地震災(zāi)害評估軟件烈度衰減系數(shù)研究

高 娜，賈軍鵬，魏艷旭，王紅蕾

（河北省地震局，石家莊 050022）

地震災(zāi)害評估軟件烈度衰減系數(shù)研究

高 娜，賈軍鵬，魏艷旭，王紅蕾

（河北省地震局，石家莊 050022）

河北省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)建成后，地震災(zāi)害評估軟件中烈度衰減系數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，計(jì)算出的烈度范圍與實(shí)際地震存在一定偏差。通過收集河北省及周邊地區(qū)地震烈度數(shù)據(jù)，采用回歸分析法得到新的烈度衰減系數(shù)，并通過軟件驗(yàn)證，其計(jì)算的烈度范圍比采用原系數(shù)計(jì)算的烈度范圍更接近實(shí)際情況。

災(zāi)害評估；烈度衰減；地震應(yīng)急

0 引言

河北省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)是 “河北省數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目的重要組成部分，為政府進(jìn)行地震應(yīng)急、抗震救災(zāi)指揮提供各種必要的技術(shù)手段。地震發(fā)生時，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場信息的支持下，可以迅速判斷地震的規(guī)模、影響范圍、損失等情況，并據(jù)此提出一系列科學(xué)的救災(zāi)和調(diào)度方案，協(xié)助指揮人員實(shí)施各種地震救災(zāi)行為，實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急信息快速傳遞、高效處理，提高應(yīng)急救災(zāi)指揮與決策的技術(shù)水平，最大限度地減少地震造成的混亂和人員傷亡。

應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)中地震災(zāi)害評估軟件由中國地震局應(yīng)急司組織統(tǒng)一研發(fā)，主要目的是計(jì)算地震所造成的災(zāi)害損失情況，軟件中的烈度衰減模型采用國際通用的橢圓烈度衰減關(guān)系模型，主要實(shí)現(xiàn)對破壞性地震的地震影響范圍判斷，繪制地震影響場范圍圖。模型中的烈度衰減系數(shù)需要根據(jù)各地區(qū)的實(shí)際情況來取，目前河北省的模型參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，計(jì)算出的地震烈度的長短軸半徑與歷史地震實(shí)際情況存在一定偏差（表2）。

本文為提高地震災(zāi)害評估模型的可靠性，采用河北省及周邊地區(qū)的地震烈度數(shù)據(jù)進(jìn)行河北省的烈度衰減關(guān)系研究。在這方面的研究中，王繼［1］等人收集了1991—2006年間我國華中、華南中強(qiáng)地震地區(qū)25次地震的烈度分布圖，再配合1918—1989年間9次地震的地震烈度分布圖，重新擬合了該地區(qū)地震烈度衰減關(guān)系，震級下限從5.0級擴(kuò)展到3.5級，地震烈度主要增加了Ⅳ度～Ⅵ度之間的樣本量，與以往的地震烈度衰減關(guān)系相比，在小地震時計(jì)算烈度得到了相應(yīng)的提高，充分反映出我國華中、華南地區(qū)地震震級小，而烈度相對高的特點(diǎn)。苗慶杰［2］等利用山東及近鄰區(qū)34個地震的70條等震線數(shù)據(jù)，通過最小二乘法回歸分析得到了山東及近鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系，同時根據(jù)地形與地質(zhì)構(gòu)造特征將山東及近鄰區(qū)分為土層覆蓋區(qū)和基巖出露區(qū)，分別擬合出了各自的地震烈度衰減關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)的來源與處理

自有地震史料記載以來，河北省共發(fā)生8.0級以上地震1次，7.0～7.9級地震4次，6.0～6.9級地震26次，5.0～5.9級地震上百次，5.0級以下的中小震更是不計(jì)其數(shù)。邢臺地震以來的40多年，是河北省的地震高發(fā)期。由于歷史地震的記載不夠準(zhǔn)確、全面，因此本文選擇河北及鄰近地區(qū)1945—2006年有烈度記錄的地震數(shù)據(jù)，等震線數(shù)據(jù)來自于《中國近代地震目錄（公元1912—1990年，Ms≥4.7）》［3］和《中國歷史強(qiáng)震目錄（公元前23世紀(jì)—公元1911年）》［4］。

等震線數(shù)據(jù)的建立包括空間數(shù)據(jù)的建立和屬性數(shù)據(jù)的收集?？臻g數(shù)據(jù)的處理主要是對發(fā)生在河北省內(nèi)及周邊地區(qū)有烈度記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，再對掃描的圖像進(jìn)行幾何精校正，然后進(jìn)行投影變化，矢量化處理，完成空間數(shù)據(jù)的整理。

屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括烈度、時間、地點(diǎn)、震級、經(jīng)度、緯度、震源深度、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失、長軸長度、短軸長度、面積。在地震烈度等震線圖上標(biāo)出的烈度值的含義是在某一烈度為Ⅰ的等震線至相鄰高1度的等震線之間的區(qū)域，均屬此烈度Ⅰ；而此等震線外側(cè)至相鄰低Ⅰ度的等震線之間的區(qū)域均屬低1度的烈度值Ⅰ－1，即烈度值的分布呈離散的階躍形式。在計(jì)算烈度衰減關(guān)系式時，仍把烈度值作為階躍變化的離散量。因此，在量取長軸、短軸數(shù)據(jù)時，把烈度等震線當(dāng)成是烈度等級的外包線。以每條等震線最長方向的半徑（即震中距）為長軸半徑，與之相垂直方向的半徑為短軸半徑［5］，對于不能進(jìn)行幾何糾正的圖像，通過在原始圖上進(jìn)行量算的方法統(tǒng)計(jì)每條等震線的長軸半徑和短軸半徑。實(shí)際震例中存在這樣的情況，一次地震的各烈度等震線的長軸并非重合，而有一定的軸偏角。在通常情況下，軸偏角通常在5°以內(nèi)。由于用長軸不轉(zhuǎn)向與長軸可轉(zhuǎn)向的數(shù)據(jù)擬合的烈度衰減關(guān)系的結(jié)果差異不大，這里在量取長、短軸數(shù)據(jù)時，采用長軸可轉(zhuǎn)向的方法［6］。在等震線圖中常見到零星分布的所謂烈度異常區(qū)，高于所在烈度區(qū)的稱為高烈度異常區(qū)，低于所在烈度區(qū)的稱為低烈度異常區(qū)。由于烈度異常區(qū)通常與局部的地質(zhì)條件相關(guān)，反映的是某一地區(qū)的局部特點(diǎn)，而不是整體的烈度隨震中距的衰減關(guān)系，因此我們忽略烈度異常區(qū)［7］，例如，在唐山地震的Ⅶ度區(qū)內(nèi)散布著一些Ⅵ度和Ⅷ度異常區(qū)，對于這些地方的烈度值仍取為Ⅶ度（圖1）。在所選擇的26個地震中，共得到67條可靠等震線數(shù)據(jù)，如表1所示。

圖1 唐山地震等震線圖

通常用烈度等震線確定的平均估計(jì)比原始烈度點(diǎn)的平均值高0.5～1度，方差由于從光滑處理過的外包線而得，要比原始資料的離散程度小［8］，為此本文采用文獻(xiàn)［8］提出的回歸前要對等震線資料進(jìn)行處理，修正為等效的原始點(diǎn)資料的方法，即將每組數(shù)據(jù)（M，R，I）另賦1組數(shù)據(jù)（M，R，I′）作為1組新數(shù)據(jù)，這樣處理的意圖在于修正烈度分布的平均值和補(bǔ)償原始烈度分布的離散程度，以盡量滿足實(shí)際情況。

km時間 地點(diǎn) 震級 烈度 長半軸／km 短半軸／19570101 河北涿鹿5.0 5 12.2 11.84 38.9 29.73 94.0 61.819660306 河北寧晉 5.2 7 6.5 3.06 22.6 8.95 54.8 31.219660308 河北隆堯 6.8 10 3.8 1.39 13.9 6.08 20.6 12.07 32.5 24.46 98.7 55.35 273.2 238.34 469.8 452.019660322 河北寧晉 7.2 10 8.0 5.39 24.1 17.48 50.2 36.47 110.3 66.96 227.0 196.95 404.5 351.619660326 河北束鹿南 6.2 7 10.4 6.06 39.8 24.819670327 河北河間 6.3 7 74.8 32.86 141.4 93.119670728 河北懷來 5.4 6 14.7 3.85 38.9 22.74 74.4 53.619671203 河北束鹿 5.7 7 7.9 5.06 15.9 12.019690718 渤海 7.4 7 97.4 88.46 180.2 165.25 314.3 313.319731231 河北河間東 5.3 6 13.5 11.15 55.2 43.94 235.9 178.519760728 河北唐山 7.8 11 5.8 3.010 17.6 7.29 31.0 17.08 58.5 37.67 108.3 78.16 205.7 124.219910530 河北唐山南 5.1 7 2.9 1.06 7.9 6.119980110 河北張北 6.2 8 9.1 7.97 13.8 11.06 22.7 18.419990311 河北張北 5.6 7 1.4 0.66 4.0 3.119761115 天津?qū)幒游?6.9 8 22.6 7.97 54.0 39.26 184.0 104.75 361.6 320.619770512 河北漢沽 6.2 7 6.6 4.36 26.4 22.7

續(xù)表

2 結(jié)果分析與對比

地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)中地震災(zāi)害評估軟件采用的是國際通用的橢圓烈度衰減模型，其公式如下：

其中：I為烈度，M 為震級，R為震中距，L1，L2，L3，L4，S1，S2，S3，S4分別為烈度衰減系數(shù)。

選用表1中的烈度數(shù)據(jù)，用橢圓公式進(jìn)行回歸分析，得到河北省的地震烈度衰減關(guān)系如下：

烈度衰減曲線如下：

圖2 河北省烈度衰減關(guān)系

為了驗(yàn)證烈度衰減關(guān)系的合理性，將回歸結(jié)果與陳達(dá)生計(jì)算的華北地區(qū)的烈度衰減關(guān)系［9］，以及目前使用的烈度衰減系數(shù)進(jìn)行比計(jì)較，結(jié)果如下：

陳達(dá)生計(jì)算出的華北地區(qū)烈度衰減關(guān)系如下：

圖3 烈度衰減關(guān)系對比

將3種曲線畫在同一張圖上（圖3），對比3種烈度衰減曲線沿長軸方向的衰減關(guān)系。從曲線的整體情況可以看出，本文得到的烈度衰減曲線和華北地區(qū)烈度衰減曲線衰減規(guī)律比較接近，它們與目前使用的烈度衰減曲線之間存在差異；從衰減速度上看，本文得到的烈度衰減曲線與華北地區(qū)烈度衰減速度最快，更接近實(shí)際烈度分布情況，目前使用的烈度衰減曲線的衰減速度相對較慢。在震中附近，3種曲線的差別最大，目前使用的烈度衰減曲線的烈度最小，其次是本文得到的烈度衰減曲線，華北地區(qū)烈度衰減曲線的烈度最大，根據(jù)歷史地震經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)卣鹫鸺壌笥?.0級時，目前使用的烈度衰減曲線的烈度顯然不太合理，明顯偏??；在中遠(yuǎn)距離處（＞80km），3種曲線具有相近的衰減規(guī)律；陳達(dá)生的華北地區(qū)烈度衰減曲線與本文得到的烈度衰減曲線衰減速度比較接近，目前使用的烈度衰減曲線的衰減速度相對較慢。

3 結(jié)果驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證回歸結(jié)果的可行性，將本文得到的烈度衰減系數(shù)輸入到地震災(zāi)害評估軟件的地震影響場參數(shù)修正模型中，模擬觸發(fā)典型歷史地震，統(tǒng)計(jì)地震等震線的長短軸半徑，并與實(shí)際情況比較，結(jié)果如下：

從表2等震線長短軸對比中可以看出，目前使用的模型參數(shù)所計(jì)算出的等震線長短軸半徑與實(shí)際情況存在較大差距，采用本文得到的參數(shù)計(jì)算出的結(jié)果更接近真實(shí)情況。與歷史地震等震線對比，差別較大的是寧晉東南7.2級地震，與其它地震對比發(fā)現(xiàn)此地震烈度衰減慢，Ⅵ度區(qū)的長短軸半徑分別達(dá)到227.0km和196.9km，比唐山7.8級地震Ⅵ度區(qū)的長短軸半徑205.7km和124.4km要大很多，究其原因是邢臺地區(qū)土層厚度大，對地震損害有一定放大作用，因此與地震烈度衰減關(guān)系不太符合，計(jì)算結(jié)果差別較大。

表2 等震線長短軸半徑對比

4 結(jié)論與討論

本研究通過收集和處理河北省及周邊地區(qū)歷史地震數(shù)據(jù)，得到26個地震的67條等震線數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)回歸分析方法得到了較合理的烈度衰減系數(shù)，通過歷史地震的驗(yàn)證，結(jié)果表明地震災(zāi)害評估軟件計(jì)算出的等震線長短軸半徑比原來的結(jié)果有了較大提高，與實(shí)際情況較為接近。

［1］ 王繼，俞言祥.華中、華南中強(qiáng)地震區(qū)地震烈度衰減關(guān)系研究［J］.震災(zāi)防御技術(shù)，2008，3（1）：20-26.

［2］ 苗慶杰，許萍.山東及近鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系探討［J］.西北地震學(xué)報，2008，30（3）：282-287.

［3］ 中國地震局震害防御司.中國近代地震目錄［M］.中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［4］ 國家地震局震害防御司.中國歷史強(qiáng)震目錄［M］.地震出版社，1995.

［5］ 汪素云，俞言祥，高阿甲，等.中國分區(qū)地震動衰減關(guān)系的確定［J］.中國地震，2000，16（2）：99-106.

［6］ 李光，童遠(yuǎn)林，鄭穎平.安徽及鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系研究［J］.華南地震，2008，28（3）：49-55.

［7］ 張揚(yáng)，馬干，史保平，等.華北地區(qū)烈度衰減模型建立及其用于震中區(qū)域和震級的定量估算［J］.地震學(xué)報，2009，31（3）：290-306.

［8］ 俞言祥，汪素云.青藏高原東北地區(qū)水平向基巖加速度峰值與反映譜衰減關(guān)系［J］.地震學(xué)報，2004，26（6）：591-600.

［9］ 陳達(dá)生，劉漢興.地震烈度橢圓衰減關(guān)系［J］.華北地震科學(xué)，1989，7（3）：31-42.

Study on the Intensity Attenuation Coefficient of Seismic Disaster Assessment Software

GAO Na，JIA Jun-peng，WEI Yan-xu，WANG Hong-lei
（Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050022，China）

After the completion of the earthquake emergency command technology system of Hebei province，the earthquake intensity distributions calculated by the seismic disaster assessment software of the system is not consistent with the earthquake damage records due to the experiential intensity attenuation coefficients.On basis of earthquake intensity data，using the regression analysis method，this paper provides new intensity attenuation coefficients of Hebei and its adjacent area.Through the software validation，with the new intensity attenuation coefficients，the results of the intensity range given by the software are more consistent with the records.

disaster assessment；intensityattenuation

P315.91

A

1003－1375（2012）01－0006－06

2010-11-15

河北省地震局地震科研基金項(xiàng)目

高娜（1981－），女（漢族），陜西渭南人，工程師，主要從事地震應(yīng)急工作.E-mail：uich＠163.com