彝良5.7、5.6級地震烈度分布及烈度異常區(qū)震害特征初步分析*

周桂華，非明倫，張彥琪，鄭定昌

0 前言

2012年9月7日11時(shí)19分40秒，云南省昭通市彝良縣 (27.5°N，104.0°E)發(fā)生5.7級地震，12時(shí)16分29秒，彝良縣 (27.6°N，104.0°E)再次發(fā)生5.6級地震，震源深度分別為14 km和10 km，極震區(qū)烈度達(dá)Ⅷ度。宏觀震中位于洛澤河鎮(zhèn)的毛坪村至老洛澤河村一帶。

本次地震云南災(zāi)區(qū)主要涉及彝良縣、昭陽區(qū)、大關(guān)縣、鎮(zhèn)雄縣等32個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、171個(gè)行政村 (居委會);災(zāi)區(qū)人口715 713人，178 404戶。彝良縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度破壞，地震共造成81人死亡，832人受傷，74.4萬人受災(zāi)，20.1萬人需要轉(zhuǎn)移安置。在死亡的81人中，62人因滑坡或滾石致死。由于震區(qū)的地形地貌和地質(zhì)條件十分復(fù)雜，導(dǎo)致震區(qū)震害加重并加大了人員傷亡數(shù)量，在Ⅵ度和Ⅴ度區(qū)分別出現(xiàn)了Ⅶ和Ⅵ度異常區(qū)。

1 烈度分布

本次震害調(diào)查和烈度評定考察主要依據(jù)《地震現(xiàn)場工作第三部分:調(diào)查規(guī)范》 (GB/T18208.3－2012)、 《中國地震烈度表》(GB/T17742－2008》。同時(shí)，根據(jù)震區(qū)特點(diǎn)，選取典型建筑，對各烈度區(qū)破壞標(biāo)準(zhǔn)和劃分標(biāo)志作出具體規(guī)定。

震區(qū)烈度評定的主要標(biāo)志性建筑房屋結(jié)構(gòu)類型可分為石混結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)5類。

房屋破壞等級劃分以《地震現(xiàn)場工作第4部分:災(zāi)害直接損失評估》 (GB/T 18208.4—2011)中房屋破壞等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為參照，根據(jù)震區(qū)房屋破壞情況和云南歷次地震經(jīng)驗(yàn)，確定房屋破壞等級劃分的具體標(biāo)準(zhǔn) (非明倫等，2006a)。

磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)劃分為:基本完好 (含完好)、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞、毀壞共5個(gè)破壞等級。

簡易房屋劃分為:毀壞 (含毀壞、嚴(yán)重破壞)、破壞 (含中等破壞、輕微破壞)、保留基本完好 (含完好)3個(gè)等級 (非明倫等，2006b;周光全等，2011a，b)。

根據(jù)烈度考察得到本次地震烈度分布圖 (圖1)。極震區(qū)烈度達(dá)Ⅷ度，等震線形狀呈橢圓形，長軸走向北東向。宏觀震中位于洛澤河鎮(zhèn)的毛坪村至老洛澤河村一帶，烈度區(qū)總面積3 697 km2，其中，云南震區(qū)烈度面積3 118 km2，貴州震區(qū)烈度面積579 km2。形成了Ⅷ度、Ⅶ度、Ⅵ度3個(gè)破壞區(qū)及2個(gè)烈度異常區(qū) (圖1)。

Ⅷ度區(qū):主要涉及彝良縣洛澤河鎮(zhèn)與角奎鎮(zhèn)，總面積約263 km2。

Ⅶ度區(qū):主要分布在彝良縣、昭陽區(qū)與貴州省威寧縣境內(nèi)，東起彝良縣海子鄉(xiāng)瓦房村，西至昭陽區(qū)小龍洞鄉(xiāng)大寨坪村—寧邊村一帶，北自彝良縣龍安鄉(xiāng)三樂村—恒德村一帶，南到貴州省威寧縣石門鄉(xiāng)新民村?？偯娣e792 km2，其中云南Ⅶ度區(qū)面積約674 km2，貴州Ⅶ度區(qū)面積約118 km2。

Ⅵ度區(qū):主要涉及彝良縣、昭陽區(qū)、大關(guān)縣、鎮(zhèn)雄縣及貴州省威寧縣，東起彝良縣龍海鄉(xiāng)大溪村一帶，西至昭陽區(qū)舊圃鎮(zhèn)紅泥村，北自彝良縣兩河鄉(xiāng)政府駐地一帶，南到貴州省威寧縣黑土河鄉(xiāng)海嘎村。總面積2 642 km2，其中云南Ⅵ度區(qū)面積約2 181 km2，貴州Ⅵ度區(qū)面積約461 km2。

圖1 2012年9月7日彝良地震烈度分布圖 (云南省地震局，2012)Fig.1 Intensity distribution of Yiliang M5.7，5.6 earthquake on Sep.7，2012(Earthquake Administration of Yunnan Province，2012)

2 建筑物震害

2.1 建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

震區(qū)房屋分布按建筑結(jié)構(gòu)類型大致可分為5類:石混、土木、磚木、磚混和框架結(jié)構(gòu) (非明倫等，2002)。

(1)石混結(jié)構(gòu):由石塊砌筑而成，砂漿標(biāo)號低，粘性差，無構(gòu)造柱，無圈梁，混凝土屋蓋，1～2層，抗震性能極差。震區(qū)農(nóng)村大量分布。

(2)土木結(jié)構(gòu):穿斗木架承重，木柱置于石墩上，墻體由夯土或土坯砌成，坡瓦頂，多為三開間，上下兩層或單層。包括用墻體承重，土擱梁的瓦頂房，抗震性能差。

(3)磚木結(jié)構(gòu):磚柱、磚墻承重，“人”字木屋架置于磚柱上，瓦頂或石棉瓦頂?；虼┒芳艹兄?，圍護(hù)墻體由磚砌成，瓦頂房，少數(shù)采用木板隔墻。震區(qū)少量分布。

(4)磚混結(jié)構(gòu):主要由磚墻承重，預(yù)制板或鋼筋混凝土澆注樓板及屋頂。多數(shù)設(shè)有構(gòu)造柱及圈梁，抗震性能好，破壞輕。震區(qū)分布較少。

(5)框架結(jié)構(gòu):包括鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土廠房。常見的為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，以框架梁柱承重，磚填充墻體，預(yù)制板或現(xiàn)澆樓板和屋頂，抗震性能好。主要分布在縣城，有輕微損壞。

2.2 各烈度區(qū)震害特征

本次地震造成房屋建筑和工程結(jié)構(gòu)不同程度的破壞，Ⅷ度區(qū)內(nèi)大量山體滑坡、崩塌和滾石，干硬地表出現(xiàn)裂縫。

Ⅷ度區(qū):石混結(jié)構(gòu)房屋部分倒塌，多數(shù)墻體局部倒塌或基礎(chǔ)變形、酥裂;土木結(jié)構(gòu)房屋部分倒毀，部分墻體倒塌、整體傾斜，多數(shù)墻體開裂變形，梭、掉瓦普遍;磚木結(jié)構(gòu)房屋整體傾斜或少數(shù)倒塌，部分墻體局部倒塌或嚴(yán)重開裂、梭、掉瓦開天窗較普遍;磚混結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)構(gòu)造柱斷裂、墻體開裂、位錯(cuò)，部分房屋地基開裂或輕微下沉、個(gè)別倒塌;框架結(jié)構(gòu)少數(shù)填充墻局部倒塌，部分開裂、抹灰層脫落。

Ⅶ度區(qū):石混結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)倒塌或局部倒塌，部分墻體、基礎(chǔ)開裂;土木及磚木結(jié)構(gòu)多數(shù)墻體開裂，梭、掉瓦，部分墻體局部倒塌，個(gè)別房屋傾斜;磚混結(jié)構(gòu)房屋個(gè)別地基不均勻沉降，少數(shù)墻體開裂明顯，墻體貫通裂縫;框架結(jié)構(gòu)少數(shù)房屋填充墻開裂、抹灰層脫落。

Ⅵ度區(qū):石混結(jié)構(gòu)房屋個(gè)別倒塌，少數(shù)墻體開裂;部分房屋墻體開裂，梭、掉瓦，少數(shù)房屋局部倒塌，個(gè)別年久失修的土木和磚木結(jié)構(gòu)倒塌;磚混結(jié)構(gòu)個(gè)別房屋墻體開裂;框架結(jié)構(gòu)部分填充墻開裂，極個(gè)別房屋承重梁可見細(xì)微裂紋。

3 異常區(qū)震害特點(diǎn)及分析

3.1 震害異常區(qū)分布

(1)Ⅵ度異常區(qū):大關(guān)縣天星鎮(zhèn)田壩村—壽山村—小河村一帶為Ⅵ度異常區(qū)。異常區(qū)內(nèi)的田壩、大園子、大關(guān)樓、壽山、小河等居民點(diǎn)均處于山梁、邊坡或陡坎邊上，結(jié)構(gòu)類型主要有土木、石混結(jié)構(gòu)房屋。個(gè)別房屋墻體有局部倒塌現(xiàn)象，少數(shù)房屋墻體出現(xiàn)明顯裂縫。

(2)Ⅶ度異常區(qū):在Ⅵ度區(qū)內(nèi)南西一側(cè)，北起大平子，南至白坡，西自長利，東到塘房，呈NNE向帶狀分布。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該異常區(qū)多位于小山包上，部分區(qū)域位于新近紀(jì)含煤地層上 (地層含膨閏土)，軟弱巖土效應(yīng)和地形效應(yīng) (可使地震波放大)是導(dǎo)致該區(qū)震害明顯加重的主要原因。

Ⅵ度異常區(qū)內(nèi)共調(diào)查8個(gè)點(diǎn) (含一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查點(diǎn))、1 955戶;Ⅶ度異常區(qū)共調(diào)查10個(gè)點(diǎn)，2 295戶。各調(diào)查點(diǎn)的詳細(xì)震害情況見表1、表2。

表1 Ⅵ度異常區(qū)房屋震害Tab.1 Building seismic damages inⅥintensity abnormal area

表2 Ⅶ度異常區(qū)房屋震害Tab.2 Building damages inⅦintensity abnormal area

3.2 異常區(qū)房屋震害特點(diǎn)

(1)基本情況

按地震現(xiàn)場房屋建筑類別劃分，此次異常區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型可分為土木、石混、磚木、磚混結(jié)構(gòu)。

土木結(jié)構(gòu)大量分布，在Ⅶ度異常區(qū)占房屋總量的75%以上;磚混結(jié)構(gòu)少數(shù)分布，在Ⅶ度異常區(qū)占房屋總量的20%以上;磚木結(jié)構(gòu)少量分布，占房屋總量的1.3%多;石混結(jié)構(gòu)在Ⅵ度異常區(qū)分布較多，在Ⅶ度異常區(qū)個(gè)別分布，占房屋總量的0.13%以上;其它結(jié)構(gòu)如石木結(jié)構(gòu)、土坯房屋(夯土墻草頂房)在Ⅵ度異常區(qū)少量分布。

(2)震害特點(diǎn)

Ⅵ度異常區(qū)房屋結(jié)構(gòu)主要有土木、石混結(jié)構(gòu)。個(gè)別房屋墻體有局部倒塌現(xiàn)象，少數(shù)房屋墻體出現(xiàn)明顯裂縫。土木結(jié)構(gòu)屋頂出現(xiàn)少量梭、掉瓦現(xiàn)象，震害比周邊居民點(diǎn)嚴(yán)重。對照中國地震烈度表A類房屋評定烈度的判定條件，大關(guān)縣田壩、大園子、大關(guān)樓、壽山、小河5個(gè)居民點(diǎn)的震害指數(shù)為0.0～0.1，經(jīng)計(jì)算得到震害指數(shù)值分別為 0.11、0.10、0.08、0.08、0.06，5個(gè)點(diǎn)震害指數(shù)均符合Ⅵ度烈度條件(盧永坤等，2007;陳坤華等，2012;施偉華等，2011)。

Ⅶ度異常區(qū)房屋結(jié)構(gòu)主要有土木、磚混結(jié)構(gòu)，其震害統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 Ⅶ度異常區(qū)房屋震害統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of building seismic damages in VII intensity abnormal area

4 震害異常分析

周錫元 (1965)對場地條件對震害影響領(lǐng)域的工作作了較全面的總結(jié)。蘭州地震大隊(duì)中長期預(yù)報(bào)隊(duì)抗震中隊(duì) (1977)闡述了局部地形特征、地質(zhì)構(gòu)造、地基土性質(zhì)等場地條件常常是造成震害顯著差異的重要因素。胡聿賢等 (1980)指出地震時(shí)出現(xiàn)的震害異常，往往是由于建筑場地條件的差異造成的。本次地震兩個(gè)高烈度異常區(qū)的形成與其所處的惡劣地形地貌條件有不可分割的關(guān)系。

4.1 地質(zhì)構(gòu)造

斷層地質(zhì)構(gòu)造的存在使地質(zhì)體連續(xù)性和完整性受到破壞。發(fā)震斷層一方面會因地震地表破裂造成橫跨斷層結(jié)構(gòu)的損壞，另一方面會因兩側(cè)地震動強(qiáng)度不同造成斷層兩側(cè)一定范圍內(nèi)震害的顯著差異 (吳章明，袁巖光，1990)。一般認(rèn)為，高烈度區(qū)的震害特征與發(fā)震斷裂的展布及動力學(xué)特征密切相關(guān)。劉必?zé)?(2011)認(rèn)為中強(qiáng)震附近的構(gòu)造對地表震害有不同影響，如除斷裂錯(cuò)動造成的直接破壞外，破裂帶場地條件差使震害加重;斷裂上下盤地震波傳播疊加或隔震使震害加重或減輕等。

震區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺 (Ⅰ級)滇東臺褶帶(Ⅱ級)的滇東北臺褶束 (Ⅲ級)，屬于川滇菱形塊體東側(cè)的華南塊體 (代博洋等，2011)。震區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，主體構(gòu)造為北東向斷裂、褶皺，次要構(gòu)造為北西向、南北向斷裂。主要斷裂構(gòu)造為北東向昭魯斷裂及會澤斷裂 (呂勇等，2009)。

昭魯斷裂帶由2～3條次級斷裂組成，北西起自彝良牛街西，向南西經(jīng)昭通、魯?shù)?，止于牛欄江西南，全長約160 km，總體走向30°，傾向南東，傾角60°～80°。該斷裂在航、衛(wèi)片上線性影像清晰，沿?cái)嗔寻l(fā)育有昭通、魯?shù)榈刃律璧兀瑪嗔褦噱e(cuò)的最新地層為中更新統(tǒng)，反映該斷裂是一條第四紀(jì)活動斷裂。會澤斷裂南西起于小江斷裂，向北東經(jīng)會澤、石門坎、下寨，進(jìn)入貴州后，經(jīng)白碗、小營盤、拖姑梅止于花溪，全長約170 km，總體走向40°，傾向北西，傾角大于70°。該斷裂在航、衛(wèi)片上線性影像清晰，斷裂沿線斷層槽谷、斷錯(cuò)山脊、斷錯(cuò)水系等發(fā)育，顯示右旋走滑運(yùn)動特征。斷裂斷錯(cuò)的最新地層為中更新統(tǒng)，表明該斷裂是一條第四紀(jì)活動斷裂。歷史上這兩條斷裂均發(fā)生過多次5級以上中強(qiáng)地震，本次雙震就發(fā)生在兩條斷裂之間。

由彝良5.7、5.6級地震烈度分布圖 (圖1)所示:Ⅶ度異常區(qū)處于昭魯主斷裂帶邊上，Ⅵ度異常區(qū)處于昭魯次級斷裂帶邊上。有研究表明，與主發(fā)震斷裂關(guān)系密切的活動斷裂往往使烈度增高，斷層破碎帶上震害往往也加重等。

4.2 含煤地層

魯?shù)橹琳淹ㄒ粠в写笮秃置旱V床分布，煤層埋深僅數(shù)米，含煤層厚約80 m。昭通盆地主要由新近系粘土及褐煤組成 (含膨潤土)，新生代沉積物最厚達(dá)490 m，而Ⅶ度異常區(qū)南邊的長利、白坡、紅路、溝邊、北閘等5個(gè)調(diào)查點(diǎn)均位于昭魯盆地內(nèi)。在Ⅶ度異常區(qū)中，白坡、北閘、溝邊、紅路、塘房5個(gè)點(diǎn)地下有新生代含煤地層，由于含煤地層軟弱，易風(fēng)化、破碎而導(dǎo)致震害加重。

大平子、新橋四組和青崗嶺3個(gè)調(diào)查點(diǎn)處于松散沉積物較厚的山間盆地內(nèi)，巖性主要由新近系粘土、砂質(zhì)粘土組成。

巨厚煤層的地震波放大效應(yīng)加重震害的現(xiàn)象在本次地震中異常突出，據(jù)陳光明 (1981)的研究結(jié)果，煤層的厚度變化與煤層頂、底板反射波振幅有一定的相依關(guān)系，即與煤層有關(guān)的反射波，當(dāng)煤層變厚時(shí)振幅增強(qiáng)，煤層變薄時(shí)振幅減弱。

4.3 地形地貌及巖土性質(zhì)

Ⅵ度異常區(qū)田壩、大園子、大關(guān)樓、壽山、小河5個(gè)居民點(diǎn)均處于高約2 000 m的山梁、邊坡或陡坎邊上，這里溝壑縱橫、山高坡陡，山體巖石破碎，溝谷與山梁海拔高差達(dá)1 000 m。歷史地震震害考察經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果表明，對山高坡陡且處于山梁、邊坡和陡坎邊上的建 (構(gòu))筑物震害有明顯加劇現(xiàn)象，地震動觀測研究結(jié)果也表明孤突山梁地形的地震動峰值有放大效應(yīng)。

彝良縣區(qū)域地質(zhì)屬揚(yáng)子地臺沉積蓋層發(fā)育的中心地帶，巖性以侏羅、白堊系“紅層”砂頁巖為主，其次為玄武巖、碳酸鹽巖夾頁巖、煤，構(gòu)造以褶皺為主，斷裂次之，構(gòu)造線走向中部以北東向?yàn)橹?，南、北以北北西向?yàn)橹鳌?/p>

異常區(qū)大多數(shù)居民點(diǎn)均座落在基巖薄覆蓋層上，由于巖性的強(qiáng)度和抗風(fēng)化的程度不同，建筑物的震害表現(xiàn)并不相同。

表4 Ⅵ異常區(qū)抽樣點(diǎn)地形地貌及地層巖性描述Tab.4 Discription of the topography and geomorphology and formation lithology of sampling points in VI intensity abnormal area

表5 Ⅶ異常區(qū)抽樣點(diǎn)地形地貌及地層巖性描述Tab.5 Discription of the topography and geomorphology and formation lithology of sampling points inⅦintensity abnormal area

從表4、表5可以看出，這些烈度異常區(qū)主要分布在斷裂控制的斷陷盆地、河谷階地、邊坡及山梁一側(cè)等斷裂破碎帶附近。這些區(qū)域烈度異常與斷層控制的局部特殊地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，因而斷層和地基土層對震害的影響很難分開，局部場地的覆蓋土層、地表地形或基巖面都成為震害異常的重要因素 (張彥琪等，2008)。

4.4 房屋建筑結(jié)構(gòu)及質(zhì)量

(1)震區(qū)一般房屋建筑沒有采取抗震措施，房屋的結(jié)構(gòu)形式、材料、砌筑方法等一般都不利于抗震。

(2)異常區(qū)土木結(jié)構(gòu)和石混結(jié)構(gòu)房屋大量存在。

土木結(jié)構(gòu)房屋破壞程度和它的結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系，該類房屋結(jié)構(gòu)簡易，屬墻抬梁，地震時(shí)容易倒塌;就地取材的粘土的粘性較差，導(dǎo)致土墻容易開裂而降低了房屋承載;這也是次異常區(qū)土木結(jié)構(gòu)房屋墻體多數(shù)遭到破壞的重要原因之一。

石混結(jié)構(gòu)房屋由于組成特點(diǎn)和砌筑特點(diǎn)，承重墻體采用亂石與泥漿徹筑，泥漿標(biāo)號極低，砌體基本沒有形成整體強(qiáng)度，加之多數(shù)屋頂采用混凝土屋蓋，加大了房屋自身的重量，整體性較差。震區(qū)由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平有限，在建造房屋中，只憑經(jīng)驗(yàn)，未經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，況且施工方法不理想，施工質(zhì)量差，大多數(shù)石混結(jié)構(gòu)房屋整體性和抗震能力極差，在地震災(zāi)害中破壞嚴(yán)重 (林建華等，1998;郭子雄等，2009)。

5 結(jié)論及討論

震害異常區(qū)主要受到含煤層場地、陡峭地形及房屋建筑結(jié)構(gòu)及質(zhì)量的影響，因此在恢復(fù)重建或城鄉(xiāng)規(guī)劃中，居民點(diǎn)的設(shè)置要充分考慮這些不利因素 (秦松濤等，2010):

(1)含煤層場地不利于作為建筑物地基，能避開的盡量避開，如受地域條件等所限非要在這類地基上修建建筑物時(shí)，必須依據(jù)含煤層場地的特性，有針對性地對地基進(jìn)行相應(yīng)處理。

(2)陡峭地形、孤突山梁和山間盆地等地域不適合直接建蓋居民點(diǎn)，如要建蓋必須依據(jù)地質(zhì)、地形地貌、土層和巖層特征進(jìn)行科學(xué)考察，做好地基處理工作。

(3)房屋建筑須嚴(yán)格按照抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)和施工監(jiān)理，不要再繼續(xù)修建當(dāng)?shù)乜拐鹉芰O差的“土木結(jié)構(gòu)”和“石混結(jié)構(gòu)”房屋。

本次地震引發(fā)的多處高烈度異常區(qū)震害情況與含煤層場地煤層的厚度、埋藏深度等的關(guān)聯(lián)性還有待考證，包括軟弱土層、地質(zhì)災(zāi)害等對震害異常的影響也是值得進(jìn)一步研究和探索的。

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