浙江及鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系研究1

張維佳姜立新李東平

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

2）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

3）浙江省地震局，杭州 310013

浙江及鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系研究1

張維佳1，2）姜立新1）李東平3）

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

2）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

3）浙江省地震局，杭州 310013

浙江省及其周邊的歷史震例資料稀少，其地震烈度衰減關(guān)系一直沿用中國東部地區(qū)的地震烈度衰減關(guān)系模型。本文采用橢圓模型，利用浙江及鄰區(qū)歷史地震的震害資料，建立了浙江及鄰區(qū)天然地震烈度衰減公式。根據(jù)東南沿海地區(qū)水庫地震多發(fā)的特點，收集整理了水庫地震相關(guān)震例數(shù)據(jù)，建立了浙江及鄰區(qū)水庫地震烈度衰減公式。最后，將本文擬合結(jié)果與其他學(xué)者擬合出的衰減模型通過實際震例進行了對比，并進行了相關(guān)討論。

地震烈度 水庫地震 衰減關(guān)系 浙江及鄰區(qū)

張維佳，姜立新，李東平，2015.浙江及鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系研究.震災(zāi)防御技術(shù)，10（4）：902—912. doi：10.11899/zzfy20150408

引言

地震烈度衰減關(guān)系對地震災(zāi)害損失快速評估及地震安全性評價等相關(guān)災(zāi)害研究具有重要意義。地震烈度衰減關(guān)系通常是由歷史震例等震線數(shù)據(jù)擬合得到。由于不同區(qū)域、不同發(fā)震構(gòu)造，地震烈度衰減規(guī)律存在差異，因而建立分區(qū)地震烈度衰減關(guān)系是必要的，對此許多學(xué)者做了大量研究工作。汪素云等（2000）將中國大陸分為東部和西部兩個區(qū)域來確定地震烈度衰減關(guān)系；崔鑫等（2010a；2010b）又進一步定義了中國華北和華南的地震烈度衰減關(guān)系系數(shù)公式；王小龍等（2004）則提出了重慶市及周邊的地震烈度衰減關(guān)系。

浙江及其鄰區(qū)因歷史震例資料稀少，其烈度衰減關(guān)系一直沿用中國東部地區(qū)的地震烈度衰減模型，因此，針對浙江及鄰區(qū)的烈度衰減模型有待研究。本文擬通過對浙江及其周邊區(qū)域歷史地震統(tǒng)計分析，選用橢圓模型公式，最終建立浙江及鄰區(qū)天然地震烈度衰減關(guān)系。

隨著大中型水庫建設(shè)發(fā)展，水庫地震災(zāi)害在浙江及鄰區(qū)時有發(fā)生。水庫地震的發(fā)生一方面影響大型水利水電設(shè)施的安全運行，另一方面會對庫區(qū)群眾的生產(chǎn)生活及生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。與天然地震不同，水庫地震具有震級小、震中烈度高的特點（胡毓良，1979）。本文收集整理浙江及鄰區(qū)水庫地震歷史震例，建立該區(qū)域水庫地震烈度衰減關(guān)系。

1 震例選取

1.1 浙江及鄰區(qū)區(qū)域劃分和歷史震例

浙江省地處中國東南沿海地帶，是地震活動總體較弱的省份之一，該區(qū)主要大斷裂帶有北東向、北西向和東西向三組。從地震活動總體特征看，北緯29.5o以北屬于華北地震區(qū)、冀魯豫地震亞區(qū)、長江中下游-南黃海地震帶；以南屬于華南地震區(qū)、大巴山-南嶺地震亞區(qū)、富春江地震帶。因此，對其歷史震例資料的選取適當(dāng)擴大至鄰省范圍，震例空間范圍大致在22o—38oN，114o—125oE區(qū)域內(nèi)。此外，由于此區(qū)域有儀器記錄以來的歷史地震稀少，但歷史資料中包含詳細(xì)的震害描述，學(xué)者已將歷史地震的震害描述與地震烈度表進行了對比，將其轉(zhuǎn)化為地震烈度分布。為謹(jǐn)慎地利用此類歷史震例，本文選取其中震害烈度Ⅲ—Ⅴ度的歷史震例資料，作為地震烈度衰減關(guān)系擬合的遠(yuǎn)場約束。由于資料中包含面波震級MS和地方震級ML，所以利用經(jīng)驗公式（1）（李杰等，1991）進行了轉(zhuǎn)換：

本文中震例的長短軸采用了長軸轉(zhuǎn)向方法，即當(dāng)影響場內(nèi)圈分布方向與外圈不一致時，采用了烈度圈轉(zhuǎn)向方法。此外，由于烈度在極震區(qū)內(nèi)是飽和的，同時在遠(yuǎn)場等震線趨于圓形，為此需要對震例進行近、遠(yuǎn)場補點。近場補點采用震級與震中烈度統(tǒng)計公式（2）（馬駿馳等，2005）得到：

對于遠(yuǎn)場補點，本文采用1900年以前的震例作為遠(yuǎn)場控制點，或者通過震級與有感半徑公式得到遠(yuǎn)場控制點（汪素云等，1993）。

根據(jù)《中國地震目錄》、《中國歷史強震目錄》、《中國震例》等文獻中的資料，最終選取了浙江及周邊地區(qū)內(nèi)有詳實記錄且震級在4.0級以上的47個歷史地震（表1）。

表1 浙江及鄰區(qū)歷史震例Table 1 Historical earthquakes in Zhejiang Province and its surrounding area

續(xù)表

續(xù)表

1.2 浙江及鄰區(qū)水庫地震震例選取

自上世紀(jì)50年代以來，我國為充分利用水利資源，大力發(fā)展了水利水電建設(shè)，興建了大批水庫，為農(nóng)業(yè)及水利水電發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是隨著大中型水庫的建設(shè)，也伴生了另一種災(zāi)害——水庫地震。迄今為止，世界上水庫誘發(fā)地震大約有100多例。據(jù)初步統(tǒng)計，我國已發(fā)生誘發(fā)地震的水庫有29座，多分布在我國東部及中南地區(qū)，最大震級為6.1（1962年廣東河源新豐江水庫地震）。水庫誘發(fā)地震對我國經(jīng)濟發(fā)達、人口眾多且水庫建設(shè)高度發(fā)展的東部、中南部弱震區(qū)具有潛在的威脅。水庫地震具有震源淺，烈度高，衰減慢的特點。震級3.0以下的水庫地震烈度明顯偏高，震中烈度能達到Ⅵ度（楊清源等，1996）。

浙江省位于我國東部沿海地區(qū)，也是水庫地震的多發(fā)區(qū)。歷史上，浙江省皎口、珊溪以及烏溪江水庫都曾發(fā)生過地震。因東南沿海地區(qū)水庫地震震源巖性多為較堅硬的花崗巖，本文按照庫區(qū)地理位置及庫區(qū)歷史地震震源巖性的不同，根據(jù)《中國地震年鑒》統(tǒng)計資料，仔細(xì)梳理浙、贛、閩、粵等東南沿海地區(qū)的水庫地震，選取浙江及鄰區(qū)水庫地震16例（表2），建立了浙江及鄰區(qū)水庫地震烈度衰減關(guān)系。

表2 浙江及鄰區(qū)水庫地震震例Table 2 Reservoir induced earthquakes in Zhejiang Province and its surrounding area

續(xù)表

1.3 震級與長短軸長度關(guān)系圖

圖1、圖2 分別為天然地震及水庫地震震級與長短半軸長度關(guān)系圖，其中MS為面波震級，R分別為長、短半軸長度。從圖中可以看出，MS-R分布較為合理，可以進行回歸分析。回歸后浙江及鄰區(qū)天然地震衰減關(guān)系適用范圍為MS4.0—7.0，范圍為0—500km；水庫地震衰減關(guān)系適用范圍為MS3.0—6.0，范圍為0—100km。

圖1 天然地震震級與長短軸長度關(guān)系圖Fig.1 Scatter chart of MS-R relation of natural earthquakes

圖2 水庫地震震級與長短軸長度關(guān)系圖Fig.2 Scatter chart of MS-R relation of reservoir earthquakes

2 模型擬合公式及結(jié)果

2.1 橢圓烈度衰減模型

大量歷史震例表明，對于中小地震，橢圓烈度衰減模型能夠較好地反映地震烈度的衰減規(guī)律。浙江周邊地區(qū)地震多為中小地震，因此，本文采用橢圓烈度衰減模型的計算公式，其地震烈度衰減模型通用表達形式為：

橢圓模型長短軸公式分別為：

其中，I為地震烈度；M為震級；R為近場烈度衰減飽和參數(shù)；D為震中距；A、B、C為擬合參數(shù)；ε為隨機誤差。

2.2 飽和參數(shù)選取及擬合結(jié)果

由于近場飽和參數(shù)與地震的震源尺度有關(guān)，而震例中震源尺度數(shù)據(jù)往往缺失或不準(zhǔn)確，因而Ra和Rb的確定存在困難。本文采用汪素云等（2000）的中國東部地區(qū)烈度衰減關(guān)系中Ra=24、Rb=9參數(shù)值作為浙江及鄰區(qū)天然地震烈度衰減關(guān)系飽和參數(shù)；采用楊清源等（1998）的Ra=5、Rb=3作為浙江及鄰區(qū)水庫地震烈度衰減關(guān)系飽和參數(shù)。使用最小二乘法進行統(tǒng)計回歸后，得到了浙江及鄰區(qū)天然地震（表3）及水庫地震（表4）烈度衰減關(guān)系系數(shù)擬合的最終結(jié)果。

表3 天然地震烈度衰減關(guān)系系數(shù)擬合結(jié)果Table 3 Coefficients of earthquake intensity attenuation relationship

長、短軸擬合優(yōu)度系數(shù)分別為73.8%、71.6%，如圖3所示。

圖3 天然地震烈度隨震中距衰減圖Fig.3 Intensity attenuation relationship

表4 水庫地震烈度衰減關(guān)系系數(shù)擬合結(jié)果Table 4 Coefficients of reservoir earthquake intensity attenuation relationship

長軸、短軸擬合優(yōu)度系數(shù)分別為76.5%、75.9%，如圖4所示。

圖4 水庫地震烈度隨震中距衰減圖Fig.4 Intensity attenuation relationship of reservoir earthquakes

3 對比與分析

3.1 天然地震討論

浙江周邊因為總體上處于地震較少的區(qū)域，因此之前的烈度衰減關(guān)系一直沿用汪素云等（2000）提出的東部地區(qū)地震烈度衰減模型。本文得出的烈度衰減模型與東部模型相比，在相同震級下，4級左右地震震中烈度高于東部模型，5級以上地震震中烈度略低于東部模型，且烈度衰減較慢（圖5）。

圖5 浙江及鄰區(qū)天然地震烈度隨震中距衰減與東部衰減模型的對比Fig. 5 Comparison of attenuation relation between the Zhejiang region and China eastern region

2014年10月25日18時42分浙江省溫州市文成-泰順交界（北緯27.7°，東經(jīng)119.96°）發(fā)生4.2級地震。浙江省地震局現(xiàn)場工作隊開展了地震烈度調(diào)查與評定工作，確定了浙江文成-泰順交界4.2級地震震群綜合地震烈度圖。浙江地震局發(fā)布的此次地震的最高地震烈度為Ⅵ度，總面積為110km2，Ⅴ度區(qū)總面積為598km2。將實際調(diào)查結(jié)果代入本文公式和東部模型公式中進行計算，其結(jié)果如表5所示。

由此可以看出，本文結(jié)果和東部模型在震級為4.2時均無法計算VI度烈度；烈度為V度時，與東部模型相比，本文結(jié)果計算出的長軸和短軸長度以及V度區(qū)面積都更貼近實際調(diào)查結(jié)果。

表5 2014年文成-泰順交界4.2級地震調(diào)查烈度分布與模型擬合結(jié)果對比Table 5 Comparison between intensity survey results of 2014 MS4.2 Wencheng-Taishun earthquake with that from fitting results using different parameters

3.2 水庫地震討論

王龍等（2009）利用國內(nèi)外30個水庫地震震例計算得出了水庫地震烈度衰減關(guān)系。本文計算得出的水庫地震與其相比，3、4級地震烈度相差不大，5、6級地震烈度略高于王龍等（2009）給出的模型，長軸烈度衰減相對較快，短軸烈度衰減相差不大（圖6）。

圖6 浙江及鄰區(qū)水庫地震烈度隨震中距衰減與王龍等（2009）模型的對比Fig. 6 Comparison of attenuation relation between in this work and in Wang Long’s models of 2009

4 結(jié)語

基于地震烈度衰減關(guān)系分區(qū)適用的特點，本文通過浙江及其鄰區(qū)歷史地震震害資料，建立了浙江及鄰區(qū)的地震烈度衰減關(guān)系及適用范圍。通過與實際震例震害資料的對比可得出，本文擬合的浙江及鄰區(qū)地震烈度衰減關(guān)系在該區(qū)是適用的。此外，浙江及東南沿海地區(qū)頻發(fā)的水庫地震與天然地震不同，具有低震級，震中烈度高及衰減快的特點，因而需要建立與這些特點相適應(yīng)的水庫地震烈度衰減關(guān)系。本文對浙江省及周邊東南沿海地區(qū)水庫地震的歷史震例資料進行了整理和分析，最終建立了浙江及鄰區(qū)水庫地震烈度衰減關(guān)系公式及適用范圍。這些衰減關(guān)系的研究對于浙江及其周邊地區(qū)地震災(zāi)害快速評估以及地震工程安全性評價都具有一定的參考意義。

崔鑫，2010a.華南地區(qū)地震烈度衰減模型的建立.華南地震，30（2）：61—66.

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Seismic Intensity Attenuation Relationship of Zhejiang Province and Its Neighboring Areas

Zhang Weijia1，2）， Jiang Lixin1）and Li Dongping3）

1） China Earthquake Networks Center， Beijing 100045， China
2） Institute of Geology， China Earthquake Administration， Beijing 100029， China
3） Earthquake Administration of Zhejiang Province， Hangzhou 310013， China

The seismic intensity attenuation relationship is important not only for rapid earthquake assessment but also seismic risk evaluation. In this article， historical earthquakes in Zhejiang and its surrounding areas were carefully analyzed at first time； and then the intensity attenuation relationships of Zhejiang Province and its surrounding areas were established. In addition， by studying the historical reservoir induced earthquakes， the intensity attenuation relationship of reservoir-induced seismicity in Zhejiang and its neighboring areas were established. At last， we discuss applicability of the results by comparing them with the disaster survey and models developed by other researchers.

Seismic intensity； Reservoir earthquake； Attenuation relationship； Zhejiang and its neighboring areas

地震災(zāi)害協(xié)同評估模式研究（編號：XH14056）

2015-04-26

張維佳，女，生于1983年。工程師，在讀博士生。主要從事地震應(yīng)急與地震災(zāi)害快速評估等方向研究。E-mail: zwj@seis. ac.cn