摩洛哥地震科學(xué)研究簡(jiǎn)介與6.9 級(jí)地震災(zāi)情分析

周健

引言

2023 年9 月8 日23 時(shí)11 分（當(dāng)?shù)貢r(shí)間），摩洛哥發(fā)生6.9 級(jí)地震，震中位于摩洛哥高阿特拉斯山脈地區(qū)（High Atlas Mountains），距84萬(wàn)人口的馬拉喀什（Marrakesh）市西南方向72 km，震源深度18.5 km（圖1）。

圖1 2023年9月8日摩洛哥6.9級(jí)地震震動(dòng)分布圖

據(jù)摩洛哥內(nèi)政部9 月10 日的統(tǒng)計(jì)信息，地震已造成至少2960 人死亡，5674 人受傷，280萬(wàn)人受災(zāi)（圖2）。地震的破壞影響范圍廣大，世界文化遺產(chǎn)馬拉喀什老城很多歷史文物古跡被毀，摩洛哥周邊國(guó)家西班牙、葡萄牙和阿爾及利亞等地區(qū)均有震感。

圖2 地震后馬拉喀什市一個(gè)婦女立于倒塌的建筑廢墟邊

本文對(duì)近20 年來(lái)各國(guó)研究者對(duì)摩洛哥及周邊地區(qū)的研究成果進(jìn)行介紹，內(nèi)容涉及摩洛哥的地震臺(tái)網(wǎng)、地震活動(dòng)性、地球動(dòng)力學(xué)、地震區(qū)劃和地震風(fēng)險(xiǎn)等多個(gè)地震科學(xué)研究領(lǐng)域，并根據(jù)已有的資料對(duì)2023 年9 月8 日發(fā)生的6.9 級(jí)馬拉喀什地震進(jìn)行一些初步的分析，希望對(duì)摩洛哥地震的相關(guān)研究有所裨益。

摩洛哥的地震科學(xué)研究

摩洛哥位于非洲大陸西北端，與歐洲西端的伊比利亞半島隔地中海相望，處在歐亞板塊中利比里亞次級(jí)板塊與非洲板塊的擠壓碰撞地帶，擠壓隆起的北東東走向阿特拉斯山脈占據(jù)了其領(lǐng)土的大部分地區(qū)。摩洛哥境內(nèi)的阿特拉斯山脈自地中海沿岸的Rif 山嶺東界起至南部的撒哈拉克拉通，向東北至西南方向分為中阿特拉斯（Middle Atlas）、高阿特拉斯（High Atlas）和安提阿特拉斯（Anti Atlas）（圖3）。其中位于摩洛哥中南部的高阿特拉斯自東向西可進(jìn)一步分為東高阿特拉斯（Eastern High Atlas）、中央高阿特拉斯（Central High Atlas）、馬拉喀什高阿特拉斯（Marrakesh High Atlas）和西高阿特拉斯（West High Atlas）等四部分。本次地震就發(fā)生于馬拉喀什高阿特拉斯山脈內(nèi)。

圖3 阿特拉斯山脈分布

摩洛哥總體的地震研究以合作為主，包括周邊阿爾及利亞、埃及等北非鄰國(guó)，以及西班牙為首的歐洲國(guó)家。受2004 年摩洛哥北部地中海港口城市阿爾—霍塞馬（Al Hoceima）發(fā)生的6.5級(jí)地震影響，其主要的研究熱點(diǎn)集中于北部的Rif山嶺地區(qū)，對(duì)南部地震的研究開(kāi)展較少。

地球動(dòng)力學(xué)方面，以解釋北非和歐洲板塊相互作用為重點(diǎn)，歐洲多國(guó)研究者均對(duì)摩洛哥和西班牙之間的Alboran 海中展現(xiàn)的板塊交匯特征進(jìn)行了研究，但對(duì)處于碰撞后緣的高阿特拉斯山脈，尤其是位于南部的高阿特拉斯地區(qū)研究相對(duì)較薄弱。

地震區(qū)劃研究方面，有本國(guó)學(xué)者開(kāi)展的基于摩洛哥的地震危險(xiǎn)性研究，更多的是與其他國(guó)家學(xué)者以整體北非為研究對(duì)象的區(qū)域性研究，最新的研究成果為意大利GEM 的北非地震危險(xiǎn)性區(qū)劃成果。

在地震風(fēng)險(xiǎn)研究和地震建筑物易損性研究方面，以區(qū)域性或針對(duì)特定城市的研究為主，且集中于受阿爾-霍塞馬地震影響的摩洛哥北部城市。

（一）摩洛哥的地震臺(tái)網(wǎng)和地震目錄

1996 年，西班牙圣費(fèi)爾南多皇家海軍研究所和天文臺(tái)（the Real Instituto y Observatorio de la Armada in San Fernando,ROA）及馬德里康普頓斯大學(xué)（the Universidad Complutense de Madrid,UCM）在 德 國(guó)GFZ 的 支 持 下建立了西地中海寬頻帶地震臺(tái)網(wǎng)（Western Mediterranean Broad-Band Seismological Network,WM），覆蓋了西班牙南部和與西班牙隔直布羅陀海峽相望的北非地區(qū)（圖4）。所有的WM 臺(tái)網(wǎng)均裝備Streckeisen STS-2 型傳感器，部分臺(tái)站為實(shí)時(shí)傳輸，部分臺(tái)站存在10 分鐘的延時(shí)，部分臺(tái)站不能實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)。

圖4 西地中海寬頻帶地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖

2005 年，西班牙、摩洛哥和阿爾及利亞的研究者整理了摩洛哥地區(qū)1045 年至2005 年的主要地震目錄。目錄囊括了北緯1°～15°，東經(jīng)27°～37°范圍內(nèi)3.0 級(jí)以上的地震事件1739 個(gè)（圖5）。地震目錄經(jīng)過(guò)了除叢，只保留了主震事件。

圖5 摩洛哥及附近地區(qū)1045年至2005年3.0級(jí)以上地震分布圖

2012 年，摩洛哥研究者Cherkaoui 和Hassani根據(jù)摩洛哥、西班牙、葡萄牙和阿爾及利亞地震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)編纂了1901 年至2010 年的地震目錄，目錄囊括了北緯0°～20°，東經(jīng)21°～38°范圍內(nèi)3.5 級(jí)以上的地震事件25000 個(gè)（圖6），并利用這些目錄繪制了摩洛哥烈度包絡(luò)地圖。

圖6 摩洛哥及附近地區(qū)1901年至2010年3.5級(jí)以上地震分布圖

（二）地震活動(dòng)性和地震地質(zhì)

2004 年，摩洛哥研究者收集了1987 年到1994 年的3740 個(gè)地震事件，根據(jù)這些地震研究了伊比利亞板塊和非洲板塊的匯聚特征和當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒?dòng)性。2011 年，法國(guó)和摩洛哥研究者利用1900 年至2007 年的地震記錄分析了中—高阿特拉斯山脈地區(qū)的地震活動(dòng)性和地殼信息，認(rèn)為高阿特拉斯山脈地區(qū)的北北西向的成叢地震可能與Imilchil 斷裂有關(guān)，以及Ouarzazate 盆地地區(qū)的Amekchoud 斷裂具有6.4 級(jí)地震的發(fā)震能力。2016 年，阿爾及利亞、西班牙和南非研究者分析了摩洛哥和阿爾及利亞地區(qū)的地震活動(dòng)性，根據(jù)地震活動(dòng)性和板塊特征，將研究區(qū)分為摩洛哥、高原區(qū)、Atlas 山脈等五個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并給出了各區(qū)的b 值和V4。

此外，在地震地質(zhì)方面也開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作。1991 年，德國(guó)研究者繪制了摩洛哥阿特拉斯山脈地區(qū)的主要斷層地圖（圖7）。

圖7 摩洛哥中阿特拉斯地區(qū)主要斷層地圖

（三）地球動(dòng)力學(xué)

1996 年，美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究者和摩洛哥研究者根據(jù)數(shù)字高程模型、LANDSAT 衛(wèi)星影像和震源機(jī)制數(shù)據(jù)對(duì)摩洛哥北部地區(qū)的中阿特拉斯山脈帶在第四紀(jì)中晚期的板內(nèi)地殼動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了解釋。研究將中阿特拉斯山脈帶分為了壓縮帶和張拉帶兩個(gè)特征區(qū)塊，認(rèn)為中阿特拉斯山脈在不同位置同時(shí)存在張拉和壓縮兩種作用，因而呈現(xiàn)出類(lèi)似左旋北東—南西的斷裂特征。此外，還根據(jù)P 波走時(shí)和地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)給出了摩洛哥境內(nèi)阿特拉斯山脈地區(qū)和Rif 山脈地區(qū)的上地幔三維速度結(jié)構(gòu)。

1998 年，摩洛哥研究者根據(jù)中源深度地震和火山運(yùn)動(dòng)分析了摩洛哥境內(nèi)阿特拉斯山脈的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

2008 年，摩洛哥研究者給出了1959 年至2007 年摩洛哥和周邊地區(qū)100 個(gè)地震的166 個(gè)震源機(jī)制解，大多數(shù)的震源機(jī)制解來(lái)自阿爾—霍塞馬地區(qū)的地震。

2015 年，摩洛哥的穆罕默德五世大學(xué)、西班牙多所高校研究機(jī)構(gòu)和美國(guó)萊斯大學(xué)共同發(fā)布了700 km 長(zhǎng)的地殼速度結(jié)構(gòu)剖面，剖面從直布羅陀海峽自北向南縱穿阿特拉斯山脈到達(dá)西非撒哈拉克拉通。

同年，德國(guó)、西班牙和英國(guó)研究者利用水陸地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)研究了摩洛哥與西班牙之間的Alboran 海的地震活動(dòng)和地殼結(jié)構(gòu)（圖8）。在5 個(gè)月的臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行期間，獲取了當(dāng)?shù)?29個(gè)地震事件，地震活動(dòng)信息顯示Alboran 海地區(qū)地震與大尺度的板塊構(gòu)造相關(guān)性較低。同時(shí)，根據(jù)海洋測(cè)深數(shù)據(jù)、地震反射剖面和古地震信息，原先一些認(rèn)為活動(dòng)的大型斷裂實(shí)際上是不活動(dòng)的。

圖8 Alboran海區(qū)域布置的水陸臺(tái)

2019 年，西班牙、德國(guó)、美國(guó)、愛(ài)爾蘭、法國(guó)和英國(guó)等多國(guó)研究者在《自然通訊》（Nature Communications）發(fā)文，應(yīng)用海洋測(cè)深數(shù)據(jù)和地震反射數(shù)據(jù)，并結(jié)合2016 年6.4級(jí)摩洛哥外海阿爾—霍塞馬地震學(xué)數(shù)據(jù)，揭示了非洲北部板緣的Al-Idrissi 斷層系統(tǒng)的三維特征。認(rèn)為目前阿爾—霍塞馬斷層系統(tǒng)正在不斷發(fā)展，并提出了一個(gè)年輕板塊邊界斷層系統(tǒng)的形成發(fā)展模型。

（四）地震危險(xiǎn)性

1996 年，阿爾及利亞研究者與日本研究者合作完成了阿爾及利亞、摩洛哥和突尼斯地震危險(xiǎn)性地圖。地圖基本覆蓋了北非西部撒哈拉沙漠以北的地區(qū)。地震危險(xiǎn)性分析采用從1900 年到1990 年的除叢歸一化目錄；潛源分為線源、面源和俯沖源三類(lèi)；衰減關(guān)系采用Molas 和Yamazaki 衰減和地中海數(shù)據(jù)擬合的Ambraseys 衰減。成果地圖按100年超越概率10%的概率水平制圖，制圖參數(shù)為水平PGA、垂直P(pán)GA、烈度、0.1 s/0.3 s/1.0 s 的反應(yīng)譜、同PGA 下回歸年等參數(shù)。

2004 年，摩洛哥研究者利用地震目錄、Landsat7 的地表ETM 模型和海洋反射剖面對(duì)摩洛哥北部的Rif 地區(qū)進(jìn)行了地震危險(xiǎn)性分析。

2013 年，摩洛哥、埃及、阿爾及利亞、利比亞、葡萄牙和意大利等國(guó)的研究者發(fā)布了根據(jù)NDSHA 方法制作的北非地震危險(xiǎn)性地圖，地圖范圍囊括摩洛哥、阿爾及利亞、突尼斯、利比亞和埃及五個(gè)國(guó)家。

2014 年，摩洛哥研究者應(yīng)用概率性方法繪制了摩洛哥地震危險(xiǎn)性地圖。

2015 年，西班牙、阿爾及利亞和埃及的研究者基于歷史地震數(shù)據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)摩洛哥和阿爾及利亞地區(qū)的中強(qiáng)地震給出了10 年期的基于概率水平的地震發(fā)生率預(yù)測(cè)結(jié)果。

2015 年，阿爾及利亞、西班牙、南非的研究者給出了一版摩洛哥—阿爾及利亞的潛源劃分方案，及基于這套方案的地震活動(dòng)性參數(shù)。

2018 年，西班牙和阿爾及利亞研究者應(yīng)用地震數(shù)據(jù)和震源機(jī)制解數(shù)據(jù)對(duì)非洲西北進(jìn)行了潛源劃分和地震活動(dòng)性的判定，將潛在震源區(qū)分為淺源和中深源兩類(lèi)。

2020 年，意大利GEM 繪制了北非地震危險(xiǎn)性地圖，采用了自研的Open-Quake 模型；地震目錄匯編了ISCGEM 目 錄、ISC-REV 目 錄、GCMT 目 錄、IGN 目 錄、EMEC 目錄和GEM 全球歷史地震目錄，并對(duì)各目錄進(jìn)行了歸一化處理；建立了北非地震斷層數(shù)據(jù)庫(kù)；北非潛源采用面源和斷層源兩類(lèi)處理；地震活動(dòng)性考慮了震源深度和震源機(jī)制；危險(xiǎn)性分析應(yīng)用邏輯樹(shù)方法考慮了潛源劃分和衰減關(guān)系中的不確定性（圖9,圖10）。

圖9 GEM北非地震危險(xiǎn)性中的地震活動(dòng)性和潛源劃分

圖10 GEM北非地震危險(xiǎn)性的經(jīng)斷層模型修正后的PGA分布（50a10%）

（五）地震風(fēng)險(xiǎn)

2017 年，摩洛哥、阿爾及利亞和西班牙研究者對(duì)摩洛哥北部的阿爾—霍塞馬市的地震風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，其中地震易損性方法采用Risk-UE 項(xiàng)目中提出的易損性指數(shù)評(píng)估方法，地震動(dòng)輸入采用確定性方法和概率性方法兩種輸入，分析結(jié)果給出了阿爾—霍塞馬市的建筑物倒塌分布、無(wú)家可歸人口分布和經(jīng)濟(jì)損失分布。

2018 年，摩洛哥和阿爾及利亞的研究者對(duì)摩洛哥北部的Imzouren 市開(kāi)展了地震風(fēng)險(xiǎn)分析。風(fēng)險(xiǎn)分析采用震害指數(shù)方法，地震危險(xiǎn)性數(shù)據(jù)采用了確定性方法和概率性方法兩種結(jié)果，其中確定性方法的地震場(chǎng)景為2004 年摩洛哥阿爾—霍塞馬地震。建筑物數(shù)據(jù)采用實(shí)地調(diào)查的3000 棟房屋數(shù)據(jù)。風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果采用建筑物損壞、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失三個(gè)指標(biāo)表示。

2019 年，摩洛哥、阿爾及利亞和西班牙的研究者利用摩洛哥北部阿爾—霍塞馬市和Imzouren市的2746 棟鋼混結(jié)構(gòu)的建筑數(shù)據(jù)分析了其抗震能力和震害特征。研究按層高、細(xì)部結(jié)構(gòu)、建筑外形等不同特征對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。此外，研究者還利用研究結(jié)果分析了兩市鋼混結(jié)構(gòu)的抗震能力分布。

2020 年，意大利研究者對(duì)摩洛哥北部Maghreb地區(qū)的歷史建筑的抗震能力進(jìn)行了分析。文章作者提出了一種基于易損性指數(shù)的新方法。并以Maghreb 地區(qū)為例，對(duì)該方法進(jìn)行了應(yīng)用。

2022 年，摩洛哥、法國(guó)和英國(guó)的研究者構(gòu)建并分析了摩洛哥北部Rif 地區(qū)的36 個(gè)建筑物易損性模型。分析所需的地震危險(xiǎn)性輸入考慮了摩洛哥建筑規(guī)范（RPS2000）和歐洲規(guī)范所設(shè)定的兩種地震場(chǎng)景（圖11）。研究表明，Imzouren 市的損失會(huì)因其場(chǎng)地土層條件更加嚴(yán)重，歐洲建筑規(guī)范的地震輸入比摩洛哥建筑規(guī)范的更加可靠。

圖11 摩洛哥建筑抗震規(guī)范的地震危險(xiǎn)性分布

2023 年，摩洛哥研究者評(píng)估了摩洛哥北部Tetouan 市的地震風(fēng)險(xiǎn)（圖12）。其中地震易損性方法采用Risk-UE項(xiàng)目中提出的易損性指數(shù)評(píng)估方法；地震動(dòng)輸入采用概率性方法；建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)不同用途和結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行了分類(lèi)；分析結(jié)果給出了Tetouan 市的建筑物震害指數(shù)分布。

圖12 Tetouan市的建筑物震害指數(shù)分布

2023 年摩洛哥馬拉喀什6.9 級(jí)地震災(zāi)情簡(jiǎn)析

（一）馬拉喀什6.9 級(jí)地震的相關(guān)背景

此次地震是摩洛哥境內(nèi)儀器記錄到的最大地震，是繼1960 年摩洛哥阿加迪爾（Agadir）地震后損失最大的地震，也是2023 年截至目前全球損失第二大的地震，僅次于今年土耳其兩次7.5 級(jí)地震造成的災(zāi)害。

根據(jù)美國(guó)USGS 的PAGER 系統(tǒng)估測(cè)，這次摩洛哥地震的震中烈度達(dá)到了修正墨卡利烈度Ⅸ級(jí)（極強(qiáng)烈），Ⅷ度區(qū)（嚴(yán)重）的人口數(shù)為157000 人，包括Azgour 鎮(zhèn)和阿特拉斯山脈周?chē)迩f的居民。

（二）地震災(zāi)情與建筑破壞

1.民居的破壞情況

馬拉喀什地震造成至少2960 人喪生，5674 人受傷，其中2500 多名傷者傷勢(shì)嚴(yán)重。人員死亡主要發(fā)生在馬拉喀什以南的偏遠(yuǎn)地區(qū)。在Al-Haouz 和Taroudant 兩個(gè)省份，地震分別造成1684 人和980 人死亡；Ouarzazate 市 有41 人 死 亡；Chichaoua市有202 人死亡，而馬拉喀什市也有18 人死亡。地震還造成了卡薩布蘭卡、阿加迪爾（Agadir）和優(yōu)素福亞（Youssoufia）等地的人員死亡。這次地震總共造成19095 座房屋倒塌，至少40759 座房屋受損，2930個(gè)村莊受災(zāi)（圖13）。

摩洛哥高阿特拉斯地區(qū)的房屋多為民間自建房，房屋建設(shè)方式仍沿用一百年前的傳統(tǒng)方式，沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人員的設(shè)計(jì)和指導(dǎo)。當(dāng)?shù)厝硕嗖捎檬瘔K、木材和黏土建房（圖14、圖15）。這類(lèi)房屋適應(yīng)當(dāng)?shù)匮谉岬臍夂?，但其抗震能力極差，而且一旦倒塌其內(nèi)部很難有人員的生存空間。

圖14 摩洛哥馬拉喀什地震中倒塌的房屋

2.歷史遺跡的破壞情況

馬拉喀什老城于1985 年被列入聯(lián)合國(guó)世界文化遺產(chǎn)名錄，很多歷史建筑可以追溯到公元11 世紀(jì)。本次地震對(duì)這些歷史遺跡造成了較大的破壞，包括宮殿、陵寢、清真寺、老城城墻等27 個(gè)歷史建筑遭到了嚴(yán)重毀壞。1995 年列入聯(lián)合國(guó)世界遺產(chǎn)名錄的建于1124 年的Tinmel 清真寺在本次地震中大部分垮塌（圖16）。

圖16 聯(lián)合國(guó)世界文化遺產(chǎn)Tinmel清真寺在地震中損毀

具有900 年歷史的馬拉喀什老城城墻和箭塔為傳統(tǒng)黏土和石磚建造，部分地段在地震中坍塌（圖17）。

圖17 馬拉喀什老城城墻部分地段在地震中損毀

在Ouarzazate 省，地震對(duì)世界文化遺產(chǎn)Telouet 的Glaoui 城防工事造成了破壞，部分防御塔倒塌（圖18）。

圖18 地震中世界文化遺產(chǎn)Telouet的Glaoui城防工事遭到破壞

3.民房破壞的主要類(lèi)型

本次地震中，人員傷亡主要是由于建筑物損毀導(dǎo)致的，尤其是鄉(xiāng)村地區(qū)的房屋在地震中損毀嚴(yán)重，當(dāng)?shù)孛穹康牡湫推茐男螒B(tài)有以下幾種主要類(lèi)型。

（1）鄉(xiāng)村土木結(jié)構(gòu)房屋外墻完全或部分垮塌，外墻和屋頂之間缺乏可靠連接，導(dǎo)致房屋落頂（圖19）。另外在夯土房屋中墻體之間的連接失效、房屋夯土墻體中無(wú)加固材料導(dǎo)致地震中墻體閃出的現(xiàn)象非常常見(jiàn)。

圖19 地震中一棟低層民房外墻邊角垮塌

（2）磚混房屋存在軟弱層。房屋墻體有過(guò)大的開(kāi)洞，或砌筑質(zhì)量不良，導(dǎo)致房屋側(cè)向剛度不足（圖20）。

圖20 地震中一棟磚混民房因存在軟弱層垮塌

（3）混凝土強(qiáng)度不足。地震中房屋的混凝土壓碎和崩解情況多發(fā)，說(shuō)明混凝土的配合比不良或養(yǎng)護(hù)不佳的現(xiàn)象普遍，這降低了房屋的整體性。

（4）建筑傾覆。本次地震中這種現(xiàn)象常常發(fā)生在平面不規(guī)則，或質(zhì)量中心和剛度中心不重合的建筑中（圖21）。

圖21 地震中一棟房屋基礎(chǔ)失效，房屋上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)脫離發(fā)生旋轉(zhuǎn)并最終傾覆