丁 香 王曉青 袁小祥 竇愛霞

2017年5月11日新疆塔什庫爾干5.5級地震生命損失評估對比分析1

丁 香 王曉青 袁小祥 竇愛霞

（中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036）

2017年5月11日，新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣發(fā)生5.5級地震。地震造成8人死亡、31人受傷以及財產(chǎn)損失，屬于典型的“小震大災(zāi)”。按照一般的地震災(zāi)害損失快速評估方法，得到的評估結(jié)果與實際結(jié)果差別較大。為探討評估結(jié)果偏離的原因，本文對不同地震損失評估方案進行比較分析，探討了地震致災(zāi)性（地震影響場分布）、承災(zāi)體（人口）分布等因素對地震損失評估結(jié)果的影響。結(jié)果表明在此次地震快速評估中，基于宏觀震中確定的地震影響場較微觀震中更接近實際分布；地震烈度衰減的平均估計模型給出的地震烈度區(qū)面積明顯小于實際面積；極震區(qū)存在抗震能力相對低的土木、磚木結(jié)構(gòu)房屋，是造成該地震震級相對小而生命損失相對大的“小震大災(zāi)”的重要原因。對比分析結(jié)果表明，提高人口、房屋建筑等風(fēng)險暴露數(shù)據(jù)的空間精準性，改善地震震中定位與地震影響場估計的準確性，將有助于提高地震應(yīng)急損失評估的準確性。

塔什庫爾干地震 生命損失評估 地震影響場 人口分布

引言

2017年5月11日，新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣（75.25°E，37.58°N）發(fā)生5.5級地震，震源深度8km。地震造成8人死亡、31人受傷以及財產(chǎn)損失[2]，屬于典型的“小震大災(zāi)”。然而，按照中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的地震速報參數(shù)，在震后第一時間（快速響應(yīng)階段）進行了地震災(zāi)害損失快速評估，認為本次地震不會造成人員死亡。為探尋地震災(zāi)害損失評估結(jié)果與實際情況差異的原因，本文對地震損失快速評估所涉及的地震參數(shù)、地震影響場分布、災(zāi)區(qū)人口分布等進行比較分析，以確定評估結(jié)果偏差的原因，為改進評估方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、提高地震風(fēng)險評估精度和震后損失快速評估準確性以及更好地為震前地震應(yīng)急準備、震后應(yīng)急救援處置決策提供參考。

1 研究思路與方法

地震發(fā)生后，地震造成的遇難人數(shù)可按照以下簡化模型計算（王曉青等，2019）：

其中，（）為地震動強度作用下的地震生命損失率（即死亡率）；（）為地震動強度對應(yīng)分區(qū)的人口數(shù)；（）為地震動強度作用下的地震風(fēng)險評估修正系數(shù)，受地形、場地、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀等因素的綜合影響，不考慮這些因素影響時（）取1。

地震災(zāi)害損失評估涉及地震致災(zāi)因素及其強度（地震動等）、人口與房屋建筑及其地震易損性等。為了探討地震災(zāi)害損失快速評估結(jié)果與實際結(jié)果偏離的原因，本文對比分析地震影響場評估方案、公里格網(wǎng)人口分布等對地震損失評估結(jié)果的影響，結(jié)合歷史地震案例探討地震影響場的不確定性，在此基礎(chǔ)上，對本次地震快速評估結(jié)果的偏離原因進行討論。

本文人口分布數(shù)據(jù)源自2015年重點監(jiān)視防御區(qū)確定研究中建立的人口公里格網(wǎng)分布數(shù)據(jù)集，該研究在第6次人口普查數(shù)據(jù)、人口經(jīng)濟年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)和居民地遙感解譯等大量數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上，通過建立多因素影響人口、房屋建筑時空分布預(yù)測模型，最終獲得了全國人口公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)集（丁玲等，2017；竇愛霞等，2019；袁小祥等，2019）。地震易損性數(shù)據(jù)采用了中國大陸分區(qū)分類的生命和房屋建筑地震易損性研究成果（張桂欣等，2017）。在此基礎(chǔ)上，編制了專門的基于GIS的地震風(fēng)險評估與災(zāi)后地震損失快速評估軟件系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)完成了2016—2025年中國大陸地震損失預(yù)測研究（王曉青等，2019）。本文將采用該系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫進行計算。

2 地震致災(zāi)因素影響分析

地震致災(zāi)因素主要包括地震動、同震破裂與地表位移、同震滑坡等。本次地震由于震級較小，沒有明顯的同震破裂、地表位移和同震滑坡，因此，主要的致災(zāi)因素是地震動。地表地震動強度分布受地震震級、震中位置、震源深度、地殼介質(zhì)性質(zhì)和表層土層性質(zhì)等諸多因素影響。震級較小的地震，由于其破壞較嚴重的極災(zāi)區(qū)范圍較小，故風(fēng)險暴露數(shù)據(jù)空間分布的精細度和準確性對地震損失評估結(jié)果有重要影響。

2.1 地震影響場評估模型選擇

本次地震的災(zāi)害損失主要受地震動分布的影響，而地震影響場受地震強度、空間位置、地震動衰減等因素的影響。為了分析地震致災(zāi)因素的影響，地震影響場采用地震烈度區(qū)分布，結(jié)合地震參數(shù)，選擇了3個地震影響場評估模型（表1）。

表1 地震影響場評估模型

評估模型a給出的快速評估影響場基于微觀震中和新疆地震烈度衰減模型，其中地震參數(shù)依據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心地震三要素正式速報結(jié)果：震級5.5級，微觀震中位置75.25°E、37.58°N，震源深度8km；震源破裂方向主要依據(jù)震中附近活動構(gòu)造方向確定。

新疆地震烈度衰減模型（俞言祥等，2013）為：

I＝5.6018＋1.4347－4.4899lg（R+25）（2）

I＝3.6113＋1.4347－3.8477lg（R+13） （3）

其中，R、R分別為橢圓衰減模型的長、短半軸（km）。

評估模型a符合震后第一時間損失快速評估的情形。依據(jù)該模型確定的地震影響場見圖1（a）。

圖1 不同評估模型的地震影響場分布

評估模型b基于地震現(xiàn)場調(diào)查評定的地震烈度圖，該模型完全依據(jù)地震現(xiàn)場工作隊開展大量實際震害調(diào)查后評定的地震烈度圖（新疆地震局，2017），不需要震中參數(shù)，也無需確定震源破裂方向。該模型的影響場與實際情況最相符（圖1（b））。

評估模型c基于宏觀震中和新疆地震烈度衰減模型。地震微觀震中代表地震初始破裂點在地表的投影，一般情況下，震源的初始破裂點并非破裂釋放能量最大的部位，而宏觀震中是地震造成破壞最為嚴重的地點。一般認為地震造成的最高烈度區(qū)的幾何中心點為地震宏觀震中位置。為了比較地震震中位置的不確定性對損失評估結(jié)果的影響，選取宏觀震中位置和新疆地震烈度衰減模型作為評估參數(shù)，所得到的地震影響場評估模型見圖1（c）。該模型中震源破裂方向主要依據(jù)震中附近活動構(gòu)造確定。

2.2 不同影響場模型損失評估結(jié)果對比

3種評估模型的計算結(jié)果（表2）表明，模型b評估的死亡人數(shù)（6人）最接近實際地震死亡人數(shù)（8人）；模型a評估的死亡人數(shù)（0人）與實際情況差別最大；而模型c評估的死亡人數(shù)（2人）比模型a有所改進，但與實際死亡人數(shù)仍有一定差距。

表2 不同影響場評估方案的地震損失評估結(jié)果對比

2.3 地震影響場不確定性分析

自1989年山西大同-陽高地震以來，中國開展了歷次破壞性地震的現(xiàn)場震害調(diào)查、烈度評定和地震損失評估工作。為比較地震影響場估計的不確定性，選取了1989—2002年5.1≤≤5.9且地震烈度分布資料較全的震例（國家地震局等，1996；中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2001；中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司，2010），震例顯示地震烈度最大可達Ⅷ度，但數(shù)量較少。對烈度Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度分別繪制了震級-烈度區(qū)面積分布圖，如圖2所示，其中藍色為1991—2002年中國5.1≤≤5.9地震震例，紅色為2017年塔什庫爾干5.5級地震。結(jié)果表明，當震級相同時，烈度值相同的地震烈度區(qū)面積差別較大，可達2個數(shù)量級。由此可見，多種因素（如震源深度、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、地形和場地條件等）均可能影響地震烈度區(qū)的大小，故地震影響場的不確定性不容忽視。

塔什庫爾干地震的余震分布見圖3。5月11日5時至5月13日18時，共發(fā)生0級以上余震336次，其中4.0—4.9級余震2次，3.0—3.9級余震10次，最大余震為4.5級[2]；余震較為集中的區(qū)域方向為北東向，但大范圍內(nèi)展布為北西向，其中心相對于微觀震中偏北，即余震范圍與極震區(qū)地震烈度分布較為一致，相對于微觀震中，余震中心更接近宏觀震中。余震中心與微觀震中的偏離也在一定程度上解釋了損失快速評估（模型a）結(jié)果的偏離原因。

圖2 地震震級與烈度區(qū)面積的關(guān)系

圖3 塔什庫爾干地震余震分布

3 災(zāi)區(qū)人口分布影響

塔什庫爾干5.5級地震災(zāi)區(qū)人口分布情況見圖4，同時在圖上疊加了地震烈度分布圖?？傮w上，地震災(zāi)區(qū)人口分布稀疏，主要集中于少數(shù)居民點。根據(jù)2016年人口公里格網(wǎng)分布（袁小祥等，2019），Ⅵ度烈度區(qū)常住人口約16500人，Ⅶ度烈度區(qū)人口約12400人，合計人口約28900人。根據(jù)本次地震現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果[3]，災(zāi)區(qū)人口為26486人，兩者基本一致，相差小于9%。按照評估模型a的地震烈度分布，Ⅵ度烈度區(qū)人口分布較少，死亡人數(shù)評估結(jié)果為0；而按照實際地震烈度圖（模型b），Ⅶ度烈度區(qū)（最高烈度區(qū)）人口超過萬人，死亡人數(shù)評估結(jié)果上升為6人，較接近實際死亡人數(shù)。因此，準確的風(fēng)險暴露人口數(shù)據(jù)和地震影響場對地震災(zāi)害損失評估結(jié)果有非常重要的影響。

圖4 塔什庫爾干5.5級地震災(zāi)區(qū)人口分布

4 結(jié)論與討論

本文比較分析了不同地震影響場評估模型和人口分布對2017年5月11日新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣5.5級地震生命損失評估結(jié)果的影響，從地震震中位置、地震影響場評估模型及其不確定性、人口空間分布等方面探討了引起評估損失與實際損失偏差的原因。結(jié)果表明，基于宏觀震中確定的地震影響場較微觀震中更接近實際分布；按照地震烈度衰減的平均估計模型得到的地震烈度區(qū)面積，明顯小于現(xiàn)場評估的實際烈度區(qū)面積，但本次地震的實際影響場面積也在同震級歷史震例的影響場面積分布范圍內(nèi)；除影響場外，在極震區(qū)（最高烈度分布區(qū)）存在抗震能力相對低的土木、磚木結(jié)構(gòu)房屋，是造成地震震級相對小而生命損失相對大的“小震大災(zāi)”的重要原因。在震后第一時間依據(jù)微觀地震震中進行地震影響場快速評估的基礎(chǔ)上，結(jié)合余震分布、主震及余震精定位、震源機制解乃至地表破裂過程模擬，確定地震“宏觀震中”位置，同時通過衛(wèi)星遙感影像、地形和場地類型等，綜合分析調(diào)整地震影響場的面積，盡可能提高地震影響場的準確性以及選擇合適的地震生命易損性經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，將有效提高地震生命損失評估的準確性。

需要說明的是，通過統(tǒng)計以往的眾多地震案例發(fā)現(xiàn)，地震造成的死亡人數(shù)變化范圍較大，如中國1900年以來同一震級地震造成的死亡人數(shù)分布范圍可達2—3個數(shù)量級（傅征祥等，1993），造成這一現(xiàn)象的原因是多方面的，其中包括偶發(fā)因素。據(jù)了解，此次地震有5名遇難人員為臨時施工人員，借住在震區(qū)無抗震措施的老舊民房中，震時由于房屋倒塌造成死亡，因此，本次地震相對較高的死亡人數(shù)具有一定的偶然性。即使剔除偶發(fā)性，相對準確的影響場空間位置和大?。ㄓ绊懭丝陲L(fēng)險暴露程度）仍然對快速評估結(jié)果具有關(guān)鍵影響。

總之，地震影響場分布及其對人口與房屋建筑（對應(yīng)抗震能力）數(shù)量估計的偏差，是造成本次地震損失快速評估結(jié)果偏差較大的主要因素。因此，提高地震影響場評估的準確性，并提高人口、房屋建筑等風(fēng)險暴露數(shù)據(jù)空間分布的準確性，對提高地震災(zāi)害損失快速評估準確性具有重要意義。

丁玲，王曉青，王書民等，2017．面向地震風(fēng)險評估的中國大陸區(qū)縣級人口總量時空預(yù)測方法研究．地震，37（4）：58—68．

竇愛霞，丁玲，2019．建筑物時空分布研究．見：《2016—2025年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》項目組主編，《2016—2025年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》．北京：中國地圖出版社.

傅征祥，李革平，1993．地震生命損失研究．北京：地震出版社，194．

國家地震局，國家統(tǒng)計局，1996．中國大陸地震災(zāi)害損失評估匯編（1990—1995）．北京：地震出版社，210．

王曉青，丁香，2019．2016—2025年中國大陸地震損失預(yù)測研究．見：《2016—2025年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》項目組主編，《2016—2025年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》．北京：中國地圖出版社．

新疆地震局，2017．新疆塔什庫爾干5.5級地震烈度圖．烏魯木齊：新疆地震局．http://www.cea.gov. cn/publish/dizhenj/468/553/102562/102564/20170513144218567209462/index.html

俞言祥，李山有，肖亮，2013．為新區(qū)劃圖編制所建立的地震動衰減關(guān)系．震災(zāi)防御技術(shù)，8（1）：24—33．

袁小祥，丁玲，2019．人口經(jīng)濟時空預(yù)測研究．見：《2016—2025年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》項目組主編，《2016—2025年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》．北京：中國地圖出版社．

張桂欣，孫柏濤，陳相兆，2017．分區(qū)分類的生命線工程地震直接經(jīng)濟損失研究．地震，37（4）：69—79．

中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2001．中國大陸地震災(zāi)害損失評估匯編（1996—2000）．北京：地震出版社，390．

中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司，2010．2001—2005年中國大陸地震災(zāi)害損失評估匯編．北京：地震出版社，210．

Comparative Analysis of Life Loss Assessment Caused by 2017S5.5 Taxkorgan Earthquake in Xinjiang, China

Ding Xiang, Wang Xiaoqing, Yuan Xiaoxiang and Dou Aixia

(Institute of Earthquake Forecasting, China Earthquake Administration, Beijing 100036, China)

AnS5.5 earthquake struck Taxkorgan county, Xinjiang, China on May 11, 2017. The earthquake caused 8 death, 31injured, and all kinds of property losses, is the typical event so-called "disasters by small earthquake". The rapid assessed earthquake losses according to the general method, are quite different from the actual ones. Therefore, it is of great significance to carry out the comparative analysis of the assessments of the earthquake losses and to understand the reasons of the deviation of the evaluation results in order to improve the assessment method. This paper analyzes the effect of earthquake disaster (seismic intensity distribution) and the population distribution etc. on the evaluation of earthquake life loss. The results show that seismic intensity distribution estimated according to elliptical seismic intensity attenuation model centered with macro-epicenter is of better estimation to the practical seismic intensity distribution than that with micro-epicenter. Another reason is that the area of seismic intensity region is significantly smaller than that of the practical one. We believe that because of the relatively high population density and relatively low anti-seismic capability of adobe and brick-wood structure buildings in the extreme disaster area, the unexpected high life loss was caused by such a earthquake of small magnitude. The comparative analysis results demonstrate that it will be helpful to improve the accuracy of emergency earthquake loss assessment through improvement of the high quality data of population, building and other risk related, as well as the accuracy of fast estimated earthquake location and seismic intensity distribution.

Earthquake of Taxkorgan in Xinjiang; Life loss assessment; Seismic intensity distribution; Population distribution

10.11899/zzfy20190216

科技部國家重點研發(fā)項目（2017YFB0504104）

2018-07-19

丁香，女，生于1965年。副研究員。主要從事地震風(fēng)險評估、遙感與GIS應(yīng)用研究。E-mail：dingxiang525@163.com

丁香，王曉青，袁小祥，竇愛霞，2019．2017年5月11日新疆塔什庫爾干5.5級地震生命損失評估對比分析．震災(zāi)防御技術(shù)，14（2）：431—437．

[1] 新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2017．新疆塔什庫爾干5.5級地震災(zāi)害損失評估報告．新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部報告．

[2] 新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2017．新疆塔什庫爾干5.5級地震災(zāi)害損失評估報告．新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部報告．

[3] 新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2017．新疆塔什庫爾干5.5級地震災(zāi)害損失評估報告．新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部報告．