滿洪敏　劉影

新一代地震區(qū)劃圖北京地區(qū)的主要變化

滿洪敏劉影

滿洪敏，北京市地震局（北京市地震災(zāi)害防御中心）高級工程師。1988年畢業(yè)于南京大學(xué)地球科學(xué)系，獲學(xué)士學(xué)位；1988至2000年工作于山東省地震局地震工程研究院，從事年代學(xué)和地震地質(zhì)災(zāi)害研究工作；2003年畢業(yè)于北京大學(xué)地質(zhì)系，獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)主要從事北京地區(qū)地震安全性評價工作。

劉影，生于1975年，中國礦業(yè)大學(xué)應(yīng)用地球物理學(xué)本科，北京大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)碩士，北京市地震局工程師，工程場地地震影響評價專業(yè)一級地震安全性評價工程師。主要從事物探、強震觀測、地震安全性評價工作。

新一代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）（以下簡稱“五代圖”）將于2016年6月1日正式實施，與現(xiàn)行的地震區(qū)劃圖（GB 18306—2001）（以下簡稱“四代圖”）相比，五代圖給出的全國設(shè)防參數(shù)整體上有了適當(dāng)提高，北京地區(qū)設(shè)防參數(shù)的提高也很明顯。充分理解其中的變化，對五代圖的實施應(yīng)用、我市防震減災(zāi)規(guī)劃的貫徹執(zhí)行具有十分重要的意義。

表1　北京地區(qū)五代圖、四代圖潛源劃分結(jié)果對比

五代圖編制的技術(shù)背景

五代圖編制主要依據(jù)是過去十幾年監(jiān)測手段的進(jìn)步和地震資料的積累、強震機理研究的新成果和危險性預(yù)測技術(shù)的突破，其中包括三級潛在震源區(qū)劃分、活動斷裂探測調(diào)查及強震年發(fā)生率估計和地震動衰減關(guān)系的新認(rèn)識等。

對北京地區(qū)地震動參數(shù)的影響主要源于華北平原地震帶和汾渭地震帶的變化，下面說明這兩個地震帶有關(guān)技術(shù)要素的調(diào)整變化。

三級潛在震源區(qū)劃分和潛源參數(shù)的變化

五代圖創(chuàng)新性地提出三級潛源劃分方案，即在地震區(qū)帶劃分和潛源劃分之間，增加了地震構(gòu)造區(qū)的劃分。首先劃分出用于地震活動性參數(shù)統(tǒng)計的地震區(qū)帶，然后在地震區(qū)帶內(nèi)劃分出不同地震活動特征或者不同地震構(gòu)造模型的地震構(gòu)造區(qū)，最后在地震構(gòu)造區(qū)內(nèi)劃分出不同震級上限的潛在震源區(qū)。三級潛源劃分更合理地反映了地震帶內(nèi)不同區(qū)段構(gòu)造活動和地震活動的差異性，注重高震級潛在震源區(qū)的判識，因此高震級潛在震源區(qū)的數(shù)量顯著增加。

依據(jù)活斷層探測研究新成果，特別是“十五”期間城市活斷層探測成果，采用三級潛源劃分方案，北京區(qū)域范圍內(nèi)共劃分出震級上限Mu≥6.0潛在震源區(qū)39個（如表1所示），其中8.0級潛在震源區(qū)2個、7.5級潛在震源區(qū)4個、7.0級潛在震源區(qū)11個、6.5級潛在震源區(qū)11個、6.0級潛在震源區(qū)11個。與四代圖相比，7.0和7.5級潛在震源區(qū)數(shù)量增加明顯，分別增加了57%和33%，地震危險性有所增強。

地震活動性模型與相關(guān)參數(shù)的變化

與四代圖相比，五代圖的一個重要特點就是力求中強地震和大震的危險性都不會被低估。

與三級潛源劃分相適應(yīng)，五代圖提出了符合我國地震分布和活動特點的地震活動性模型，即以地震統(tǒng)計區(qū)、背景源、構(gòu)造源三者組合，綜合反映地震活動空間不均勻性以及地震活動與活動構(gòu)造之間的關(guān)系。背景源表征構(gòu)造地震以外的地震活動，其僅與中小地震活動相關(guān)；構(gòu)造源具有清晰的構(gòu)造背景，具備發(fā)生大震條件。地震統(tǒng)計區(qū)內(nèi)地震活動的不均勻性，由構(gòu)造源的中強地震活動和背景源中小地震活動共同表現(xiàn)。

b值和年發(fā)生率ν4直接反映了地震統(tǒng)計區(qū)的地震活動水平，受地震資料完整性、統(tǒng)計時段、統(tǒng)計方法等的影響，四代圖的b值、ν4普遍偏低（如表2所示）。ν4偏低導(dǎo)致地震數(shù)量估計不足和地震活動水平被低估；b值偏小導(dǎo)致中強地震危險性估計不足。即便對記錄較為完整的華北地區(qū)，歷史上中強地震資料也存在遺漏，導(dǎo)致b值偏小，因此四代圖對中強震危險性存在低估。另一方面，僅僅依靠統(tǒng)計資料獲得的b值，對大地震危險性的估計亦存在不合理。比如我國8級以上地震記載僅有700多年的歷史，而8級大震的重復(fù)間隔往往數(shù)千年，僅以幾百年的記錄資料估計大地震危險性顯然亦不合理。五代圖吸取了過去十幾年我國活斷層的探測與研究成果，通過活斷層參數(shù)對大地震發(fā)生率進(jìn)行約束，從而可以對大震的危險性做出更加合理估計。

總之，五代圖參考了國際上b值確定方法，采用歷史地震資料和現(xiàn)代臺網(wǎng)記錄資料相結(jié)合，在多方案計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合分析確定b值和ν4的估計值。五代圖中北京所在的華北平原地震帶和汾渭地震帶的b值和ν4值（見表2），與四代圖相比有較大變化。

表2　北京地區(qū)五代圖地震帶活動性參數(shù)與四代圖方案對比

衰減關(guān)系變化

五代圖衰減關(guān)系使用了更加豐富可靠的強震記錄和烈度資料，尤其是利用了美國NGA強震動數(shù)據(jù)庫資料；采用了具有大震近場飽和特征的地震動衰減模型；運用了更加穩(wěn)定的分步回歸方法；另外在衰減關(guān)系分區(qū)時充分考慮了地震活動特征的差異。與四代圖衰減關(guān)系相比，五代圖由于地震動衰減模型的變化和高震級強震記錄的增加，高震級下的峰值加速度有所降低，而中強地震區(qū)的峰值加速度在低震級時有所提高。

五代圖北京地區(qū)地震動參數(shù)變化

如前所述，與四代圖相比，五代圖北京地區(qū)的設(shè)防水平有所提高，具體變化如下。

峰值加速度PGA變化

全市大部分地區(qū)峰值加速度為0.20?g（Ⅷ度），占全市面積的59.3%，比四代圖的39.7%大幅增加（如圖1所示），增加的區(qū)域包括了密云（中部、南部及整個城區(qū)）、懷柔（中部、南部及北部城區(qū)）、昌平（西部、北部及西北部城區(qū)）、門頭溝（東部、西北部及西邊城區(qū)）、延慶（東部、東北部）和平谷（東部、西北部）。新增密云、懷柔、昌平、門頭溝區(qū)政府所在地升至0.20?g，這樣全部區(qū)政府所在地均在0.20?g區(qū)。

北京首次出現(xiàn)0.30 ?g區(qū)（Ⅷ度半），位于平谷區(qū)馬坊鎮(zhèn)，成為我市抗震設(shè)防烈度最高區(qū)域。北京地區(qū)峰值加速度分檔由四代圖的三檔（0.10?g、0.15?g、0.20?g）變?yōu)樗臋n（0.10?g、0.15?g、0.20?g、0.30?g）。

圖1　北京地區(qū)地震動峰值加速度區(qū)劃對比圖（a）四代圖；（b）五代圖

特征周期變化

全市大部分地區(qū)特征周期Tg為0.40 s，占全市面積的74%，比四代圖的58%大幅增加；0.45 s區(qū)域的面積也由1.5%增加到26%（如圖2所示）。特征周期Tg由四代圖的0.35 s、0.40 s統(tǒng)一調(diào)整為0.40 s、0.45 s，設(shè)計地震分組由第一、第二組調(diào)整為第二、第三組。特征周期Tg由0.40s提高到0.45 s涉及的區(qū)縣為：密云（中北部）、懷柔（北部）、延慶（東北部）、門頭溝（西部）和房山（西部），其余區(qū)縣均由0.35 s提高到0.40 s。

圖2　北京地區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃對比圖（a）四代圖；（b）五代圖

抗倒塌原則的體現(xiàn)

抗倒塌是五代圖編圖的基本原則，抗倒塌對應(yīng)的是抗御50年超越概率2%的地震動（罕遇地震動），而五代圖是50年超越概率10%的基本地震動的區(qū)劃結(jié)果，那么抗倒塌原則又是如何體現(xiàn)的呢？

按照我國現(xiàn)行的抗震設(shè)計規(guī)范，罕遇地震動按基本地震動的1.9倍計算。雖然五代圖區(qū)劃指標(biāo)是50年超越概率10%的基本地震動，但實際上是取50年超越概率10%的地震動與50年超越概率2%的地震動/1.9二者中的較大者作為區(qū)劃指標(biāo)，即Amax=Max（A10%/50Y，A2%/50Y/1.9）。這樣就保證了建設(shè)工程采用五代圖基本地震動參數(shù)的1.9倍進(jìn)行的罕遇地震動（大震）設(shè)計，其風(fēng)險水平不會低于50年超越概率2%的水準(zhǔn)。

我國以往的震害調(diào)查結(jié)果表明，重大人員傷亡財產(chǎn)損失的主要原因是建筑物倒塌。對于人口密集的高震級潛在震源區(qū)及其附近區(qū)域，抗倒塌就顯得尤為重要，北京是我國大陸唯一發(fā)生過8級地震的大城市，1679年三河—平谷8級地震給北京造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，在北京的城市建設(shè)和防震減災(zāi)規(guī)劃中，應(yīng)當(dāng)充分考慮罕遇地震的作用，采取相應(yīng)的抗倒塌舉措。反應(yīng)譜平臺值（βm）變化

根據(jù)五代圖規(guī)定，放大系數(shù)反應(yīng)譜平臺值（βm）為2.5，與四代圖的βm為2.25有較大變化。在根據(jù)峰值加速度和特征周期繪制反應(yīng)譜時須予注意。

針對不同場地條件的地震動雙參數(shù)調(diào)整

為滿足不同場地條件的抗震設(shè)防需求，五代圖提供了雙參數(shù)調(diào)整表，既調(diào)整反應(yīng)譜特征周期又調(diào)整峰值加速度，而四代圖僅調(diào)整特征周期。北京地區(qū)以Ⅱ、Ⅲ類場地居多，城區(qū)和東部地區(qū)多為Ⅲ類場地，西部和北部多為Ⅱ類場地。依據(jù)五代圖附錄E地震動峰值加速度值調(diào)整方法，我們計算了北京地區(qū)0.20?g分區(qū)不同場地類型和不同超越概率水平的地震動峰值加速度值（見表3）。

表3　北京0.2?g分區(qū)地震動峰值加速度確定結(jié)果

圖3　北京地區(qū)Ⅲ類場地多遇地震動反應(yīng)譜對比圖

由表3可以看出，北京地區(qū)0.20?g分區(qū)峰值加速度的調(diào)整主要是多遇地震動，對Ⅱ類場地多遇地震動峰值加速度為0.067?g，而Ⅲ類場地多遇地震動峰值加速度為0.086?g，提高了約30%。

根據(jù)五代圖的規(guī)定，Ⅲ類場地特征周期調(diào)整為0.55s，對比北京地區(qū)Ⅲ類場地地震動反應(yīng)譜（如圖3所示）可以看出，兩代圖之間的差異非常明顯，對北京城區(qū)和東部地區(qū)的影響尤為顯著。從保障建設(shè)工程的抗震能力出發(fā)，適當(dāng)提高多遇地震動（小震）即彈性設(shè)計地震動參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對北京這樣的人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

結(jié)束語

國內(nèi)外抗震救災(zāi)經(jīng)驗表明，減輕地震災(zāi)害最有效的途徑之一就是做好建筑工程的抗震設(shè)防，而抗震設(shè)防的主要依據(jù)是地 震動參數(shù)區(qū)劃圖，五代圖的頒布實施為全面提高我市抗震設(shè)防能力提供了科學(xué)依據(jù)和法律保障。