快速評估的誤差（30%）要求。此外還可發(fā)現(xiàn)，具體到各縣市，利用 ShakeMap烈度圖計算的結(jié)果與實際情況更為接近，而利用“十五”應(yīng)急指揮系統(tǒng)的線性衰減關(guān)系模型會造成較大的評估誤差，這在一定程度上可能會影響救災(zāi)的部署和決策。由此可見，采用了改進的 ShakeMap烈度圖能顯著提高快速震害損失評估的結(jié)果，在地震應(yīng)急中發(fā)揮良好的實用價值。

隨著ShakeMap系統(tǒng)的不斷完善，其應(yīng)用價值必將會進一步得到擴展?？梢越Y(jié)合中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司頒布的《破壞性地震應(yīng)急專題地圖產(chǎn)出流程與操作規(guī)范》的要求，對專題圖件進行繪制并為現(xiàn)場調(diào)查工作提供豐富的專題圖件。在地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)中，可以嘗試?yán)么罅繗v史破壞性地震的ShakeMap烈度圖與當(dāng)前“十五”應(yīng)急指揮系統(tǒng)的地震影響場模型進行對比分析，進一步深入探討ShakeMap烈度圖的實用性和優(yōu)勢，更好地應(yīng)用于地震快速評估工作中。

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