第五代與第四代區(qū)劃圖山西省域部分差異性初步研究

馬秀芳，薛曉東，曾金艷，趙向佳，丁學(xué)文

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030025）

0 引言

山西省歷史地震活動(dòng)頻度較高，強(qiáng)度較大，災(zāi)害比較嚴(yán)重，地震引起的建筑物破壞和倒塌是造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。只有確定科學(xué)合理的抗震設(shè)防要求，并按照抗震設(shè)防要求和抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的建筑物才具備一定的抗震能力，而大量的一般建設(shè)工程是按照全國(guó)地震區(qū)劃圖進(jìn)行抗震設(shè)防［1］。第四代和第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖山西省域部分之間存在一定的差異，只有明確兩代區(qū)劃圖的差別所在，才能做到更好的應(yīng)用。

1 數(shù)據(jù)與方法

在ArcGIS軟件中，分別導(dǎo)入第四代和第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（來(lái)自中國(guó)地震局地球物理研究所），進(jìn)行配準(zhǔn)、矢量化，得到山西省域部分兩代矢量化區(qū)劃圖。使用疊加分析功能identity，分別對(duì)峰值加速度區(qū)劃圖和特征周期區(qū)劃圖疊加分析，得到兩幅對(duì)比圖（見(jiàn)圖1、圖2）和兩代圖之間的變化面積數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖形和數(shù)據(jù)對(duì)兩代區(qū)劃圖的時(shí)空差異進(jìn)行分析研究。

2 兩代區(qū)劃圖之間的變化特征分析

兩代區(qū)劃圖之間的變化表現(xiàn)在時(shí)間和空間上。

2.1 兩代區(qū)劃圖之間的空間變化

山西省域部分兩代地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖的空間變化由圖1從中間向兩側(cè)看起，最大的變化是增加了0.30g，位于洪洞地區(qū)；0.20g區(qū)域明顯增加，其周邊地區(qū)由原來(lái)的0.15g提高到0.20g；山西北部在右玉西北由0.10g增大為0.20g；山西西側(cè)的0.05g區(qū)域基本保持了原來(lái)的形狀，東部有小部分增加；山西東側(cè)0.05g區(qū)域形狀變化明顯，和順縣周圍地區(qū)明顯縮小。

山西省域部分兩代地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖的空間變化為：0.35s區(qū)域消失；0.45s區(qū)域形狀發(fā)生一定變化，在山西北部朔州—應(yīng)縣—渾源方向伸出一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的“觸角”；原來(lái)的盂縣附近0.45s地區(qū)與南部的榆社—陽(yáng)城0.45s大面積地區(qū)連為一體，鄉(xiāng)寧、稷山、曲沃等地也由原來(lái)的0.40s提高到0.45s，并與其他0.45s區(qū)域連成一個(gè)大區(qū)域（見(jiàn)圖2）。

另外，山西省抗震設(shè)防要求變化在城市中表現(xiàn)得較為突出，抗震設(shè)防要求變化較大城市如第27頁(yè)表1所示，4個(gè)城市由原來(lái)的0.05g提高到0.10g，10個(gè)城市由原來(lái)的0.15g提高到0.20g，洪洞由原來(lái)的0.20g提高到0.30g。

2.2 兩代區(qū)劃圖之間的時(shí)間變化

從第四代圖到第五代圖，地震動(dòng)峰值加速度和地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期都有一定的變化，另外，新一代區(qū)劃圖明確給出城鎮(zhèn)的地震動(dòng)參數(shù)，具體分析如下。

2.2.1 地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖山西省域部分主要變化

圖1 山西省域部分第四代與第五代地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖對(duì)比Fig.1 Comparison of the fourth and the fifth seismic peak ground acceleration zonations in the area of Shanxi Province

從第四代圖到第五代圖，山西省域部分由原來(lái)的4級(jí)檔（0.05g、0.10g、0.15g和0.20g）變成了5級(jí)檔（0.05g、0.10g、0.15g、0.20g和0.30g），具體變化如圖1所示。通過(guò)ArcGIS對(duì)具體數(shù)據(jù)分析，得到加速度增大地區(qū)的面積（0.05g～0.10g、0.10g～0.15g、0.10g～0.20g、0.15g～0.20g和 0.20g～0.30g）為保持加速度不變（0.05g、0.10g、0.15g和0.20g）地區(qū)面積的0.26倍；加速度降低地區(qū)的面積（0.10g～0.05g、0.15g～0.10g）為保持加速度不變（0.05g、0.10g、0.15g和0.20g）地區(qū)面積的0.02倍。加速度值面積增加的特征為：（0.15g～0.20g）＞（0.10g～0.15g）＞（0.05g～0.10g）＞（0.10g～0.20g）。

2.2.2 地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖山西省域部分主要變化

圖2 山西省域部分第四代與第五代地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖對(duì)比Fig.2 Comparison of the fourth and the fifth seismic corner period of the seismic response spectrum zonations in the area of Shanxi Province

第四代地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖中，山西省域部分有0.35s、0.40s和0.45s三個(gè)值，而第五代圖中只有0.40s和0.45s兩個(gè)值。總的來(lái)說(shuō)，反應(yīng)譜特征周期有所增加，具體表現(xiàn)在：0.35s提高到0.40s或者0.45s，部分地區(qū)由0.40s提高到0.45s，局部地區(qū)由0.45s降到0.40s（見(jiàn)圖2）。通過(guò)對(duì)兩代地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖變化的面積數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到：0.35s～0.40s增加的面積為（0.35s～0.45s）增加面積的11.58倍；0.35s～0.40s增加的面積為（0.40s～0.45s）增加面積的1.19倍，可見(jiàn)，0.35s～0.40s增加的面積和（0.40s～0.45s）增加面積相當(dāng)，0.35s～0.45s增加面積只占很小一部分。反應(yīng)譜特征周期總提高（0.35s～0.40s、0.35s～0.45s和0.40s～0.45s）面積為降低（0.45s～0.40s）面積的7.56倍。反應(yīng)譜特征周期總提高（0.35s～0.40s、0.35s～0.45s和0.40s～0.45s）面積為保持不變（保持0.40s、0.45s）面積的0.56倍。

2.2.3 地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖山西省域部分主要增加內(nèi)容第五代區(qū)劃圖增加了《鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）及縣級(jí)人民政府所在地城鎮(zhèn)地區(qū)Ⅱ類場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度和地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期表》①標(biāo)準(zhǔn)編制工作組.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18306—2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》修訂說(shuō)明，2012：1－2.，明確給出城鎮(zhèn)的地震動(dòng)參數(shù)，第27頁(yè)表2顯示的是山西省婁煩縣及所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地震動(dòng)參數(shù)值②中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，2012：13.。新區(qū)劃圖列出了每一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地震動(dòng)參數(shù)值，區(qū)劃結(jié)果更精確，使用起來(lái)更方便高效。如，進(jìn)行工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)工作時(shí)，場(chǎng)地不僅僅在市區(qū)，很多涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地方，新區(qū)劃圖增加了鄉(xiāng)鎮(zhèn)的參數(shù)，可以快速地明確位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度等參數(shù)。

表1 山西省抗震設(shè)防要求變化較大城市Table.1 Cities where requirements for seismic resistance change in Shanxi Province

表2 山西省婁煩縣及所有鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的地震動(dòng)參數(shù)值Table.2 Seismic ground motion parameters in Loufan County and all its villages and towns，Shanxi

3 結(jié)論

本文運(yùn)用ArcGIS軟件，在配準(zhǔn)、矢量化第四代和第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖的基礎(chǔ)上，運(yùn)用疊加分析功能，分析第四代和第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖的主要變化，并形成地震動(dòng)加速度區(qū)劃圖和地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖對(duì)比圖，形象直觀地反應(yīng)兩代區(qū)劃圖的空間變化。

山西省域部分兩代地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖的最大變化是增加了0.30g，位于洪洞地區(qū)；0.20g區(qū)域明顯增加，山西北部右玉西北由0.10g增大為0.20g；山西東側(cè)0.05g區(qū)域形狀變化明顯。山西省域部分兩代地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖的空間變化為：0.35s區(qū)域消失；0.45s區(qū)域形狀發(fā)生了較大變化：山西北部朔州—應(yīng)縣—渾源方向伸出一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的“觸角”。原來(lái)的盂縣附近0.45s地區(qū)與南部的榆社—陽(yáng)城0.45s大面積地區(qū)在第五代圖中連為一體，鄉(xiāng)寧、稷山、曲沃等地也由原來(lái)的0.40s提高到0.45s，并與其他0.45s區(qū)域連成一個(gè)大區(qū)域。

通過(guò)具體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到加速度增大地區(qū)的面積為保持加速度不變地區(qū)面積的0.26倍；加速度降低地區(qū)的面積為保持加速度不變地區(qū)面積的0.02倍。加速度值面積增加方面，也表現(xiàn)出一定的特征。反應(yīng)譜特征周期總提高面積為降低面積的7.56倍，為保持不變面積的0.56倍。0.35s～0.40s增加的面積和0.40s～0.45s增加面積相當(dāng)，0.35s～0.45s增加面積只占很小一部分。

［1］胡聿賢，高孟潭，杜 瑋，等.GB 18306—2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》宣貫教材［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001：1.