2015年4月25日尼泊爾Ms8.1級地震震動圖的不確定性分析

亢川川，李建亮，孔 軍，劉 韶

(1.四川省地震局工程地震研究院，四川 成都 610041；2.四川賽思特科技有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

2015年4月25日尼泊爾Ms8.1級地震震動圖的不確定性分析

亢川川1,2，李建亮1，孔 軍1，劉 韶2

(1.四川省地震局工程地震研究院，四川 成都 610041；2.四川賽思特科技有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

尼泊爾Ms8.1級地震造成了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。中國地震局在震后2小時就及時發(fā)布了此次地震的地震動強(qiáng)度預(yù)測圖(即震動圖)。作為地震應(yīng)急救援的重要圖件之一，震動圖對地震救援和震后災(zāi)害損失評估等工作提供了科學(xué)有效的參考。但是在震后短時間內(nèi)快速生成的震動圖難以避免地存在一些不確定性因素，需要根據(jù)震后信息的不斷積累及時加以修正，同時還要結(jié)合考慮局部地質(zhì)構(gòu)造背景、地震波的衰減關(guān)系特性以及土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)等方面的不確定性因素來對于強(qiáng)度預(yù)測圖進(jìn)行修正。

震動圖；不確定性；分析

2015年4月25日14時11分(北京時間)在尼泊爾發(fā)生了8.1級地震。據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，震中位置為28.2°N、84.7°E，震源深度20 km[1]。地震震中位于尼泊爾的博克拉，最大烈度為X度，等震線長軸總體呈北西西走向。截至2015年5月13日，地震至少造成8 216人死亡，近2萬人受傷。地震發(fā)生后又發(fā)生了多次強(qiáng)余震，其中7級以上強(qiáng)余震就有3次。當(dāng)?shù)貢r間2015年5月12日發(fā)生的尼泊爾加德滿都7.5強(qiáng)烈地震導(dǎo)致65人遇難，另有約1 200人受傷[2]。尼泊爾發(fā)生了8.1級地震后不久，中國地震局先后發(fā)布了相應(yīng)的地震動強(qiáng)度預(yù)測圖、地震烈度圖。相比地震烈度圖，震動圖的優(yōu)勢在于快速產(chǎn)出，此次地震震動圖對地震動強(qiáng)度的預(yù)測基本可靠，但仍存在一定的誤差，如何盡可能地改進(jìn)圖的精度是本文的目的。

1 地震動強(qiáng)度預(yù)測圖和地震烈度圖基本情況

中國地震局在地震發(fā)生后2小時迅速發(fā)布了“尼泊爾8.1地震地震動強(qiáng)度預(yù)測圖”(參見圖1)[3]，以下簡稱“震動圖”。綜合考慮了現(xiàn)有的局部地質(zhì)構(gòu)造背景、地震波的衰減關(guān)系特性以及土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)的影響，給出了此次地震的震動圖?！罢饎訄D”是根據(jù)場地效應(yīng)在很短的時間里面快速生成的[4]，其中地震波的衰減采用了汪素云2000的中國西部衰減模型，以點橢圓衰減模型計算了此次地震的影響場，并且考慮了土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)。而這里的地震動參數(shù)放大效應(yīng)是采用了Allen等于2007年和Wald等于2006和2007分別提出的一種直接利用地形數(shù)據(jù)確定場地類別的方法計算的，依據(jù)這些計算參數(shù)對此次地震的場地條件進(jìn)行了估計[5-7]。在此基礎(chǔ)上，還利用了Borcherdt的場地放大系數(shù)成果參加計算[8]，所有這些工作量化了土層對于地震動參數(shù)的放大效應(yīng)。計算結(jié)果表明，這次地震預(yù)測極震區(qū)的地震烈度可能達(dá)到Ⅹ度，可能的受災(zāi)面積達(dá)到20萬平方千米，中國西藏吉隆鎮(zhèn)受影響的烈度可能達(dá)到Ⅷ度。隨后基于收集到的震源破裂過程信息，利用斷層投影面源的衰減模型修正了最初版本的震動圖，大大優(yōu)化了地震震動圖的精度。

隨著時間的推移，尼泊爾8.1級地震發(fā)生后6天，中國地震局于2015年5月1日發(fā)布了“尼泊爾8.1級地震烈度圖”[9]，以下簡稱“烈度圖”。這次地震波及了尼泊爾、中國、印度、孟加拉等國。中國地震局又根據(jù)災(zāi)情、實地調(diào)查數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感震害解譯和全球有關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，并參照《中國地震烈度表》(GB/T 17742-2008)，進(jìn)一步對此次地震烈度分布進(jìn)行了評估。此次地震災(zāi)區(qū)最高烈度為Ⅸ度，等震線長軸總體走向呈北西西方向，Ⅵ度區(qū)及以上的總面積約為214 700平方千米；Ⅸ度區(qū)及以上面積約8 300平方千米，長軸長155千米，短軸長63千米；Ⅷ度區(qū)面積約為20 500平方千米，長軸長260千米，短軸長135千米；Ⅶ度區(qū)面積約為45 000平方千米，長軸長383千米，短軸長236千米；Ⅵ度區(qū)面積約為140 900平方千米，長軸長588千米，短軸長470千米。其中，地震烈度圖中國境內(nèi)是根據(jù)中國地震局現(xiàn)場工作隊實地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行評定和繪制的；中國境外地震烈度圖是根據(jù)震源機(jī)制解、震源破裂過程、地質(zhì)構(gòu)造、建筑物破壞特征等地球物理、地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)等分析資料，并結(jié)合衛(wèi)星遙感震害解譯和中國國際救援隊調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行估計和繪制的。

圖1 2015年4月25日尼泊爾8.1級地震動強(qiáng)度預(yù)測圖

圖2 尼泊爾8.1地震地烈度圖

2 討論分析

從尼泊爾8.1級地震于地震后2小時發(fā)布的“震動圖”和于震后6天發(fā)布的“烈度圖”的對比分析來看，震動圖在極震區(qū)最大可能烈度、受災(zāi)面積以及對于中國受災(zāi)最嚴(yán)重的西藏吉隆鎮(zhèn)的估計是準(zhǔn)確的。說明震動圖生成的方法科學(xué)可行，這些圖件的及時發(fā)布對地震救援和震后災(zāi)害損失評估等工作提供了科學(xué)有效的參考依據(jù)。但是在Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度的面積、長短軸長度等參數(shù)方面，震動圖的估計在發(fā)布初期仍存在一定的誤差，尤其對極震區(qū)的估計，誤差更大。其原因在于震后短時間內(nèi)可獲取的“震動圖”相應(yīng)的資料十分有限，導(dǎo)致問題的邊界條件過少，這給精準(zhǔn)估計地震動強(qiáng)度帶來了很大的不確定性，從而導(dǎo)致“震動圖”可能出現(xiàn)較大的誤差。“震動圖”的精度受到局部地質(zhì)構(gòu)造背景、地震波的衰減關(guān)系特性以及土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)等多方面因素的影響，而在尼泊爾地區(qū)相關(guān)基礎(chǔ)資料缺乏的情況下，就可能導(dǎo)致地震動強(qiáng)度估計上的誤差。在局部地質(zhì)構(gòu)造背景下，中國地震局和美國地質(zhì)調(diào)查局[10]都給出了這次地震的震源機(jī)制解，兩個結(jié)果大體一致，所以大家認(rèn)為此次地震是一次以逆沖型為主的斷層活動所產(chǎn)生。一般逆沖型的斷層活動產(chǎn)生的地震，上盤地震動強(qiáng)度一般要高于下盤，這點在這次發(fā)布的“烈度圖”上得到了體現(xiàn)，也就是說斷層南側(cè)的地震烈度高于北側(cè)。對此次以逆沖為主的地震事件在局部地質(zhì)構(gòu)造背景上估計不足，可能會導(dǎo)致估計結(jié)果存在一定的不確定性。

對于地震波的衰減問題，這次“震動圖”采用了點橢圓模型來表達(dá)。地震發(fā)生以后，得到了更多的資料和信息，有關(guān)機(jī)構(gòu)隨后發(fā)布了這次地震的震源破裂過程信息，由此認(rèn)為采用線源或者面源衰減模型更符合實際。另外，“震動圖”采用的衰減關(guān)系在某種程度上不一定適用于尼泊爾地區(qū)。在衰減關(guān)系方面，我國許多研究者做過大量的研究，根據(jù)情況的不同給出了相應(yīng)區(qū)域的衰減關(guān)系[11-14]。然而，這些衰減關(guān)系各有特點，從資料到模型都有差別，必然就有一定的區(qū)域性特征。目前，中國的地震學(xué)研究者對此次地震影響區(qū)或尼泊爾地區(qū)的地震波衰減關(guān)系特性研究較少，選擇適合該地區(qū)的衰減關(guān)系是十分重要的，而選擇的本身就存在一定的不確定性，還有很多值得研究的課題。

在土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)上，這次地震的“震動圖”采用了Allen等和Wald等分別于2006、2007年提出的地形坡度與Vs30(地下30m的平均剪切波速數(shù)據(jù))相關(guān)關(guān)系來確定場地條件的方法計算相應(yīng)參數(shù)。該方法提出后，被廣泛地應(yīng)用到震后的地震動強(qiáng)度分布的快速預(yù)測工作中[15-20]。這次地震的“震動圖”根據(jù)USGS全球地形數(shù)據(jù)計算了坡度等參數(shù)，進(jìn)一步推導(dǎo)后得到了此次地震受災(zāi)區(qū)Vs30參數(shù)，從而獲得了場地條件圖。之后，運(yùn)用Borcherdt的場地放大系數(shù)[8]，得到考慮局部場地效應(yīng)影響后的圖件，并將基巖上的地震動參數(shù)分布修正到土層地表上，最終得到了考慮土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)后的“震動圖”。然而，地形坡度與Vs30關(guān)系也有一定的區(qū)域性特征，Allen等統(tǒng)計的是美國加利福尼亞、尤他州，意大利和中國臺灣等活動構(gòu)造區(qū)，而美國孟菲斯、澳大利亞等穩(wěn)定構(gòu)造區(qū)得到的統(tǒng)計關(guān)系哪類更適合尼泊爾地區(qū)是需要進(jìn)一步探討的。當(dāng)然，通過尼泊爾地區(qū)的Vs30實測數(shù)據(jù)所得到的關(guān)系肯定更合適該地區(qū)。同樣的，Borcherdt等的場地放大系數(shù)同樣存在區(qū)域特性，選取其參數(shù)也會對于相應(yīng)的地震烈度結(jié)果造成相應(yīng)誤差。

3 結(jié)束語

尼泊爾Ms8.1級地震后2小時，中國地震局發(fā)布了此次地震的地震動強(qiáng)度預(yù)測圖，對地震救援與震后災(zāi)害損失評估等工作提供了科學(xué)有效的參考。其估計結(jié)果基本可靠，準(zhǔn)確性可通過修正不斷提高。震后短時間內(nèi)可獲取的震動圖估計所需的相關(guān)資料十分有限，在追求實效性的同時，客觀降低了準(zhǔn)確性。比如在衰減關(guān)系方面，對地震周邊研究程度比較欠缺的地區(qū)，參考研究程度較高地區(qū)的衰減相關(guān)特征，通過對模型和衰減特點的修正預(yù)先給出適合該地區(qū)的衰減關(guān)系，作為數(shù)據(jù)儲備以備今后地震應(yīng)急救援時使用；再者，土層對地震動參數(shù)放大效應(yīng)不容忽視，應(yīng)大力開展區(qū)域性的場地條件研究工作，以便更為準(zhǔn)確地量化場地效應(yīng)。另外，可利用震源破裂過程、強(qiáng)震記錄等及時修正地震動強(qiáng)度預(yù)測圖，提高準(zhǔn)確性。最后，此次地震主震發(fā)生后，又連續(xù)發(fā)生多次高震級余震，又造成了人員傷亡，同時對建筑物等的破壞有一定累加作用。建議疊加主震和余震“震動圖”，給地震烈度圖以參考，以更好地服務(wù)于震后災(zāi)害損失評估工作。

[1] 中國地震局，2015，中國地震局發(fā)布尼泊爾發(fā)生8.1級地震.[2015-4-25].http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/101803/101809/20150425152150837617854/index.html.

[2] 中國新聞網(wǎng)，2015，尼泊爾8.1級強(qiáng)地震遇難人數(shù)升至8019人[EB/OL],http://www.hi.chinanews.com/hnnew/2015-05-11/4_48694.html.

[3] 中國地震局，2015，中國地震局發(fā)布2015年4月25日尼泊爾8.1地震地震動強(qiáng)度預(yù)測圖.http://www.csi.ac.cn/manage/eqDown/31RollingTop/shakemap.html.

[4] 陳鯤，俞言祥，高孟潭.考慮場地效應(yīng)的Shake Map系統(tǒng)研究[J].中國地震，2010，26(1)：92-102.

[5] Allen, T.I. and Wald, D.J., 2007, Topographic Slope as a Proxy for Seismic Site-Conditions (Vs30) and Amplification around the Globe: U.S. Geological Survey Open-File Report 2007-1357, 69p.

[6] Wald D J, Worden B C, Quitoriano V, and Pankow K L. 2006, Shake Map Manual: Technical manual, user’s guide, and software guide: U.S. Geological Survey, 156p.

[7] Wald D J，and Allen T I.Topographic Slope as a proxy for Seismic Site Conditions and Amplification，Bul1．Seism．Soc．Amer．2007，97(5):1379-1395．

[8] Borcherdt R D，1994，Estimates of site-dependent response spectra for design (methodology and justification)，Earthquake Spectra，10，617-654．

[9] 中國地震局，2015，中國地震局發(fā)布尼泊爾8.1級地震烈度圖.http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20150501221233264365835/index.html

[10] USGS,2015a, M7.8 -34 km ESE of Lamjung, Nepal[EB/OL].[2015-4-25],http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us20002926#scientific_tensor:us_us_20002926_mwc.

[11] 俞言祥，李山有，肖亮.為新區(qū)劃圖編制所建立的地震動衰減關(guān)系[J]．震災(zāi)防御技術(shù)，2013，8(1)：24-33.

[12] 王玉石，李小軍，周正華.川滇地區(qū)水平向強(qiáng)地震動衰減關(guān)系研究[J]．地震學(xué)報，2013，35(2)：238-249.

[13] 肖亮，俞言祥. 中國西部地區(qū)地震烈度衰減關(guān)系[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2011，6(4)：358-371.

[14] 雷建成，高孟潭，俞言祥.四川及鄰區(qū)地震動衰減關(guān)系[J].地震學(xué)報，2007，5(29)：500-511.

[15] 陳鯤，俞言祥，高孟潭.2010年4月14日青海玉樹地震震動圖[J].中國地震，2011，27(1)：99-102.

[16] 陳鯤，俞言祥，高孟潭，等.考慮震源破裂過程的青海玉樹地震震動圖研究[J].中國地震，2011，27(1)：56-64.

[17] 陳鯤，俞言祥，高孟潭，等.用有限強(qiáng)地震動記錄校正等震線的估計研究[J]．地震學(xué)報，2012，34(5)：633-645.

[18] 陳鯤，俞言祥，高孟潭.基于地震記錄的震動圖校正方法研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報, 2013，21(4)：679-691.

[19] 陳鯤，高孟潭.“抗大地震”與低超越概率水準(zhǔn)地震動關(guān)系的討論[J].震災(zāi)防御技術(shù),2013，8(1)：34-39.

[20] 陳鯤，俞言祥，高孟潭.強(qiáng)震記錄校正的2013年4月月20日四川蘆山地震峰值加速度震動圖[J].地震地質(zhì)，2013，35(3)：1-7.

Uncertainty analysis for the ShakeMaps ofMs8.1 Nepal Earthquake on 25 April 2015

Kang Chuanchuan1,2，Li Jianliang1，Kong Jun1，Liu Shao3

(1.Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041；2.Sichuan Seistech Corporation, Ltd, Sichuan Chengdu 610041， China)

TheMs8.1 Nepal Earthquake caused heavy casualties and property losses. Two hours after the earthquake, China Earthquake Administration released the seismic intensity prediction map (i.e. ShakeMaps). The intensity map can provide a scientific and effective reference to earthquake rescue and earthquake damage assessment. But the rapid generation of ShakeMaps has many uncertain factors and we need to modify it according to the information we get after the earthquake. This paper discussed several uncertainty factors such as the local geological structure background, seismic wave attenuation relationship and soil amplification effect.

ShakeMaps；uncertainty；analysis

2015-05-18；

2015-07-30

四川省地震局地震科技專項LY1309“通過地形坡度與Vs30關(guān)系確定場地類別的研究”、四川賽思特科技有限責(zé)任公司董事長基金共同資助.

亢川川(1982-)，男，蒙古族，吉林省松原市人，工程師.E-mail:kangchuan@126.com.

P315.32

B

1001-8115(2015)03-0001-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.001