殷 翔,李 鑫,馬 震,姚生海,蓋海龍,徐瑋陽

(1.青海省地震局,青海 西寧 810001;2.青海格爾木青藏高原內(nèi)部地球動力學野外科學觀測站,青海 西寧 810001)

0 引言

北京時間2021年5月22日2時4分,在青海省果洛藏族自治州瑪多縣發(fā)生MS7.4地震,震源深度約17 km,極震區(qū)烈度為Ⅹ度。地震發(fā)生后,青海省地震局迅速成立烈度調(diào)查組對本次地震的震害進行了調(diào)查。調(diào)查結(jié)果初步顯示,斷層錯動效應和振動破壞是引起此次地震震害的主要因素。

截至2021年5月28日8時0分,共記錄到M3.0以上余震50次,其中5.0～5.9級地震1次,4.0～4.9級地震14次,3.0～3.9級地震35次,最大余震為5月22日10時29分發(fā)生的5.1級地震。余震主要呈NWW向分布,震源深度集中在5～17 km。

瑪多縣地處青海省南部、果洛藏族自治州西北部,屬高平原地區(qū),全縣平均海拔4 500 m以上,年均氣溫-4 ℃,全年無四季之分,只有冷暖兩季之別,是人類生存環(huán)境較惡劣的地區(qū)之一。瑪多縣全縣總面積2.53萬 km2,下轄2鄉(xiāng)2鎮(zhèn),全縣總?cè)丝?.6萬,人口密度為1人/2 km2,是青海省人口最少的縣。

此次地震的發(fā)震斷裂為昆侖山口—江錯斷裂,斷層運動方式主要為左旋走滑,兼具正斷分量。該破裂帶總體走向NW230°～270°,連續(xù)性好,由2條NWW向的剪切破裂左階羽列組成。破裂帶由一系列的擠壓鼓包和張裂隙相間排列,張裂隙從十幾cm到2～3 m不等,裂縫呈右階雁列狀排列,并顯示明顯的垂直位錯,垂直位錯可達約30 cm,并可看到清晰的水平擦痕。斷層的活動特性導致跨越斷層的建筑物出現(xiàn)了傾斜變形或局部倒塌。

此次地震造成18人受傷,無人員死亡,這主要是由于瑪多縣地廣人稀,村落比較分散。同時地震還造成部分房屋受損毀壞,橋梁倒塌,多條道路被錯斷。

本文主要介紹此次烈度調(diào)查中6個調(diào)查點房屋的典型震害及其特點,同時對地震次生災害進行劃分,最后對災后重建和抗震設防提出建議,以期為今后該地區(qū)建筑抗震性能的提高和改善做出貢獻。

1 調(diào)查點地震加速度和烈度分布

青海瑪多7.4級地震發(fā)生后,青海省地震局迅速組織人員,在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上編繪了地震烈度圖(圖1)。此次地震造成地表破裂(已探查)約100 km,最高烈度為Ⅹ度,宏觀震中位于瑪多縣瑪查里鎮(zhèn),微觀震中位于瑪多縣黃河鄉(xiāng)。Ⅵ度區(qū)及以上面積約53 704 km2,烈度圈長軸呈NWW向走向,長軸約381 km,短軸約165 km,共涉及青海省3個市州,7個縣,32個鄉(xiāng)鎮(zhèn);四川省1個市州,1個縣,4個鄉(xiāng)。

圖1 瑪多MS7.4地震烈度分布圖Fig.1 Intensity distribution of Maduo MS7.4 earthquake

由圖1可見,本文擬重點考察的扎陵湖鄉(xiāng)處于Ⅷ度區(qū),黃河鄉(xiāng)唐格瑪村處于Ⅶ度區(qū),花石峽鎮(zhèn)、下大武鄉(xiāng)、雪山鄉(xiāng)及麻多鄉(xiāng)均處于Ⅵ度區(qū)。表1列出了這6個考察點在第五代區(qū)劃圖中的烈度值與此次地震中實際烈度的對比。

表1 6個考察點地震烈度對比Table 1 Comparison of seismic intensity at six observation points

通過調(diào)查可知,本次地震的一個突出特點就是震級高、傷亡輕,原因是該地區(qū)在實施脫貧攻堅、農(nóng)牧區(qū)定居點建設后房屋抗震能力顯著提高。由表1可以看出,除扎陵湖鄉(xiāng)外,此次地震的實際烈度均未突破第五代區(qū)劃圖的烈度范圍。

2 地震斷層災害

2.1 斷層錯動效應[1]

此次地震中斷層錯動引發(fā)了較大規(guī)模的地表破裂和變形,主要表現(xiàn)為拉張裂縫和擠壓鼓包;同時對道路、橋梁等公共交通設施產(chǎn)生了巨大影響,特別是野馬灘一號、二號橋在此次地震中遭到破壞,造成交通中斷,影響了當?shù)睾罄m(xù)的抗震救災任務。圖2為此次地震中主斷裂錯動造成的破壞,主要包括:

圖2 主斷裂錯動造成的破壞Fig.2 Damage caused by main fault dislocation

(1)斷裂通過黃河鄉(xiāng)境內(nèi)的道路時,斷層錯動導致水泥路面發(fā)生連續(xù)左旋位移,位移量約80 cm[圖2(a)];

(2)斷層在瑪多縣內(nèi)的鄉(xiāng)道上形成地震鼓包,高約40 cm[圖2(b)];

(3)斷裂錯動形成拉張裂縫,裂縫寬度約為5 cm[圖2(c)];

(4)在黃河鄉(xiāng)以西,斷裂左旋走滑形成擠壓鼓包,鼓包高度約60 cm[圖2(d)]。

2.2 斷層振動效應[2]

此次地震震中區(qū)平均海拔為4 200 m,人口稀少,建筑結(jié)構(gòu)的震害并不突出。相反,由于斷層距離幾座橋梁橋址特別近,斷層振動效應引發(fā)的橋梁結(jié)構(gòu)震害非常突出,包括位于G0613西麗高速共玉路段的野馬灘大橋上行線落梁17孔,下行線落梁18孔,上下行完全中斷;野馬灘2號橋下行線落梁7孔,交通中斷。此外,昌馬河大橋也發(fā)生多跨坍塌并導致花久線(花石峽至久治省道)中斷。圖3為此次地震中斷裂振動造成的大橋破壞,主要包括:

圖3 斷裂振動造成的大橋破壞Fig.3 Bridge damage caused by main fracture

(1)野馬灘一號大橋由于斷裂振動效應導致橋面整體破壞掉落,所有落梁跨均為南側(cè)落于地面,北側(cè)支撐于橋墩,立面呈斜置狀態(tài),部分橋墩產(chǎn)生局部斷裂破壞,最南端主梁向北位移導致南側(cè)橋臺與主梁伸縮縫張開約0.8 m[圖3(a)][3]。

(2)昌馬河大橋因振動效應導致部分落梁垮塌,落梁4孔,部分橋墩受損,這也是烈度圖中Ⅸ度異常區(qū)劃分的重要依據(jù)[圖3(b)]。

3 建筑物震害情況

本次震害調(diào)查中6個調(diào)查點村鎮(zhèn)的房屋結(jié)構(gòu)形式主要有:土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和框架建筑,其中磚木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)占房屋總數(shù)的80%以上(圖4)。本次地震中各結(jié)構(gòu)類型房屋均遭到一定的破壞,下面分別介紹各類建筑的主要震害情況[4]。

圖4 房屋結(jié)構(gòu)類型占比圖Fig.4 Proportion of house structure types

3.1 土木結(jié)構(gòu)房屋主要震害

土木結(jié)構(gòu)房屋主要為20世紀70年代建造的牧區(qū)老舊房屋。此類結(jié)構(gòu)房屋主要為土墻支撐屋蓋,其結(jié)構(gòu)破壞主要表現(xiàn)為:Ⅷ度區(qū)墻體出現(xiàn)部分倒塌[圖5(a)],Ⅶ度區(qū)內(nèi)出現(xiàn)墻體裂縫[圖5(b)],門窗洞口角部墻體開裂,縱橫墻交接處開裂等。

圖5 土木結(jié)構(gòu)房屋破壞情況Fig.5 Damage of civil structure buildings

在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn),部分土木結(jié)構(gòu)的房屋雖為20世紀70年代建造,但其建筑結(jié)構(gòu)獨特,在傳統(tǒng)的土墻與地基中間添加了一層厚度約80～100 cm的片石結(jié)構(gòu)[圖5(c)、(d)],該片石結(jié)構(gòu)在地震中可有效減少地震波向上傳遞,起到隔震墊的作用。同時,該類型的土木結(jié)構(gòu)房屋的墻體底部厚約80 cm,上部約50 cm,因此震害較輕,僅表現(xiàn)為墻體有裂縫、外墻皮掉落等。

3.2 磚木結(jié)構(gòu)房屋的主要震害

磚木結(jié)構(gòu)房屋主要為玉樹地震后當?shù)卣y(tǒng)一設計建造的牧民安置點及異地搬遷點房屋。在此次地震中,磚木結(jié)構(gòu)房屋主要震害形式表現(xiàn)為:部分房屋木梁發(fā)生斷裂,墻體產(chǎn)生斜裂縫[圖6(a)],Ⅶ度區(qū)內(nèi)部分墻體酥裂,隔墻局部外閃[圖6(b)],Ⅷ度區(qū)內(nèi)有部分房屋倒塌[圖6(c)、(d)]。

圖6 磚木結(jié)構(gòu)房屋破壞情況Fig.6 Damage of brick and wood structure buildings

3.3 磚混結(jié)構(gòu)房屋的主要震害

磚混結(jié)構(gòu)房屋縱墻、橫墻、樓梯間墻體開裂普遍,主要原因是房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)薄弱,結(jié)構(gòu)整體性不好。在此次地震中,磚混結(jié)構(gòu)房屋的震害在Ⅶ度區(qū)表現(xiàn)為墻體輕微開裂[圖7(a)],門窗之間及窗間墻均沿灰縫出現(xiàn)水平或豎向裂縫;在Ⅵ度區(qū)表現(xiàn)為部分圍墻外閃[圖7(b)]。

圖7 磚混結(jié)構(gòu)房屋破壞情況Fig.7 Damage of brick concrete structure building

3.4 框架結(jié)構(gòu)房屋的主要震害

框架結(jié)構(gòu)房屋的損害主要是填充墻出現(xiàn)大量開裂和破壞[圖8(a)],主要原因為:框架填充墻不對稱的平面布置造成結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心不重合,產(chǎn)生劇烈扭轉(zhuǎn)位移;填充墻沿房屋豎向布置不均勻,導致豎向剛度不連續(xù)形成薄弱層,產(chǎn)生過大相對側(cè)移。因此嵌砌于框架中的填充墻平面布置應均勻?qū)ΨQ,豎向應連續(xù)貫通[5]。

框架結(jié)構(gòu)的砌體填充墻剛度大,但承載能力低,變形能力差,在Ⅶ度區(qū)主要表現(xiàn)為框架結(jié)構(gòu)填充墻與主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)豎向裂縫、墻皮掉落等[圖8(b)]。

圖8 框架結(jié)構(gòu)房屋破壞情況Fig.8 Damage of frame structure buildings

4 地震次生地質(zhì)災害

受瑪多地震影響,震后6個調(diào)查點的次生災害主要表現(xiàn)為滑坡、地面裂縫、塌陷及噴砂冒水,其中噴砂冒水發(fā)育最為廣泛,遍布在Ⅶ烈度區(qū)內(nèi)。同時發(fā)現(xiàn)了上千條地表裂縫,這些地表破裂的總體走向為280°,連續(xù)性較好,表明其是由此次地震引起的,而非滑坡、凍土開裂等其他原因引起[6]。

4.1 山體滑坡

在災害損失調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)雪山鄉(xiāng)西北有一處滑坡災害隱患點,距離此次震中約123 km。本次地震產(chǎn)生的強烈振動導致此潛在滑坡體的后緣發(fā)生多處開裂[圖9(a)],最大裂縫長約10 m,寬18 cm,深20 cm[圖9(b)]。初步測量后認為該潛在滑坡體長約450 m,寬247 m,滑坡面約47°,屬于陡傾坡。

圖9 雪山鄉(xiāng)滑坡裂縫Fig.9 Landslide cracks in Xueshan Town

4.2 地表裂縫

野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)多處塌陷坑群,主要是由于此次地震產(chǎn)生的強烈震動導致地層崩塌陷落所致[圖10(a)]。在塌陷開裂向下約1 m處可見凍土層發(fā)育,本次地震導致凍土層之上的地層發(fā)生整體滑移,并在地層后緣形成高約40 cm的陡坎[圖10(b)]。

圖10 地面裂縫Fig.10 Ground fissures

同時在沿斷層方向發(fā)現(xiàn)了大量地裂縫,主要發(fā)育在河漫灘或階地上。這些地裂縫的走向多樣,形狀均以平直為主,但也有不少彎曲發(fā)育,并且有部分沿河岸斜坡或公路路肩發(fā)育,說明地裂縫有多種成因。這些地裂縫有部分可能是由于凍土作用產(chǎn)生的,但大多數(shù)是本次地震造成的。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,地裂縫的最小寬度約1～3 cm,最大寬度可達20～30 cm。

4.3 地震砂土液化

此次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)砂土液化主要分布于灘涂與河谷地區(qū),其中昌馬河大橋附近液化點距離震中約100 km。砂土液化主要表現(xiàn)為噴砂冒水孔,此次地震后發(fā)現(xiàn)液化噴砂孔密集分布[圖11(a)],多為圓形或橢圓形,包括串珠狀噴砂冒水孔[圖11(b)]、孤立的噴砂冒水孔、散布的噴砂冒水孔、層疊噴砂冒水孔等形式。該地區(qū)最大噴砂冒水沙坑的直徑約1.8 m,噴砂影響區(qū)域地下水位高,地下水接近地表。值得注意的是,本次地震液化區(qū)域海拔在4 000 m以上,屬罕見的高原區(qū)液化,震區(qū)內(nèi)主要工程破壞與區(qū)域震害皆伴生大范圍地震液化現(xiàn)象,是有研究記錄以來平均海拔最高的地震液化致災事件。

圖11 噴砂冒水(Ⅹ度區(qū))Fig.11 Water gushing and sand blasting (Ⅹ-degree area)

5 結(jié)論及建議

此次地震造成的房屋損失主要是因為牧區(qū)老舊建筑大多未經(jīng)過抗震設計。2010年玉樹地震后當?shù)啬撩竦漠惖匕仓梅烤烧y(tǒng)一設計施工,質(zhì)量良好,且本次地震造成的最高烈度區(qū)比設防烈度只高出一度,因此震害情況相對較輕。通過對震區(qū)震害的調(diào)查及原因分析,可以得出以下幾點結(jié)論和建議:

(1)建筑抗震設計是保證房屋抗震能力的基礎(chǔ);調(diào)查表明本次震害調(diào)查點設防烈度與實際烈度相近或略高,因此嚴格保證抗震設計和施工質(zhì)量的建筑,基本都能達到”小震不壞,中震可修,大震不倒”的目標。

(2)斷裂的錯動效應是建筑物震害最主要的原因,跨越斷裂帶的建筑物幾乎完全倒塌毀壞,因此做好活動斷層的排查工作是重中之重;

(3)地震引發(fā)的崩塌、滑坡等次生災害造成的破壞遠大于地震直接造成的損失,而山區(qū)地形對地震作用的放大效應也加劇了震災,因此要高度重視次生災害帶來的影響,加強地震地質(zhì)災害的排查與防治;

(4)本次地震震區(qū)內(nèi)主要橋梁破壞均伴生顯著的砂土液化現(xiàn)象,因此查明液化致災機理,提出防治措施,可以進一步防范此類次生災害所產(chǎn)生的建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等破壞形式。

(5)建議對高烈度區(qū)新建房屋的抗震設計進行嚴格審查,同時取消某些結(jié)構(gòu)類型的自用房。此次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)在災區(qū)內(nèi)較為常見,而采用這兩種結(jié)構(gòu)的房屋在Ⅵ度、Ⅶ度甚至Ⅷ度區(qū)范圍內(nèi)的墻體倒塌現(xiàn)象較少,房屋整體結(jié)構(gòu)較完整,僅局部產(chǎn)生裂縫,因此對于這種抗震性能較好的結(jié)構(gòu)體系應大力宣傳普及。