2017年5月11日新疆塔什庫爾干5.5級(jí)地震生命損失評(píng)估對(duì)比分析1

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(jí)地震生命損失評(píng)估對(duì)比分析1

丁 香 王曉青 袁小祥 竇愛霞

（中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)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(jí)地震。地震造成8人死亡、31人受傷以及財(cái)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(píng)估方法，得到的評(píng)估結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差別較大。為探討評(píng)估結(jié)果偏離的原因，本文對(duì)不同地震損失評(píng)估方案進(jìn)行比較分析，探討了地震致災(zāi)性（地震影響場(chǎng)分布）、承災(zāi)體（人口）分布等因素對(duì)地震損失評(píng)估結(jié)果的影響。結(jié)果表明在此次地震快速評(píng)估中，基于宏觀震中確定的地震影響場(chǎng)較微觀震中更接近實(shí)際分布；地震烈度衰減的平均估計(jì)模型給出的地震烈度區(qū)面積明顯小于實(shí)際面積；極震區(qū)存在抗震能力相對(duì)低的土木、磚木結(jié)構(gòu)房屋，是造成該地震震級(jí)相對(duì)小而生命損失相對(duì)大的“小震大災(zāi)”的重要原因。對(duì)比分析結(jié)果表明，提高人口、房屋建筑等風(fēng)險(xiǎn)暴露數(shù)據(jù)的空間精準(zhǔn)性，改善地震震中定位與地震影響場(chǎng)估計(jì)的準(zhǔn)確性，將有助于提高地震應(yīng)急損失評(píng)估的準(zhǔn)確性。

塔什庫爾干地震 生命損失評(píng)估 地震影響場(chǎng) 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(jí)地震，震源深度8km。地震造成8人死亡、31人受傷以及財(cái)產(chǎn)損失[2]，屬于典型的“小震大災(zāi)”。然而，按照中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心發(fā)布的地震速報(bào)參數(shù)，在震后第一時(shí)間（快速響應(yīng)階段）進(jìn)行了地震災(zāi)害損失快速評(píng)估，認(rèn)為本次地震不會(huì)造成人員死亡。為探尋地震災(zāi)害損失評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況差異的原因，本文對(duì)地震損失快速評(píng)估所涉及的地震參數(shù)、地震影響場(chǎng)分布、災(zāi)區(qū)人口分布等進(jìn)行比較分析，以確定評(píng)估結(jié)果偏差的原因，為改進(jìn)評(píng)估方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、提高地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估精度和震后損失快速評(píng)估準(zhǔn)確性以及更好地為震前地震應(yīng)急準(zhǔn)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(jiǎn)化模型計(jì)算（王曉青等，2019）：

其中，（）為地震動(dòng)強(qiáng)度作用下的地震生命損失率（即死亡率）；（）為地震動(dòng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)分區(qū)的人口數(shù)；（）為地震動(dòng)強(qiáng)度作用下的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估修正系數(shù)，受地形、場(chǎng)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(shí)（）取1。

地震災(zāi)害損失評(píng)估涉及地震致災(zāi)因素及其強(qiáng)度（地震動(dòng)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(píng)估結(jié)果與實(shí)際結(jié)果偏離的原因，本文對(duì)比分析地震影響場(chǎng)評(píng)估方案、公里格網(wǎng)人口分布等對(duì)地震損失評(píng)估結(jié)果的影響，結(jié)合歷史地震案例探討地震影響場(chǎng)的不確定性，在此基礎(chǔ)上，對(duì)本次地震快速評(píng)估結(jié)果的偏離原因進(jìn)行討論。

本文人口分布數(shù)據(jù)源自2015年重點(diǎn)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(jì)年度統(tǒng)計(jì)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(shí)空分布預(yù)測(cè)模型，最終獲得了全國(guó)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(guó)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(xiǎn)評(píng)估與災(zāi)后地震損失快速評(píng)估軟件系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)完成了2016—2025年中國(guó)大陸地震損失預(yù)測(cè)研究（王曉青等，2019）。本文將采用該系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行計(jì)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(dòng)、同震破裂與地表位移、同震滑坡等。本次地震由于震級(jí)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(dòng)。地表地震動(dòng)強(qiáng)度分布受地震震級(jí)、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(jí)較小的地震，由于其破壞較嚴(yán)重的極災(zāi)區(qū)范圍較小，故風(fēng)險(xiǎn)暴露數(shù)據(jù)空間分布的精細(xì)度和準(zhǔn)確性對(duì)地震損失評(píng)估結(jié)果有重要影響。

2.1 地震影響場(chǎng)評(píng)估模型選擇

本次地震的災(zāi)害損失主要受地震動(dòng)分布的影響，而地震影響場(chǎng)受地震強(qiáng)度、空間位置、地震動(dòng)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(chǎng)采用地震烈度區(qū)分布，結(jié)合地震參數(shù)，選擇了3個(gè)地震影響場(chǎng)評(píng)估模型（表1）。

表1 地震影響場(chǎng)評(píng)估模型

評(píng)估模型a給出的快速評(píng)估影響場(chǎng)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(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震三要素正式速報(bào)結(jié)果：震級(jí)5.5級(jí)，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(dòng)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(zhǎng)、短半軸（km）。

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

圖1 不同評(píng)估模型的地震影響場(chǎng)分布

評(píng)估模型b基于地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查評(píng)定的地震烈度圖，該模型完全依據(jù)地震現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì)開展大量實(shí)際震害調(diào)查后評(píng)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(chǎng)與實(shí)際情況最相符（圖1（b））。

評(píng)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(diǎn)在地表的投影，一般情況下，震源的初始破裂點(diǎn)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(yán)重的地點(diǎn)。一般認(rèn)為地震造成的最高烈度區(qū)的幾何中心點(diǎn)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(duì)損失評(píng)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(píng)估參數(shù)，所得到的地震影響場(chǎng)評(píng)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(dòng)構(gòu)造確定。

2.2 不同影響場(chǎng)模型損失評(píng)估結(jié)果對(duì)比

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

表2 不同影響場(chǎng)評(píng)估方案的地震損失評(píng)估結(jié)果對(duì)比

2.3 地震影響場(chǎng)不確定性分析

自1989年山西大同-陽高地震以來，中國(guó)開展了歷次破壞性地震的現(xiàn)場(chǎng)震害調(diào)查、烈度評(píng)定和地震損失評(píng)估工作。為比較地震影響場(chǎng)估計(jì)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(guó)家地震局等，1996；中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2001；中國(guó)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(dá)Ⅷ度，但數(shù)量較少。對(duì)烈度Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度分別繪制了震級(jí)-烈度區(qū)面積分布圖，如圖2所示，其中藍(lán)色為1991—2002年中國(guó)5.1≤≤5.9地震震例，紅色為2017年塔什庫爾干5.5級(jí)地震。結(jié)果表明，當(dāng)震級(jí)相同時(shí)，烈度值相同的地震烈度區(qū)面積差別較大，可達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)。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(chǎng)地條件等）均可能影響地震烈度區(qū)的大小，故地震影響場(chǎng)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(shí)至5月13日18時(shí)，共發(fā)生0級(jí)以上余震336次，其中4.0—4.9級(jí)余震2次，3.0—3.9級(jí)余震10次，最大余震為4.5級(jí)[2]；余震較為集中的區(qū)域方向?yàn)楸睎|向，但大范圍內(nèi)展布為北西向，其中心相對(duì)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(duì)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(píng)估（模型a）結(jié)果的偏離原因。

圖2 地震震級(jí)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(jí)地震災(zāi)區(qū)人口分布情況見圖4，同時(shí)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(diǎn)。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(jì)人口約28900人。根據(jù)本次地震現(xiàn)場(chǎng)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(píng)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(píng)估結(jié)果為0；而按照實(shí)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(píng)估結(jié)果上升為6人，較接近實(shí)際死亡人數(shù)。因此，準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)暴露人口數(shù)據(jù)和地震影響場(chǎng)對(duì)地震災(zāi)害損失評(píng)估結(jié)果有非常重要的影響。

圖4 塔什庫爾干5.5級(jí)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(chǎng)評(píng)估模型和人口分布對(duì)2017年5月11日新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣5.5級(jí)地震生命損失評(píng)估結(jié)果的影響，從地震震中位置、地震影響場(chǎng)評(píng)估模型及其不確定性、人口空間分布等方面探討了引起評(píng)估損失與實(shí)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(chǎng)較微觀震中更接近實(shí)際分布；按照地震烈度衰減的平均估計(jì)模型得到的地震烈度區(qū)面積，明顯小于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估的實(shí)際烈度區(qū)面積，但本次地震的實(shí)際影響場(chǎng)面積也在同震級(jí)歷史震例的影響場(chǎng)面積分布范圍內(nèi)；除影響場(chǎng)外，在極震區(qū)（最高烈度分布區(qū)）存在抗震能力相對(duì)低的土木、磚木結(jié)構(gòu)房屋，是造成地震震級(jí)相對(duì)小而生命損失相對(duì)大的“小震大災(zāi)”的重要原因。在震后第一時(shí)間依據(jù)微觀地震震中進(jìn)行地震影響場(chǎng)快速評(píng)估的基礎(chǔ)上，結(jié)合余震分布、主震及余震精定位、震源機(jī)制解乃至地表破裂過程模擬，確定地震“宏觀震中”位置，同時(shí)通過衛(wèi)星遙感影像、地形和場(chǎng)地類型等，綜合分析調(diào)整地震影響場(chǎng)的面積，盡可能提高地震影響場(chǎng)的準(zhǔn)確性以及選擇合適的地震生命易損性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將有效提高地震生命損失評(píng)估的準(zhǔn)確性。

需要說明的是，通過統(tǒng)計(jì)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(guó)1900年以來同一震級(jí)地震造成的死亡人數(shù)分布范圍可達(dá)2—3個(gè)數(shù)量級(jí)（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(shí)施工人員，借住在震區(qū)無抗震措施的老舊民房中，震時(shí)由于房屋倒塌造成死亡，因此，本次地震相對(duì)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(duì)準(zhǔn)確的影響場(chǎng)空間位置和大小（影響人口風(fēng)險(xiǎn)暴露程度）仍然對(duì)快速評(píng)估結(jié)果具有關(guān)鍵影響。

總之，地震影響場(chǎng)分布及其對(duì)人口與房屋建筑（對(duì)應(yīng)抗震能力）數(shù)量估計(jì)的偏差，是造成本次地震損失快速評(píng)估結(jié)果偏差較大的主要因素。因此，提高地震影響場(chǎng)評(píng)估的準(zhǔn)確性，并提高人口、房屋建筑等風(fēng)險(xiǎn)暴露數(shù)據(jù)空間分布的準(zhǔn)確性，對(duì)提高地震災(zāi)害損失快速評(píng)估準(zhǔn)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(xiǎn)評(píng)估的中國(guó)大陸區(qū)縣級(jí)人口總量時(shí)空預(yù)測(cè)方法研究．地震，37（4）：58—68．

竇愛霞，丁玲，2019．建筑物時(shí)空分布研究．見：《2016—2025年中國(guó)大陸地震危險(xiǎn)區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)研究》項(xiàng)目組主編，《2016—2025年中國(guó)大陸地震危險(xiǎn)區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)研究》．北京：中國(guó)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(guó)家地震局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，1996．中國(guó)大陸地震災(zāi)害損失評(píng)估匯編（1990—1995）．北京：地震出版社，210．

王曉青，丁香，2019．2016—2025年中國(guó)大陸地震損失預(yù)測(cè)研究．見：《2016—2025年中國(guó)大陸地震危險(xiǎn)區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)研究》項(xiàng)目組主編，《2016—2025年中國(guó)大陸地震危險(xiǎn)區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)研究》．北京：中國(guó)地圖出版社．

新疆地震局，2017．新疆塔什庫爾干5.5級(jí)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(dòng)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(jì)時(shí)空預(yù)測(cè)研究．見：《2016—2025年中國(guó)大陸地震危險(xiǎn)區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)研究》項(xiàng)目組主編，《2016—2025年中國(guó)大陸地震危險(xiǎn)區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)研究》．北京：中國(guó)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(jì)損失研究．地震，37（4）：69—79．

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中國(guó)地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司，2010．2001—2005年中國(guó)大陸地震災(zāi)害損失評(píng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)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(xiǎn)評(píng)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(jí)地震生命損失評(píng)估對(duì)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(jí)地震災(zāi)害損失評(píng)估報(bào)告．新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部報(bào)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(jí)地震災(zāi)害損失評(píng)估報(bào)告．新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部報(bào)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(jí)地震災(zāi)害損失評(píng)估報(bào)告．新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部報(bào)告．