山東省場地類別分布及地震動峰值加速度區(qū)劃調整1

蔣其峰 魏 瑋 王紅衛(wèi) 董 翔 張 干 韓立強

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山東省場地類別分布及地震動峰值加速度區(qū)劃調整1

蔣其峰 魏 瑋 王紅衛(wèi) 董 翔 張 干 韓立強

（山東省地震局，濟南 250014）

首先，本文搜集了山東省5220個建設工程場地的資料，引入“分布區(qū)”的概念，統(tǒng)計分析了山東省場地類別的區(qū)域分布并進行了分區(qū)。然后，根據《中國地震動參數區(qū)劃圖（GB18306—2015）》中的山東省地震動峰值加速度區(qū)劃以及Ⅲ類場地調整系數，對山東省Ⅲ類場地分布區(qū)的地震動峰值加速度區(qū)劃進行了調整，得到了考慮場地類別分區(qū)的山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖，增進了對山東省地震災害風險空間分布的認識。結果表明，山東省場地類別分布與地貌分區(qū)有很強的相關性，Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)包括魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）以及魯東丘陵區(qū)，Ⅲ類場地分布區(qū)包括魯西北-魯西南平原區(qū)和魯中南山地丘陵區(qū)西南部山間平原地帶。Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)約占全省陸地面積的59.5%，Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)與Ⅲ類場地分布區(qū)的面積比例約為1.47。地震動峰值加速度區(qū)劃圖經過調整后，Ⅶ度及以上設防區(qū)域占全省陸地面積的比例由79%提高到90%，10個地級市的峰值加速度有提高。

山東 場地類別 地震動參數區(qū)劃 峰值加速度

引言

20世紀以來發(fā)生的多次強震表明，場地條件直接影響到地震災害程度的分布。如1906年美國舊金山大地震，在震中區(qū)附近進行震害調查時，有學者就發(fā)現不同類別場地上的建筑物震害差別很大（Hansen等，2013）。1985年的墨西哥大地震雖然發(fā)生在太平洋沿岸，但是由于墨西哥盆地湖積層的場地放大效應，地震的破壞集中在離震中400km的墨西哥城（Ramos-Martínez等，1997）。自20世紀60年代以來，我國的工程地震工作者針對場地條件對地震動的影響開展了大量的工作（胡聿賢等，1980；薄景山等，2003；李小軍等，2001a；李小軍等，2001b；呂悅軍，2008，2011；王紅衛(wèi)等，2015，2016），現今場地條件對地震動影響的研究已成為地震工程和巖土工程領域具有重要理論意義和工程應用價值的研究課題。場地條件對地震動的影響很大，在地震動幅值（如峰值加速度）和頻譜特性（如反應譜特征周期）的變化上均有體現（呂悅軍等，2008；李爽等，2015；榮棉水等，2016）。一般而言，軟弱場地上的建筑物震害較堅硬場地更嚴重（董娣等，2005；呂悅軍等，2008）。軟土場地對地震動加速度的幅值和頻譜的影響非常明顯，除對峰值加速度的放大倍數高外，還使得加速度反應譜譜形變寬、特征周期變大（彭艷菊等，2004；蔣其峰等，2014）。

我國震害防御的基礎建立在地震區(qū)劃圖上（高孟潭等，2006，2008）?！吨袊卣饎訁祬^(qū)劃圖（GB18306—2015）》（中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2015）是我國建設工程抗震設防、社會經濟發(fā)展和城鄉(xiāng)建設等方面的強制性標準，于2016年6月1日正式實施?！吨袊卣饎訁祬^(qū)劃圖（GB18306—2015）》給出的是Ⅱ類場地條件下的基本地震動參數，并根據場地條件對地震動影響的研究結果給出了各類場地的調整系數（高孟潭，2015）。在地震動峰值加速度區(qū)劃圖中，山東省0.10g及以上的地震動峰值加速度分區(qū)占全省面積的79%，峰值加速度分區(qū)值最高達0.30g，代表著山東省有79%的區(qū)域需要進行Ⅶ度及以上設防，最高設防烈度達Ⅷ度。山東省具有發(fā)生強震的地質構造背景（晁洪太等，1995，1999；王志才等，2005；王華林等，1998），地震活動強度大，頻度高，歷史上發(fā)生過有記載的破壞性地震達90余次，其中5.0—5.9級74次，6.0—6.9級13次，7.0—7.9級6次，最大地震為公元1668年郯城8?級地震（國家地震局震害防御司，1995；中國地震局震害防御司，1999；竇海岳，2009）。山東省場地類別多樣，且Ⅱ、Ⅲ類場地分布廣泛（竇海岳，2009），而對一個地區(qū)的場地類別進行研究有利于開展重點地區(qū)地震危險性預測、大震震害預評估等方面工作（彭艷菊等，2012；榮棉水等，2013）。因此，有必要對山東省的場地條件宏觀分布情況進行進一步研究，增強認識，做好預防。

本文通過統(tǒng)計多年來積累的場地工程地質資料，分析山東場地類別區(qū)域分布，然后在《中國地震動參數區(qū)劃圖》的基礎上進一步考慮場地分布的影響，給出考慮場地類別分布的地震動峰值加速度區(qū)劃圖。研究成果對增進山東省地震災害風險空間分布的認識及開展震后災情的快速評估等（聶高眾等，2012）有一定的參考意義。

1 資料收集與整理

本文共搜集整理了5220個工程場地的資料，其中Ⅰ類場地232個，Ⅱ類場地3633個，Ⅲ類場地1335個，Ⅳ類場地20個。工程范圍很廣，涉及住宅樓、商業(yè)樓、學校、醫(yī)院、橋梁、隧道、工廠企業(yè)等工程，所搜集工程場地的位置基本覆蓋全省所有的縣（市、區(qū)），對全省場地類別分布情況有較好的代表性（圖1）。圖1的底圖由山東省DEM數據生成，該DEM來源于美國STRM數據，圖中不同灰度代表不同的海拔高度，反映了山東省山地、平原等地形地貌的分布情況。按照全省地形地貌及其空間位置分布，山東可以分為魯中南山地丘陵區(qū)、魯東丘陵區(qū)和魯西北-魯西南平原區(qū)（宋明春，2009），地貌分區(qū)界線見圖1。

2 場地類別劃分方法與分區(qū)原則

在工程應用中，場地類別的劃分需要根據場地覆蓋層厚度和覆蓋層等效剪切波速（或者巖石剪切波速）兩個參數，通過對照《建筑抗震設計規(guī)范（GB50011—2010）》（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部等，2010）給出的劃分表（表1）確定。場地類別共劃分為4類，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中Ⅰ類場地細分為Ⅰ0和Ⅰ1類。各類場地具有不同的軟硬程度，Ⅰ—Ⅳ類場地依次為堅硬、中硬、中軟和軟弱場地。

圖1 山東省各縣（市、區(qū)）場地數量統(tǒng)計分布情況及地貌分區(qū)

表1 場地類別劃分表（建筑抗震設計規(guī)范（GB50011—2010））

本文依統(tǒng)籌考慮、遵循規(guī)律的原則對山東省場地類別進行分區(qū)。在充分利用統(tǒng)計得到的山東省場地類別分布情況的基礎上，統(tǒng)籌考慮與場地分類密切相關的山東省地形地貌分布和覆蓋層厚度分布這兩個因素。一般而言，一個地區(qū)的場地工程地質條件復雜多變，但場地類別比較穩(wěn)定，所以本文在進行場地類別分區(qū)時，為了充分把握區(qū)域場地類別總體變化規(guī)律，嘗試引入“分布區(qū)”的概念。在生態(tài)學中，某動物分布區(qū)指該種動物能在該分布區(qū)內得到充分繁衍，但不排除有其他種類動物的存在。也就是說，本文中“某類場地分布區(qū)”是指該類場地在該地區(qū)分布廣泛，但不排除有個別例外。實際上，由于地質條件的復雜變化，場地類別存在突然變化的情況，要想完全掌握山東省每一片場地的類別，其代價是極高的，目前也是不現實的。本文根據多年來所積累的資料進行了嘗試，目的是探索山東省場地類別的宏觀分布，開展進一步研究需要更多資料的積累和技術的進步支撐。

3 山東省場地類別分區(qū)

本文所統(tǒng)計的山東省場地類別分布是場地類別分區(qū)的直接依據。各工程場地的位置及場地類別分布見圖2。由圖2可以看出，山東場地類別分布有區(qū)域性分布的特點，且與地貌分區(qū)有很強的相關性。魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）以及魯東丘陵區(qū)以Ⅰ、Ⅱ類場地為主，這與山地丘陵區(qū)基巖裸露、第四紀沉積較薄致使場地偏硬有關。魯西北-魯西南平原區(qū)場地以Ⅲ類場地為主，這與該地區(qū)基巖較深、第四紀沉積較厚致使場地偏軟有關。因此，可以考慮將魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）以及魯東丘陵區(qū)劃為Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)，將魯西北-魯西南平原區(qū)和魯中南山地丘陵區(qū)西南部山間平原地帶劃為Ⅲ類場地分布區(qū)。

圖2 山東省場地類別分布

研究場地覆蓋層厚度分布有利于進行場地類別分區(qū)。根據統(tǒng)計資料中2671個場地的覆蓋層厚度數據，經過插值計算得到覆蓋層厚度分布圖（圖3）?？梢钥闯?，魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）和魯東丘陵區(qū)覆蓋層厚度幾乎全部在50m以內，其中大部分地區(qū)覆蓋層厚度在15m以內。根據表1，當場地覆蓋土層厚度小于15m時，場地只能是Ⅰ類或Ⅱ類場地；當場地覆蓋層厚度大于等于15m且小于50m時，只有在場地等效剪切波速小于等于150m/s的條件下才能劃分為Ⅲ類場地，等效剪切波速大于150m/s時為Ⅱ類場地。所以，山東省場地覆蓋層厚度分布情況進一步說明了魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）和魯東丘陵區(qū)應該以Ⅰ類或Ⅱ類場地為主。魯西北-魯西南平原區(qū)以及魯中南山地丘陵區(qū)的西南部山間平原地帶覆蓋層厚度基本都在50m以上，其中大部分在80m以上，進一步輔助說明了該地區(qū)以Ⅲ類場地為主的結論。

綜合以上分析，將山東省劃分為Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)和Ⅲ類場地分布區(qū)。將魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）和魯東丘陵區(qū)列為Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)，將魯西北-魯西南平原區(qū)和魯中南山地丘陵區(qū)西南部山間平原地帶列為Ⅲ類場地分布區(qū)。對山東省地貌分區(qū)界線進行調整后得到山東省場地類別分區(qū)圖（圖4）。經過測算，Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)約占全省陸地面積的59.5%，Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)與Ⅲ類場地分布區(qū)的面積比例約為1.47。

圖3 覆蓋層厚度分布圖

圖4 山東省場地類別分區(qū)

4 對地震動峰值加速度區(qū)劃圖的調整

《中國地震動參數區(qū)劃圖（GB18306—2015）》是關系國家地震安全的重要基礎性和強制性國家標準，在我國一般建設工程抗震設防、各類建設工程規(guī)劃與選址、國土利用規(guī)劃編制等方面具有重要實用價值（高孟潭，2015）。《中國地震動參數區(qū)劃圖（GB18306—2015）》提供了山東?、蝾悎龅貤l件下的地震動峰值加速度區(qū)劃圖（圖5），同時給出了各類場地條件下的轉換系數表（表2）。若已知Ⅱ類場地地震動峰值加速度maxⅡ，那么Ⅰ0、Ⅰ1、Ⅲ、Ⅳ類場地條件下的基本地震動參數max就可以用maxⅡ乘以場地地震動峰值加速度調整系數a得到（公式（1））。a根據Ⅱ類場地地震動峰值加速度maxⅡ的大小通過分段線性插值確定。

max＝maxⅡa（1）

表2 場地地震動峰值加速度調整系數Fa（中國地震動參數區(qū)劃圖（GB 18306—2015））

根據表2，Ⅲ類場地對地震動峰值加速度的放大系數最大，所以Ⅲ類場地分布區(qū)的地震危險性水平要高于地震動峰值加速度區(qū)劃圖中的結果。為進一步反映地震危險水平，根據轉換公式（1），對Ⅲ類場地分布區(qū)的地震動峰值加速度區(qū)劃進行調整，思路是將區(qū)劃圖中各分區(qū)的界線視為等值線，對等值線進行插值（高孟潭，2015）確定等值線新的位置。具體步驟如下：

（1）將區(qū)劃圖中地震動峰值加速度分區(qū)界線視為等值線，利用arcgis中的柵格插值、繪制等值線等工具，對地震動峰值加速度區(qū)劃圖進行空間插值，繪制一系列等值線。

（2）根據公式（1）反推出在Ⅲ類場地條件下分界線值所對應的Ⅱ類場地條件的值，并找出代表該值的等值線。

（3）對Ⅲ類場地分布區(qū)的地震動峰值加速度分區(qū)界線進行調整。

地震動峰值加速度區(qū)劃圖中，0.05g區(qū)由Ⅱ類場地轉換為Ⅲ類場地時發(fā)生跨檔，跨檔到0.10g，出于保守考慮，Ⅲ類場地條件下不再考慮0.05g區(qū)。經過計算，得到考慮場地類別分布的山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖（圖6）。

調整后的區(qū)劃圖（圖6）與原山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖（圖5）相比，0.10g及以上的地震動峰值加速度分區(qū)（Ⅶ度及以上設防區(qū)域）占全省陸地面積的比例由79%提高到90%。Ⅲ類場地分布區(qū)的地震動峰值加速度整體有所提高，涉及濟南、菏澤、濟寧、聊城、德州、濱州、濰坊、東營、淄博、泰安共10個地級市。由0.05g提高到0.10g涉及32個縣（市、區(qū)），由0.10g提高到0.15g涉及28個縣（市、區(qū)），由0.15g提高到0.20g涉及7個縣（市、區(qū)）。

圖5 山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖（中國地震動參數區(qū)劃圖（GB 18306—2015））

圖6 考慮場地類別分布的山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖

由0.05g提高到0.10g涉及的縣（市、區(qū)）包括：濟南市天橋區(qū)、歷城區(qū)、槐蔭區(qū)、章丘、濟陽、商河；濟寧市任城區(qū)、兗州、魚臺、汶上、鄒城、嘉祥、金鄉(xiāng)、微山；菏澤市巨野縣；德州市陵城區(qū)、武城、夏津、寧津、樂陵、慶云、臨邑、齊河；濱州市濱城區(qū)、無棣、沾化、陽信、惠民、鄒平；東營市利津、墾利；淄博市高青縣。

由0.10g提高到0.15g涉及的縣（市、區(qū)）包括：菏澤市牡丹區(qū)、巨野、鄆城、定陶、曹縣；濟寧市梁山、嘉祥；聊城市東昌府區(qū)、冠縣、臨清、茌平、東阿、陽谷；德州市陵城區(qū)、夏津、平原、臨邑、齊河、禹城；濱州市博興縣；東營市河口區(qū)、東營區(qū)、利津、墾利、廣饒；濰坊市寒亭區(qū)、壽光；泰安市東平。

由0.15g提高到0.20g涉及的縣（市、區(qū)）包括：菏澤市牡丹區(qū)、鄆城、鄄城、曹縣；聊城市東昌府區(qū)、莘縣、陽谷。

5 結論

本文對5220個建設工程場地的資料進行了統(tǒng)計分析，引入了“分布區(qū)”的概念，劃分出了Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)與Ⅲ類場地分布區(qū)，并結合場地類別分區(qū)對《中國地震動參數區(qū)劃圖（GB18306—2015）》中山東省地震動峰值加速度區(qū)劃進行了調整。主要結論如下：

（1）山東?、瘛蝾悎龅胤植紖^(qū)、Ⅲ類場地分布區(qū)與山東省地貌分區(qū)有很強的相關性。Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)包括魯中南山地丘陵區(qū)（西南部的山間平原地帶除外）以及魯東丘陵區(qū)，Ⅲ類場地分布區(qū)包括魯西北-魯西南平原區(qū)和魯中南山地丘陵區(qū)西南部山間平原地帶。

（2）山東?、瘛蝾悎龅胤植紖^(qū)約占全省陸地面積的59.5%，Ⅰ—Ⅱ類場地分布區(qū)與Ⅲ類場地分布區(qū)的面積比例約為1.47。

（3）對Ⅲ類場地分布區(qū)的地震動峰值加速度區(qū)劃進行了調整，得到了考慮場地類別分布的山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖，增進了對山東省地震災害風險空間分布的認識。調整后，Ⅶ度及以上設防區(qū)域占全省陸地面積的比例由79%提高到90%，10個地級市的峰值加速度有所提高，由0.05g提高到0.10g涉及32個縣（市、區(qū)），由0.10g提高到0.15g涉及28個縣（市、區(qū)），由0.15g提高到0.20g涉及7個縣（市、區(qū)）。

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Site Type Distribution and Adjustment of Seismic Peak Ground Acceleration Zonation of Shandong Province

Jiang Qifeng, Wei Wei, Wang Hongwei, Dong Xiang, Zhang Gan and Han Liqiang

(Earthquake Administration of Shandong Province, Ji’nan 250014, China)

In this study, the site type data of 5220 construction sites in Shandong Province were collected, and the regional distribution of site types were analyzed by using the concept of distribution area, and site type zonation was conducted. Then, based on the seismic peak ground acceleration zonation and the adjustment coefficient of site type III in Seismic Ground Motion Parameters Zonation Map of China, the seismic peak ground acceleration zonation of site type III distribution region was adjusted, and seismic peak ground acceleration zonation of Shandong Province considering regional distribution of site types was obtained. The understanding of the spatial distribution of earthquake risk in Shandong Province was also enhanced. The results show that, site type distribution of Shandong Province presents a strong correlation with geomorphic zoning, in which site type Ⅰ—Ⅱ area contains central and southern mountain region (except for the plain area among mountains at its southwest) and eastern hilly area of Shandong Province, and site type III area contains west plain area and the plain area among mountains at southwest of central and southern mountain region. In terms of the total area site type Ⅰ—Ⅱregion approximately accounts for 59.5% of Shandong’s land area and is 1.47 times of the area of site type III region. After adjustment of the seismic peak ground acceleration zonation map, area ratio of fortification Ⅶ degree and above increases from 79% to 90%, and seismic peak ground acceleration of 10 cities increases too.

Shandong; Site type; Seismic ground motion parameters zonation; Seismic peak ground acceleration

10.11899/zzfy20170306

由山東省地震局科研項目（16Y118）資助

2016-10-09

蔣其峰，男，生于1989年。助理工程師。主要從事場地地震影響等研究工作。E-mail：hdjqf@163.com