2017年松原寧江M4.9地震烈度評定及震害分析

張仁鵬，馮靖喬，雷煥珍，馬 飛，王佳蕾

(1.吉林省地震局，吉林 長春 130117；2.長春市地震速測速報中心，吉林 長春 130012)

0 引言

2017年7月23日07時13分30秒，在吉林省松原市寧江區(qū)(45.30°N，124.81°E)發(fā)生M4.9地震，震源深度12km。震中寧江區(qū)震感強烈，白城、松原、長春震感明顯，宏觀震中為寧江區(qū)伯都鄉(xiāng)，主要涉及松原市寧江區(qū)的伯都鄉(xiāng)、新城鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。烈度調(diào)查結(jié)果顯示極震區(qū)烈度為Ⅵ度,等震線總體呈北東方向展布,長軸直徑約20.0km,短軸直徑約9km,Ⅵ度區(qū)的面積約為133 km2。全區(qū)受災(zāi)人口達20474人，7029戶民房受損，其中一般損壞6221戶，嚴(yán)重損壞808戶，造成經(jīng)濟損失5400萬元左右。

本次地震發(fā)生在松原市寧江區(qū)伯都鄉(xiāng)，震中更靠近城市，危害性更大。地震烈度是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，結(jié)合震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、震源機制、余震分布和強震動記錄等技術(shù)信息來確定的。本文著重提出對快速、準(zhǔn)確的宏觀烈度調(diào)查工作有幫助的儀器微觀烈度的使用，并分析震區(qū)房屋震害特點，研究其破壞成因，為震區(qū)房屋修建改造提出參考。

1 地震構(gòu)造背景

此次地震發(fā)生在松原市寧江區(qū)轄區(qū)，該地區(qū)位于東北斷塊區(qū)松遼斷陷帶中央坳陷區(qū)內(nèi)。震區(qū)的地貌為寬廣平坦的平原區(qū)。松嫩中斷(坳)陷帶是一個大型的中、新生代內(nèi)陸斷(坳)陷盆地。其附近地區(qū)主要斷裂分布及歷史地震分布見圖1。

坳陷區(qū)的邊界斷裂發(fā)育，東界為依蘭-伊通斷裂，西界為嫩江斷裂，南界為赤峰-開原斷裂，北界為訥莫爾河斷裂[1]?；子晒派冑|(zhì)巖系組成，中、新生代形成大型斷陷-拗陷型盆地，兩翼相對不對稱，東翼緩、西翼陡，沉降幅度也是東淺西深。區(qū)域內(nèi)的松遼斷塊拗陷主要包括：南部拗陷、北部拗陷及松遼分水嶺隆起三部分。震中區(qū)斷(坳)陷盆地基底之上的中生代沉積層厚約4000m。上部第四系沉積層在震中區(qū)厚度約80m。深部地質(zhì)構(gòu)造單元位于松遼平原上地幔隆起區(qū)北北東向中央隆起帶的東部斜坡帶上[1]。本次寧江M4.9級地震位于扶余-肇東北東向斷裂和查干泡-道字井北西向斷裂的交匯部位附近。

2 地震烈度

2.1 現(xiàn)場調(diào)查宏觀烈度

圖1 區(qū)域主要斷裂及歷史地震震中分布圖Fig.1 Distribution of major faults and historical earthquakes in the study region

序號調(diào)查點房屋類型破壞等級(%)嚴(yán)重破壞中等破壞輕微破壞基本完好平均震害指數(shù)估計烈度1新立村磚木結(jié)構(gòu)——7.792.30.0154Ⅴ度強2劉煥屯磚木結(jié)構(gòu)——6.793.30.0134Ⅴ度強3永清村磚木結(jié)構(gòu)1.4432.462.20.09Ⅵ度4仲士村磚混結(jié)構(gòu)—203941磚木結(jié)構(gòu)—2741320.06Ⅵ度5后山屯磚木結(jié)構(gòu)—294328磚墻彩鋼結(jié)構(gòu)—2642320.08Ⅵ度6土城子屯磚木結(jié)構(gòu)—184537磚墻彩鋼結(jié)構(gòu)—1340470.054Ⅵ度7筑城磚廠磚木結(jié)構(gòu)—827650.024Ⅵ度8前疙瘩磚木結(jié)構(gòu)—1738450.051Ⅵ度弱9八家子磚木結(jié)構(gòu)—————Ⅴ度強10羅斯村磚木結(jié)構(gòu)—————Ⅴ度11新立屯磚木結(jié)構(gòu)—————Ⅴ度強

地震現(xiàn)場調(diào)查工作隊人員依據(jù)《地震現(xiàn)場工作：調(diào)查規(guī)范》[2-3]和《中國地震烈度表》的規(guī)范要求，對震區(qū)3個縣(區(qū)、市)12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)46個村屯進行了實地調(diào)查，部分調(diào)查結(jié)果見表1。根據(jù)房屋(戶)調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，磚木結(jié)構(gòu)房屋在震區(qū)中占比96%，土房占比2%，磚混和鋼混占比2%，由于震區(qū)大部分的房屋是以磚木結(jié)構(gòu)為主，因此調(diào)查以磚木結(jié)構(gòu)房屋的破壞作為地震破壞的主要標(biāo)志，根據(jù)調(diào)查結(jié)果通過平均震害指數(shù)公式(1)[4]，得出平均震害指數(shù)D，結(jié)合震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、震源機制、余震分布和強震動記錄等信息，確定了此次地震的烈度分布[2](圖2)。

圖2 2017年7月23日松原寧江M4.9地震烈度圖Fig.2 Intensity map of Ningjiang M4.9 earthquake on Jul.23, 2017

各類房屋平均震害指數(shù)D計算公式：

(1)

式中：di為 房屋破壞等級i的震害指數(shù)；λi為 破壞等級為i的房屋破壞比，用破壞面積與總面積之比或破壞棟數(shù)之比表示。

圖3 寧江M4.9地震加速度時程記錄Fig.3 Acceleration time-history of Ningjiang M4.9 earthquake

此次地震災(zāi)區(qū)宏觀調(diào)查最高烈度為Ⅵ度,等震線總體呈北東方向展布,長軸直徑約20.0km,短軸直徑約9km,Ⅵ度區(qū)的面積約為133 km2,主要涉及松原市寧江區(qū)的伯都鄉(xiāng)、新城鄉(xiāng)、毛都站鎮(zhèn)、大洼鎮(zhèn)4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。除此之外,在Ⅵ度區(qū)之外的一些地區(qū)也有房屋受到震害,主要是老舊的房屋出現(xiàn)受損現(xiàn)象。

2.2 儀器微觀烈度

此次地震吉林省內(nèi)共有9個強震臺站接收到數(shù)據(jù)，由于儀器靈敏度在安裝時出現(xiàn)問題，在數(shù)據(jù)分析過程中用SMAIAS強震數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)靈敏度進行合理調(diào)整，確保數(shù)據(jù)清晰、可用。離震中最近的是風(fēng)華臺，距離是16.7km，最遠的是公主嶺臺，距離震中237km；儀器微觀烈度最大的是達里巴臺，微觀烈度是6.4度，最小的是公主嶺臺，微觀烈度是3.3度。所有臺站都在宏觀烈度調(diào)查Ⅵ度圈外。圖3是距離震中最近的風(fēng)華臺和達里巴臺兩個臺站的加速度時程。

表2是強震記錄數(shù)據(jù)經(jīng)過強震數(shù)據(jù)分析軟件校正后分析得出的儀器各個分向峰值加速度和微觀烈度[5]。SMAIAS強震數(shù)據(jù)分析得出的儀器微觀烈度有兩種計算方法，本文采用袁一凡提出的方法[6]。

表2 寧江M4.9級地震儀器峰值加速度(校正后)與微觀烈度

圖4 寧江M4.9地震儀器位置及儀器烈度Fig.4 Location of strong motion instrument and microscopic instrument intensity recording the Ningjiang M4.9 earthquake

袁一凡根據(jù)國內(nèi)外地震資料和烈度關(guān)系的統(tǒng)計分析，分別給出地震加速度峰值、主頻率、持續(xù)時間、四個頻點的反應(yīng)譜同地震烈度關(guān)系的隸屬度函數(shù)。對峰值、主頻率、持續(xù)時間三要素進行加權(quán)平均得到三要素的隸屬度。對8Hz、5Hz、2Hz、1Hz 的反應(yīng)譜取加權(quán)系數(shù)0.1、0.4、0.1、0.4 做加權(quán)平均計算出反應(yīng)譜的隸屬度。將三要素隸屬度和反應(yīng)譜隸屬度分別取加權(quán)系數(shù)為0.4 和0.6，得到綜合判定結(jié)果。最后對綜合判定結(jié)果進行加權(quán)計算，本文微觀烈度采用一次加權(quán)計算得出的參考儀器微觀烈度值[6]。

圖4是強震儀器位置和微觀儀器烈度。對比圖2和圖4可見[7]，此次地震儀器烈度Ⅵ度的臺站都在宏觀烈度圈外，基本可以確定儀器烈度會大于宏觀烈度?？偨Y(jié)儀器微觀烈度的分析過程及結(jié)果，發(fā)現(xiàn)儀器微觀烈度相對宏觀烈度得出結(jié)果速度更快，能更直觀的表現(xiàn)出儀器位置的震感強度，可以為宏觀烈度的調(diào)查提出一定的借鑒。在臺站的分布密度和位置比較合理情況下，更能根據(jù)儀器微觀烈度和峰值加速度情況為震害調(diào)查和震災(zāi)救援工作提供有利的幫助。

3 震害特征分析

此次地震震區(qū)建筑物主要分4類[8]：磚木結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)、磚混和鋼混結(jié)構(gòu)。地震中老舊房屋(房齡15年以上的)受損明顯，出現(xiàn)承重墻外閃，承重墻裂縫等破壞現(xiàn)象；而近年來新建房屋(房齡10年以內(nèi))多數(shù)只受到輕微破壞[9]。

3.1 磚木結(jié)構(gòu)房屋

本次地震震區(qū)中磚木結(jié)構(gòu)是由磚墻、簡易木屋架平頂或人字屋架，瓦屋面、輕質(zhì)石棉瓦屋面或輕鋼屋面組成，該類房屋一般都由住戶自行設(shè)計和建造，十分不規(guī)范[9]。

現(xiàn)場調(diào)查顯示：(1)磚木結(jié)構(gòu)房屋墻體一般都是50墻和37墻，50墻破壞程度遠小于37墻；(2)磚木結(jié)構(gòu)房屋的承重墻建筑材料主要是實心磚和砂漿：實心磚抗剪強度低，延縮性差，在地震中容易出現(xiàn)裂縫(圖5)。砂漿強度很大程度影響墻體的抗震能力，當(dāng)?shù)刈越ǚ课莸纳皾{一般都用當(dāng)?shù)亍昂谟蜕啊被蚴亲约簲嚢璧纳皾{，地震后墻體出現(xiàn)沿著灰縫或是交叉縫開裂、房角和煙囪掉落等問題；(3)老舊房屋(房齡15年以上的)一般都沒有沒圈梁，這類房屋在地震時主要出現(xiàn)的問題是墻體外閃(圖6)；(4)震區(qū)中老舊房屋(房齡超過15年的)的破壞明顯多于新建房屋的破壞[10]。

圖5 門口上方墻體出現(xiàn)裂縫(土城子村)Fig.5 Cracks on the wall above the door In Tuchengzi Village

圖6 磚木結(jié)構(gòu)承重墻外閃(伯都村)Fig.6 The brick and timber structure of the wall flas in Bodu Village

統(tǒng)計結(jié)果顯示，Ⅵ度區(qū)內(nèi)受到破壞的磚木結(jié)構(gòu)房屋，主要的破壞特征是門口、窗口上方或下方墻體出現(xiàn)裂縫；承重墻外閃；致間墻與承重外墻聯(lián)接處被拉開、形成裂縫；房角或煙囪墜落或掉磚；室外或室內(nèi)的墻面磁磚、地面地磚有掉落、破碎，破壞的原因主要來自于是墻體的厚度、建筑材料強度、是否有圈梁、是否經(jīng)過正規(guī)設(shè)計和房屋老舊程度等問題。

3.2 土木結(jié)構(gòu)房屋

此次地震震區(qū)中土木房屋主要為木框架與土坯墻混合承重房屋，另有部分磚掛面、土墻擱梁/檁房屋，即房屋正面為磚墻，其余三面為土坯墻的簡易木檁平頂房，主要由磚墻和土坯墻共同承重[11]。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：(1)土木房的墻體為了保暖一般砌的較厚，但由于它的主要材料都是土坯和木框架，粘合材料是粘土，這種材料的抗震性能極低，地震時出現(xiàn)墻開裂問題(圖7)；(2)此類房屋基本都沒有圈梁，房屋抗震能力非常差，地震時出現(xiàn)后墻傾斜問題；(3)此類的房屋普遍都有超過30年的房齡，房屋各個部件都有老化問題，地震時發(fā)生棚頂?shù)袈涞葐栴}(圖8)。

圖8 土坯房承重墻開裂(松林村)Fig.8 The adobe wall is cracked( in Songlin Village

調(diào)查結(jié)果顯示Ⅵ度區(qū)內(nèi)大部分土木房屋都受到破壞，主要的破壞特征是墻體開裂變形、后承重墻外閃、兩墻連接處開裂等，主要的破壞原因來自于建筑材料不行、無上下圈梁和年久失修部件老化等問題。

3.3 磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋

磚混結(jié)構(gòu)房屋[12]一般都是經(jīng)過正規(guī)的建筑設(shè)計，主要的承重構(gòu)件由磚墻或磚柱、鋼筋混凝土樓板和屋頂組成，房屋一般都存在圈梁和構(gòu)造柱等措施，增強了房屋抗震能力。鋼混結(jié)構(gòu)房屋主要由柱、梁、墻、樓體、樓板、屋面板等用鋼筋混凝土制成作為承重構(gòu)件，非承重墻一般都用磚或其它材料進行填充，這類結(jié)構(gòu)房屋都是經(jīng)過正規(guī)設(shè)計和正規(guī)的建造程序建造的，材料優(yōu)質(zhì)，整體性強，在震區(qū)這類結(jié)構(gòu)房屋抗震性能最好。

此次地震震區(qū)中磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋主要是存在于市區(qū)內(nèi)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的辦公樓、學(xué)校和企業(yè)，由于本次地震震級相對較小，故這兩類結(jié)構(gòu)的建筑基本沒有破壞，在常家圍子村發(fā)現(xiàn)一棟鋼混結(jié)構(gòu)房屋的墻皮開裂、凸起問題。

4 現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)的問題及建議

自2013年松原前郭M5.8震群型地震后，本次松原寧江M4.9地震是吉林省最大的地震，并且地震震中區(qū)相對更靠近城市，近幾年該地區(qū)地震頻發(fā)，每次地震的地震現(xiàn)場調(diào)查工作都是地震工作的重要一環(huán)。根據(jù)本次地震現(xiàn)場工作遇到的一些情況，對地震現(xiàn)場工作等方面提出了一些思考和建議。

(1)這次地震只給出了人員調(diào)查的地震宏觀烈度，對儀器的微觀烈度使用度不高。從儀器微觀烈度結(jié)果來看，儀器微觀烈度能直觀明確的了解臺站布設(shè)區(qū)域的地震強度，但儀器微觀烈度要大于現(xiàn)場宏觀調(diào)查烈度，要根據(jù)多次地震結(jié)果找一個適合本地區(qū)的儀器微觀烈度計算參數(shù)，使得儀器烈度的參考價值更高更準(zhǔn)確。

此次地震期間觸發(fā)的強震臺只有9個，基本都分布在震區(qū)南側(cè)，儀器數(shù)量較少，分布相對不合理。今后吉林省還有80多個強震臺建設(shè)項目，要根據(jù)近幾年多次地震結(jié)果合理布設(shè)松原地區(qū)的強震儀器。

(2)在此次地震之前就已遭受破壞的建筑，例如在2013年松原前郭M5.8震群型地震期間，該地區(qū)的老舊房屋受到了輕微的破壞，對此類房屋破壞等級的判定需進行規(guī)范研究。

(3)在這次地震調(diào)查中發(fā)現(xiàn)松原二橋的橋頭連接處縫隙加大，雖然橋體沒有發(fā)生破壞，但如果發(fā)生更大的地震使非建筑類的單體構(gòu)件發(fā)生破壞，其破壞情況對該地區(qū)烈度的影響也需進一步研究。

5 結(jié)語

通過對寧江M4.9地震烈度評定和震害特征的總結(jié)，對該地區(qū)地震烈度評定和松原市農(nóng)村建筑抗震設(shè)防能力的提高提出一些建議：

(1)根據(jù)本地區(qū)多次地震的儀器微觀烈度和宏觀烈度對比分析，研究本地區(qū)的儀器微觀烈度計算參數(shù)，提高儀器微觀烈度的使用價值，加強儀器分布的合理性。

(2)在地震中已處于“危房”狀態(tài)的房屋，建議對其及時做出處理，避免二次災(zāi)害。農(nóng)村要加大泥草房改造工程的速度，爭取實現(xiàn)泥草房零的目的。

(3)為農(nóng)村提供經(jīng)濟、實用、符合當(dāng)?shù)亟ㄖ攸c的建造房屋設(shè)計圖，提高農(nóng)居設(shè)計圖的宣傳，保證施工質(zhì)量，對受損房屋提供合理的房屋改造、加固方案，確保提高震區(qū)房屋抗震能力，實現(xiàn)農(nóng)居大震不倒、中震可修、小震不壞的宗旨。

(4)近幾年松原地區(qū)地震頻發(fā)，應(yīng)該加強地震防震減災(zāi)能力建設(shè)、加強防震減災(zāi)宣傳、加強應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)和搶險救援隊伍建設(shè)、加強房屋抗震設(shè)防監(jiān)管和加強對居民地震科普知識和防震減災(zāi)知識的宣傳教育，提高居民對地震的認識、提升居民對地震的警覺和減少對地震來臨時的恐慌。

致謝：感謝吉林省地震局和中國地震局工程力學(xué)研究所地震現(xiàn)場工作隊工作人員對松原寧江4.9級地震宏觀烈度評定的辛勤工作。