新一代地震區(qū)劃圖北京地區(qū)的主要變化

滿洪敏　劉影

新一代地震區(qū)劃圖北京地區(qū)的主要變化

滿洪敏劉影

滿洪敏，北京市地震局（北京市地震災(zāi)害防御中心）高級(jí)工程師。1988年畢業(yè)于南京大學(xué)地球科學(xué)系，獲學(xué)士學(xué)位；1988至2000年工作于山東省地震局地震工程研究院，從事年代學(xué)和地震地質(zhì)災(zāi)害研究工作；2003年畢業(yè)于北京大學(xué)地質(zhì)系，獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)主要從事北京地區(qū)地震安全性評(píng)價(jià)工作。

劉影，生于1975年，中國礦業(yè)大學(xué)應(yīng)用地球物理學(xué)本科，北京大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)碩士，北京市地震局工程師，工程場(chǎng)地地震影響評(píng)價(jià)專業(yè)一級(jí)地震安全性評(píng)價(jià)工程師。主要從事物探、強(qiáng)震觀測(cè)、地震安全性評(píng)價(jià)工作。

新一代《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）（以下簡(jiǎn)稱“五代圖”）將于2016年6月1日正式實(shí)施，與現(xiàn)行的地震區(qū)劃圖（GB 18306—2001）（以下簡(jiǎn)稱“四代圖”）相比，五代圖給出的全國設(shè)防參數(shù)整體上有了適當(dāng)提高，北京地區(qū)設(shè)防參數(shù)的提高也很明顯。充分理解其中的變化，對(duì)五代圖的實(shí)施應(yīng)用、我市防震減災(zāi)規(guī)劃的貫徹執(zhí)行具有十分重要的意義。

表1　北京地區(qū)五代圖、四代圖潛源劃分結(jié)果對(duì)比

五代圖編制的技術(shù)背景

五代圖編制主要依據(jù)是過去十幾年監(jiān)測(cè)手段的進(jìn)步和地震資料的積累、強(qiáng)震機(jī)理研究的新成果和危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)技術(shù)的突破，其中包括三級(jí)潛在震源區(qū)劃分、活動(dòng)斷裂探測(cè)調(diào)查及強(qiáng)震年發(fā)生率估計(jì)和地震動(dòng)衰減關(guān)系的新認(rèn)識(shí)等。

對(duì)北京地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)的影響主要源于華北平原地震帶和汾渭地震帶的變化，下面說明這兩個(gè)地震帶有關(guān)技術(shù)要素的調(diào)整變化。

三級(jí)潛在震源區(qū)劃分和潛源參數(shù)的變化

五代圖創(chuàng)新性地提出三級(jí)潛源劃分方案，即在地震區(qū)帶劃分和潛源劃分之間，增加了地震構(gòu)造區(qū)的劃分。首先劃分出用于地震活動(dòng)性參數(shù)統(tǒng)計(jì)的地震區(qū)帶，然后在地震區(qū)帶內(nèi)劃分出不同地震活動(dòng)特征或者不同地震構(gòu)造模型的地震構(gòu)造區(qū)，最后在地震構(gòu)造區(qū)內(nèi)劃分出不同震級(jí)上限的潛在震源區(qū)。三級(jí)潛源劃分更合理地反映了地震帶內(nèi)不同區(qū)段構(gòu)造活動(dòng)和地震活動(dòng)的差異性，注重高震級(jí)潛在震源區(qū)的判識(shí)，因此高震級(jí)潛在震源區(qū)的數(shù)量顯著增加。

依據(jù)活斷層探測(cè)研究新成果，特別是“十五”期間城市活斷層探測(cè)成果，采用三級(jí)潛源劃分方案，北京區(qū)域范圍內(nèi)共劃分出震級(jí)上限Mu≥6.0潛在震源區(qū)39個(gè)（如表1所示），其中8.0級(jí)潛在震源區(qū)2個(gè)、7.5級(jí)潛在震源區(qū)4個(gè)、7.0級(jí)潛在震源區(qū)11個(gè)、6.5級(jí)潛在震源區(qū)11個(gè)、6.0級(jí)潛在震源區(qū)11個(gè)。與四代圖相比，7.0和7.5級(jí)潛在震源區(qū)數(shù)量增加明顯，分別增加了57%和33%，地震危險(xiǎn)性有所增強(qiáng)。

地震活動(dòng)性模型與相關(guān)參數(shù)的變化

與四代圖相比，五代圖的一個(gè)重要特點(diǎn)就是力求中強(qiáng)地震和大震的危險(xiǎn)性都不會(huì)被低估。

與三級(jí)潛源劃分相適應(yīng)，五代圖提出了符合我國地震分布和活動(dòng)特點(diǎn)的地震活動(dòng)性模型，即以地震統(tǒng)計(jì)區(qū)、背景源、構(gòu)造源三者組合，綜合反映地震活動(dòng)空間不均勻性以及地震活動(dòng)與活動(dòng)構(gòu)造之間的關(guān)系。背景源表征構(gòu)造地震以外的地震活動(dòng)，其僅與中小地震活動(dòng)相關(guān)；構(gòu)造源具有清晰的構(gòu)造背景，具備發(fā)生大震條件。地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)的不均勻性，由構(gòu)造源的中強(qiáng)地震活動(dòng)和背景源中小地震活動(dòng)共同表現(xiàn)。

b值和年發(fā)生率ν4直接反映了地震統(tǒng)計(jì)區(qū)的地震活動(dòng)水平，受地震資料完整性、統(tǒng)計(jì)時(shí)段、統(tǒng)計(jì)方法等的影響，四代圖的b值、ν4普遍偏低（如表2所示）。ν4偏低導(dǎo)致地震數(shù)量估計(jì)不足和地震活動(dòng)水平被低估；b值偏小導(dǎo)致中強(qiáng)地震危險(xiǎn)性估計(jì)不足。即便對(duì)記錄較為完整的華北地區(qū)，歷史上中強(qiáng)地震資料也存在遺漏，導(dǎo)致b值偏小，因此四代圖對(duì)中強(qiáng)震危險(xiǎn)性存在低估。另一方面，僅僅依靠統(tǒng)計(jì)資料獲得的b值，對(duì)大地震危險(xiǎn)性的估計(jì)亦存在不合理。比如我國8級(jí)以上地震記載僅有700多年的歷史，而8級(jí)大震的重復(fù)間隔往往數(shù)千年，僅以幾百年的記錄資料估計(jì)大地震危險(xiǎn)性顯然亦不合理。五代圖吸取了過去十幾年我國活斷層的探測(cè)與研究成果，通過活斷層參數(shù)對(duì)大地震發(fā)生率進(jìn)行約束，從而可以對(duì)大震的危險(xiǎn)性做出更加合理估計(jì)。

總之，五代圖參考了國際上b值確定方法，采用歷史地震資料和現(xiàn)代臺(tái)網(wǎng)記錄資料相結(jié)合，在多方案計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合分析確定b值和ν4的估計(jì)值。五代圖中北京所在的華北平原地震帶和汾渭地震帶的b值和ν4值（見表2），與四代圖相比有較大變化。

表2　北京地區(qū)五代圖地震帶活動(dòng)性參數(shù)與四代圖方案對(duì)比

衰減關(guān)系變化

五代圖衰減關(guān)系使用了更加豐富可靠的強(qiáng)震記錄和烈度資料，尤其是利用了美國NGA強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)庫資料；采用了具有大震近場(chǎng)飽和特征的地震動(dòng)衰減模型；運(yùn)用了更加穩(wěn)定的分步回歸方法；另外在衰減關(guān)系分區(qū)時(shí)充分考慮了地震活動(dòng)特征的差異。與四代圖衰減關(guān)系相比，五代圖由于地震動(dòng)衰減模型的變化和高震級(jí)強(qiáng)震記錄的增加，高震級(jí)下的峰值加速度有所降低，而中強(qiáng)地震區(qū)的峰值加速度在低震級(jí)時(shí)有所提高。

五代圖北京地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)變化

如前所述，與四代圖相比，五代圖北京地區(qū)的設(shè)防水平有所提高，具體變化如下。

峰值加速度PGA變化

全市大部分地區(qū)峰值加速度為0.20?g（Ⅷ度），占全市面積的59.3%，比四代圖的39.7%大幅增加（如圖1所示），增加的區(qū)域包括了密云（中部、南部及整個(gè)城區(qū)）、懷柔（中部、南部及北部城區(qū)）、昌平（西部、北部及西北部城區(qū)）、門頭溝（東部、西北部及西邊城區(qū)）、延慶（東部、東北部）和平谷（東部、西北部）。新增密云、懷柔、昌平、門頭溝區(qū)政府所在地升至0.20?g，這樣全部區(qū)政府所在地均在0.20?g區(qū)。

北京首次出現(xiàn)0.30 ?g區(qū)（Ⅷ度半），位于平谷區(qū)馬坊鎮(zhèn)，成為我市抗震設(shè)防烈度最高區(qū)域。北京地區(qū)峰值加速度分檔由四代圖的三檔（0.10?g、0.15?g、0.20?g）變?yōu)樗臋n（0.10?g、0.15?g、0.20?g、0.30?g）。

圖1　北京地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃對(duì)比圖（a）四代圖；（b）五代圖

特征周期變化

全市大部分地區(qū)特征周期Tg為0.40 s，占全市面積的74%，比四代圖的58%大幅增加；0.45 s區(qū)域的面積也由1.5%增加到26%（如圖2所示）。特征周期Tg由四代圖的0.35 s、0.40 s統(tǒng)一調(diào)整為0.40 s、0.45 s，設(shè)計(jì)地震分組由第一、第二組調(diào)整為第二、第三組。特征周期Tg由0.40s提高到0.45 s涉及的區(qū)縣為：密云（中北部）、懷柔（北部）、延慶（東北部）、門頭溝（西部）和房山（西部），其余區(qū)縣均由0.35 s提高到0.40 s。

圖2　北京地區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃對(duì)比圖（a）四代圖；（b）五代圖

抗倒塌原則的體現(xiàn)

抗倒塌是五代圖編圖的基本原則，抗倒塌對(duì)應(yīng)的是抗御50年超越概率2%的地震動(dòng)（罕遇地震動(dòng)），而五代圖是50年超越概率10%的基本地震動(dòng)的區(qū)劃結(jié)果，那么抗倒塌原則又是如何體現(xiàn)的呢？

按照我國現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，罕遇地震動(dòng)按基本地震動(dòng)的1.9倍計(jì)算。雖然五代圖區(qū)劃指標(biāo)是50年超越概率10%的基本地震動(dòng)，但實(shí)際上是取50年超越概率10%的地震動(dòng)與50年超越概率2%的地震動(dòng)/1.9二者中的較大者作為區(qū)劃指標(biāo)，即Amax=Max（A10%/50Y，A2%/50Y/1.9）。這樣就保證了建設(shè)工程采用五代圖基本地震動(dòng)參數(shù)的1.9倍進(jìn)行的罕遇地震動(dòng)（大震）設(shè)計(jì)，其風(fēng)險(xiǎn)水平不會(huì)低于50年超越概率2%的水準(zhǔn)。

我國以往的震害調(diào)查結(jié)果表明，重大人員傷亡財(cái)產(chǎn)損失的主要原因是建筑物倒塌。對(duì)于人口密集的高震級(jí)潛在震源區(qū)及其附近區(qū)域，抗倒塌就顯得尤為重要，北京是我國大陸唯一發(fā)生過8級(jí)地震的大城市，1679年三河—平谷8級(jí)地震給北京造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，在北京的城市建設(shè)和防震減災(zāi)規(guī)劃中，應(yīng)當(dāng)充分考慮罕遇地震的作用，采取相應(yīng)的抗倒塌舉措。反應(yīng)譜平臺(tái)值（βm）變化

根據(jù)五代圖規(guī)定，放大系數(shù)反應(yīng)譜平臺(tái)值（βm）為2.5，與四代圖的βm為2.25有較大變化。在根據(jù)峰值加速度和特征周期繪制反應(yīng)譜時(shí)須予注意。

針對(duì)不同場(chǎng)地條件的地震動(dòng)雙參數(shù)調(diào)整

為滿足不同場(chǎng)地條件的抗震設(shè)防需求，五代圖提供了雙參數(shù)調(diào)整表，既調(diào)整反應(yīng)譜特征周期又調(diào)整峰值加速度，而四代圖僅調(diào)整特征周期。北京地區(qū)以Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地居多，城區(qū)和東部地區(qū)多為Ⅲ類場(chǎng)地，西部和北部多為Ⅱ類場(chǎng)地。依據(jù)五代圖附錄E地震動(dòng)峰值加速度值調(diào)整方法，我們計(jì)算了北京地區(qū)0.20?g分區(qū)不同場(chǎng)地類型和不同超越概率水平的地震動(dòng)峰值加速度值（見表3）。

表3　北京0.2?g分區(qū)地震動(dòng)峰值加速度確定結(jié)果

圖3　北京地區(qū)Ⅲ類場(chǎng)地多遇地震動(dòng)反應(yīng)譜對(duì)比圖

由表3可以看出，北京地區(qū)0.20?g分區(qū)峰值加速度的調(diào)整主要是多遇地震動(dòng)，對(duì)Ⅱ類場(chǎng)地多遇地震動(dòng)峰值加速度為0.067?g，而Ⅲ類場(chǎng)地多遇地震動(dòng)峰值加速度為0.086?g，提高了約30%。

根據(jù)五代圖的規(guī)定，Ⅲ類場(chǎng)地特征周期調(diào)整為0.55s，對(duì)比北京地區(qū)Ⅲ類場(chǎng)地地震動(dòng)反應(yīng)譜（如圖3所示）可以看出，兩代圖之間的差異非常明顯，對(duì)北京城區(qū)和東部地區(qū)的影響尤為顯著。從保障建設(shè)工程的抗震能力出發(fā)，適當(dāng)提高多遇地震動(dòng)（小震）即彈性設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)北京這樣的人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

結(jié)束語

國內(nèi)外抗震救災(zāi)經(jīng)驗(yàn)表明，減輕地震災(zāi)害最有效的途徑之一就是做好建筑工程的抗震設(shè)防，而抗震設(shè)防的主要依據(jù)是地 震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，五代圖的頒布實(shí)施為全面提高我市抗震設(shè)防能力提供了科學(xué)依據(jù)和法律保障。