新增玉屏潛源對湘黔邊界地區(qū)峰值加速度影響的研究

[摘要]""" 本文收集了懷化西部新增玉屏潛在震源區(qū)相關(guān)資料，對研究區(qū)域1′×1′的空間格點(diǎn)進(jìn)行了地震危險(xiǎn)性概率分析，主要討論了在新增該潛源前、后對湘黔邊界地區(qū)的峰值加速度的變化，并根據(jù)Ⅱ類場地峰值加速度繪制等值線并進(jìn)行分區(qū)。地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果表明，新增玉屏潛源對其內(nèi)部與附近約20 km范圍的地震動(dòng)峰值加速度影響很大，而當(dāng)震源深度取10 km時(shí)，玉屏潛源范圍內(nèi)50年10%的峰值加速度由35～40 cm/s2增加至80～95 cm/s2，約增加2.3～2.4倍，潛源內(nèi)新晃、芷江等局部區(qū)域基本烈度可達(dá)Ⅶ度，潛源外部峰值加速度也從35 cm/s2逐漸增加至80 cm/s2；當(dāng)?shù)卣饚У恼鹪瓷疃热?5 km時(shí)，新晃、芷江等地區(qū)基本烈度仍為Ⅵ度。文中還結(jié)合懷化西部新晃、芷江不同類型房屋的抗震能力進(jìn)行了初步分析，在后續(xù)防震減災(zāi)工作中需特別加以關(guān)注。

[關(guān)鍵詞] 地震危險(xiǎn)性分析; 玉屏潛在震源區(qū); 峰值加速度; 抗震能力

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-142

0" 引言

為貫徹落實(shí)中國地震局《全國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖編制工作方案》（中震防發(fā)〔2022〕21 號）、湖南省地震局《全國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖編制湖南任務(wù)工作方案》的通知（湘震發(fā)〔2023〕20 號）的要求，本文收集了湖南省及周邊近些年來重大建設(shè)工程地震安全性評價(jià)報(bào)告、地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查等資料，重點(diǎn)核實(shí)湖南省及周邊有無新增和修改的潛在震源區(qū)。資料顯示，在貴州銅仁地區(qū)核電地震安全性評價(jià)等工作中，新增了震級上限為6級的玉屏潛在震源區(qū)，在湖南省地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查工作中已將該潛源參與地震危險(xiǎn)性計(jì)算，作為風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃的地震危險(xiǎn)性輸入。在湖南省第六代區(qū)劃圖潛在震源區(qū)劃分方案初稿中已經(jīng)提出該新增潛源事宜，這與《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2015）（簡稱“五代圖”）潛源劃分方案相比在湖南省西部的唯一變化之處。湘黔邊界大部分處在《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001）不設(shè)防地區(qū)，隨著五代圖在2016年6月1日起正式實(shí)施，全國范圍取消了不設(shè)防地區(qū)，提升為基本烈度為Ⅵ度（0.05g）的抗震設(shè)防區(qū)。湘黔交界處的懷化、銅仁、黔東南地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對落后，現(xiàn)有建筑物普遍存在抗震能力偏低、甚至沒有任何抗震設(shè)防構(gòu)造措施的情況[1]，而本地區(qū)具備發(fā)生中強(qiáng)地震的構(gòu)造背景，所帶來的影響不容忽視。新增玉屏潛源也是對本地區(qū)潛在地震風(fēng)險(xiǎn)的充分估計(jì)，故本文從計(jì)算角度考慮新增玉屏潛源的影響，對湘黔邊界地區(qū)進(jìn)行3個(gè)超越概率水平（50年63%、50年10%和50年2%）的地震危險(xiǎn)性概率分析，并對峰值加速度的影響進(jìn)行分析與初步探討，這對本地區(qū)的防震減災(zāi)實(shí)際工作有一定的參考作用。

1" 玉屏潛在震源區(qū)

新增玉屏6級潛在震源區(qū)位于長江中游地震帶的華南中部地震構(gòu)造區(qū)，帶內(nèi)分布有北東東走向的新晃—懷化斷裂，潛源沿著該斷裂走向呈矩形分布，長寬分別約為128 km和31 km，面積約3956 km2（圖1），主要分布在玉屏縣、鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣、三穗縣、岑鞏縣、新晃縣、芷江縣，局部分布在麻陽縣、天柱縣、碧江縣、萬山縣。玉屏潛源內(nèi)無M4.7及以上的歷史地震記載，附近曾發(fā)生的3次中強(qiáng)地震分別為2015年3月30日貴州劍河M5.5地震、1626年10月8日湖南會(huì)同M5.0地震和1941年2月7日貴州印江M5.0地震，距離玉屏潛源最近的距離分別為43 km、48 km、82 km。根據(jù)湖南省地震志資料，新晃—懷化斷裂帶描述如下：該斷裂呈北東東走向，西起貴州省普定馬場，東經(jīng)貴陽、新晃、芷江、懷化至溆浦一帶，由數(shù)條平行斷裂組成，寬達(dá)20余千米。沿?cái)嗔寻l(fā)育有歸州、施秉、芷江和溆浦等白堊—古近紀(jì)盆地。由于斷裂的活動(dòng)使施秉盆地內(nèi)的上新統(tǒng)砂礫石層發(fā)生變形，在芷江、懷化一帶，截切沅陵—麻陽盆地，發(fā)生順時(shí)針扭曲；在鎮(zhèn)遠(yuǎn)、新晃一帶斷裂地貌清晰，斷層三角面、斷崖十分醒目，多處有溫泉出露；在貴定附近，貴定—黃平次級斷裂錯(cuò)斷了更新統(tǒng)，表明第四紀(jì)期間該斷裂有一定的活動(dòng)性。其他相關(guān)資料顯示，該潛源的劃分依據(jù)為潛源內(nèi)新晃—懷化斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為早、中更新世，線性地貌特性清晰，活動(dòng)性較強(qiáng)，不排除發(fā)生5.5級左右中強(qiáng)地震的可能。在貴州銅仁地區(qū)核電地震安全性評價(jià)工作中新增了該潛源，震級上限為6級，且在湖南省地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查30″格網(wǎng)的地震危險(xiǎn)性分析中，已考慮了該新增潛源的影響。

2" 地震危險(xiǎn)性分析

地震危險(xiǎn)性分析的概率法由美國學(xué)者Cornell C A于1968年提出。由于目前對地震活動(dòng)的認(rèn)識和研究水平有限，加之受地震預(yù)報(bào)水平的制約，地震發(fā)生具有不確定性。另外，受震源深度、地震傳播途徑和場地條件等影響，地震引起場地的反應(yīng)也具有很大的不確定性，這就使得我們在預(yù)測地震危險(xiǎn)性時(shí)，既要考慮地震發(fā)生的不確定性，又要考慮地震活動(dòng)性參數(shù)的不確定性。我國學(xué)者經(jīng)過不斷研究，在五代圖編制中采用了我國特有的CPSHA概率地震危險(xiǎn)性分析方法，提出了三級潛在震源區(qū)劃分方案[2]，以更加細(xì)致地表述我國地震活動(dòng)的空間不均勻性特征，并構(gòu)建了相應(yīng)的地震活動(dòng)性模型。因此，采用CPSHA概率地震危險(xiǎn)性分析評價(jià)和估計(jì)未來的地震危險(xiǎn)性既符合目前人們對地震影響的認(rèn)識，又可在充分考慮安全、經(jīng)濟(jì)的條件下提供不同安全水準(zhǔn)的抗震設(shè)防依據(jù)。本文采用該方法對研究區(qū)域進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析。

本文選取新增玉屏潛源所在的湘黔邊界局部地區(qū)為研究區(qū)域，范圍為（26.3°N～28.3°N，108.2°E～110.1°E）。為了保證計(jì)算精度，以1′×1′為間隔確定空間格網(wǎng)，共計(jì)有13 915個(gè)格網(wǎng)。分別計(jì)算出每個(gè)格網(wǎng)中心點(diǎn)處3個(gè)超越概率水平的基巖水平向峰值加速度，采用五代圖中的轉(zhuǎn)換方法，轉(zhuǎn)換為Ⅱ類場地的加速度峰值。由于較遠(yuǎn)的潛源對基巖峰值加速度的貢獻(xiàn)很小或可忽略不計(jì)，為了提高計(jì)算速度，本文選擇研究區(qū)域周邊近400 km范圍內(nèi)的潛源參與計(jì)算，并采用了五代圖編制工作中使用的中強(qiáng)地震區(qū)地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系，其較充分地考慮大震近場飽和特征，并采用了分段線性形式[3]。按照五代圖研究成果，研究區(qū)域所在的長江中游地震帶地震活動(dòng)性參數(shù)b取1.2，v4取3.2，參與計(jì)算潛源所涉及的其他地震帶參數(shù)均采用五代圖成果。研究區(qū)域基本集中在上地殼內(nèi)的淺源地震，為充分考慮潛在地震風(fēng)險(xiǎn)，本文地震帶震源深度取10 km和15 km分別進(jìn)行計(jì)算，文中主要給出10 km的計(jì)算結(jié)果，15 km結(jié)果在后續(xù)中加以對比討論。

根據(jù)上述論述，以五代圖的綜合潛源劃分方案為基礎(chǔ)，分別使用新增玉屏潛源前（五代圖的潛源劃分方案）、后的方案進(jìn)行地震危險(xiǎn)性概率分析計(jì)算，得到13915個(gè)格點(diǎn)的基巖峰值加速度，按照上述轉(zhuǎn)換原則，得到研究區(qū)域所有格點(diǎn)的Ⅱ類場地的峰值加速度。并參考五代圖的做法，50年10%的地震動(dòng)峰值加速度取Max（amaxⅡ，10%/50Y，amaxⅡ，2%/50Y/1.9），50年63%的峰值加速度按不低于50年10%的1/3倍確定。并參考地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查中地震危險(xiǎn)性分析大數(shù)據(jù)的處理方法，基于ArcGIS 軟件和Matlab程序高效處理了地震危險(xiǎn)性數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖件繪制，確保計(jì)算精度得到了平滑的峰值加速度等值線[4]，相鄰等值線差異為10 cm/s2，峰值加速度等值線分布如圖2所示。值得注意的是，本文僅考慮計(jì)算結(jié)果，不涉及五代圖綜合考慮的調(diào)整事宜。

（a，b） 50年63%；（c，d） 50年10%；（e，f） 50年2%

（a，b） Exceeding probability of 63 in 50 years; （c，d） Exceeding probability of 10 in 50 years;" （e，f） Exceeding probability of 2 in 50 years

由圖2結(jié)合計(jì)算結(jié)果綜合分析表明，新增玉屏潛源對不同超越概率地震動(dòng)峰值加速度的影響范圍有限，主要集中在潛源內(nèi)部以及外圍約20 km的區(qū)域，而對研究區(qū)域其他地方峰值加速度的貢獻(xiàn)很小或可忽略不計(jì)。新增玉屏潛源前后，潛源范圍內(nèi)部50年10%的峰值加速度由35～40 cm/s2增加至80～95 cm/s2，約增加2.3～2.4倍，潛源外部從35 cm/s2逐漸增加至80 cm/s2；而50年63%的峰值加速度基本是50年10%的1/3倍，計(jì)算結(jié)果與50年10%的增加幅度類似；潛源內(nèi)部50年2%的峰值加速度由65～70 cm/s2增加至140～175 cm/s2，約增加2.1～2.5倍，潛源外部從65 cm/s2逐漸增加至140 cm/s2。由此可見，新增玉屏潛源對其內(nèi)部及附近的地震危險(xiǎn)性影響很大，需加以關(guān)注。

3" 地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)

基于空間離散點(diǎn)處計(jì)算結(jié)果的變化情況，參考五代圖地震動(dòng)峰值加速度的分區(qū)原則，對地震動(dòng)峰值加速度進(jìn)行分區(qū)并繪圖（圖3），圖中結(jié)果為地震帶震源深度參數(shù)取值10 km的結(jié)果。其中在新增玉屏潛源前、后50年63%的峰值加速度歸檔后都小于0.05g，故文中不再給出。由圖3可知，對于50年10%的結(jié)果而言，不考慮玉屏潛源因素影響時(shí)，研究區(qū)域范圍的計(jì)算結(jié)果大部分小于0.05g，玉屏潛源范圍內(nèi)絕大部分面積為小于0.05g，對應(yīng)為基本烈度小于Ⅵ度。而實(shí)際上五代圖在全國范圍取消了不設(shè)防地區(qū)，故此處僅為對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行探討，不涉及區(qū)劃圖考慮各因素所做的綜合性調(diào)整。增加玉屏潛源后計(jì)算結(jié)果顯示，潛源范圍內(nèi)都屬0.05g和0.10g，其中0.10g（Ⅶ度）區(qū)域主要分布在鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣、玉屏縣以及湖南的新晃縣和芷江縣。潛源范圍內(nèi)50年2%的峰值加速度歸檔分區(qū)結(jié)果，從0.05g（Ⅵ度）增至0.15g（Ⅶ+度），即罕遇地震作用下的烈度跨檔增幅較大。

（a，b） 50年10%；（c，d） 50年2%

（a，b） Exceeding probability of 10 in 50 years; （c，d） Exceeding probability of 2 in 50 years

4" 懷化西部房屋抗震能力初步分析

新增玉屏潛源主要對懷化西部的新晃、芷江侗族自治縣地震危險(xiǎn)性影響較大，根據(jù)第1次自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查提供的房屋公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，對不同結(jié)構(gòu)類型的房屋面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1），結(jié)果顯示，新晃、芷江房屋總體上以抗震性能較差的砌體結(jié)構(gòu)為主，約占總數(shù)的40%～50%，而抗震性能較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較少，約占總數(shù)的14%～20%。值得關(guān)注的是，懷化地區(qū)西部為侗族聚居區(qū)，分布大量具有民族特色的木結(jié)構(gòu)房屋，約占房屋總數(shù)的30%。

湖南省地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查工作對湘西地區(qū)房屋進(jìn)行了抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)城市內(nèi)新建建筑大多嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)施工建造，抗震能力得以保證，而老舊房屋、城中村自建房屋等建筑，以及建于20世紀(jì)八九十年代的多層砌體結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制樓板和樓梯，抗震能力不足。鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)自建住房基本未經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)，抗震能力較差。研究區(qū)內(nèi)存在大量木結(jié)構(gòu)、穿斗木結(jié)構(gòu)，很多學(xué)者對該類型房屋抗震性能做了大量研究[5-8]。本地區(qū)具有民族特色的該類型房屋抗震能力如何、需要采取何種加固措施等，需要在后續(xù)工作中具體研究。由于新晃、芷江在第四代區(qū)劃圖中為抗震不設(shè)防地區(qū)，五代區(qū)劃圖提升為基本烈度為Ⅵ度（0.05g）的抗震設(shè)防區(qū)，本次增加玉屏潛源后計(jì)算結(jié)果顯示，局部達(dá)到Ⅶ度（0.10g）區(qū)，而現(xiàn)有建筑物普遍存在抗震能力偏低，甚至沒有任何抗震設(shè)防構(gòu)造措施的情況，潛在地震風(fēng)險(xiǎn)較大，在后續(xù)防震減災(zāi)工作中需要重點(diǎn)關(guān)注。

5" 討論與結(jié)論

本文收集了懷化西部新增玉屏潛在震源區(qū)的相關(guān)資料，結(jié)合五代圖劃分潛源等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對研究區(qū)域進(jìn)行了3個(gè)超越概率水平（50年63%、50年10%和50年2%）的地震危險(xiǎn)性概率分析，分析了該新增潛源對湘黔邊界地區(qū)峰值加速度的影響，并結(jié)合第1次自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查提供的房屋公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，對懷化西部新晃、芷江不同類型房屋的抗震能力進(jìn)行了初步分析，獲得如下認(rèn)識：

（1）從保守角度考慮，當(dāng)?shù)卣饚д鹪瓷疃葏?shù)取10 km時(shí)，增加玉屏潛源后地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果顯示，新晃、芷江局部地區(qū)50年10%的場地峰值加速度分區(qū)為0.10g，達(dá)到Ⅶ度。為了方便對比，同時(shí)也取地震帶震源深度為15 km進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果顯示，即使考慮玉屏潛源的影響，50年10%的Ⅱ類場地峰值加速度最大約為75 cm/s2，仍為0.05g分區(qū)（Ⅵ度）。

（2）文中僅從計(jì)算角度分析探討新增玉屏潛源對本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度的影響，沒有涉及區(qū)劃圖所考慮的調(diào)整，故研究區(qū)域50年10%的峰值加速度計(jì)算結(jié)果還存在小于0.05g（Ⅵ度）區(qū)域。對于湖南西部的多項(xiàng)重大建設(shè)工程項(xiàng)目，如正在推進(jìn)的湖南省重大基礎(chǔ)設(shè)施地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)一般性評估工作，可綜合考慮該潛源所帶來的影響并進(jìn)行地震危險(xiǎn)性評估。近些年來貴州、廣西、重慶均發(fā)生了破壞性地震，湖南省也具備發(fā)生同樣級別破壞性地震的構(gòu)造背景，尤其是，如發(fā)生在五代圖正式實(shí)施之前不設(shè)防的廣大農(nóng)村地區(qū)（如本文研究范圍），所造成的影響需提高警惕。

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Research on the influence of PGA when considering the new Yuping potential seismic source in the Hunan-Guizhou border region

Shao Lei1， 2， Hu Gang3， *

1. Hunan Earthquake Agency， Hunan Changsha 410004， China

2. Hunan Earthquake Disaster Risk Prevention Center， Hunan Changsha 410001， China

3. Institute of Geophysics， China Earthquake Administration， Beijing 100081， China

[Abstract]"""" This paper collects relevant information on the newly added Yuping potential seismic source in western Huaihua， and analyzed the seismic hazard of the study area based on 1′×1′ grid points. We mainly discussed the changes in PGA before and after the new potential seismic source in the Hunan-Guizhou border region， and drawing isolines and zoning based on the PGA of site Ⅱ. The results of seismic hazard analysis show that the PGA has been greatly improved inside and 20 km away around the new potential seismic source. When the focal depth is 10 km， the PGA of exceeding probability of 10 in 50 years within the Yuping potential source range increases from 35～40 cm/s2 to 80～95 cm/s2， increase of about 2.3 to 2.4 times. In local areas such as Xinhuang and Zhijiang within the potential source， the basic intensity can reach Ⅶ degrees. And outside the potential source， PGA gradually increases from 35～80 cm/s2. When the focal depth is 15 km， the basic intensity in regions such as Xinhuang and Zhijiang remains at Ⅵ degrees. The article also conducted a preliminary analysis of the seismic capacity of different types of houses in Xinhuang and Zhijiang county in western Huaihua. Additional attention should be paid to the follow-up work of earthquake prevention and disaster reduction.

[Keywords] seismic hazard analysis; Yuping potential seismic source; PGA; seismic capacity

作者簡介： 邵磊（1984-），男，工程師，主要從事地震危險(xiǎn)性分析、工程場地地震影響評價(jià)方面的工作。E-mail：79541207@qq.com