甘肃地区地震烈度影响场计算模型参数的改进研究与应用1

周中红 何少林 陈文凯 高安泰

1) 中国地震局兰州地震研究所，兰州 730000

2) 兰州地球物理国家野外科学观测研究站，兰州 730000

甘肃地区地震烈度影响场计算模型参数的改进研究与应用1

周中红1, 2)何少林1,2)陈文凯1,2)高安泰1,2)

1) 中国地震局兰州地震研究所，兰州 730000

2) 兰州地球物理国家野外科学观测研究站，兰州 730000

针对目前甘肃地震应急指挥技术系统中使用的地震影响场模型参数存在的不足，本文结合甘肃地区活动构造特点，建立了适用于本地区的分区地震烈度影响场模型参数。并通过实例检验证明，使用新参数得到的不同烈度区的烈度分布与实际烈度分布的接近程度有明显提高，可为震后合理判断烈度分布、提高震害快速评估结果的合理性与准确性提供有益的帮助。此外，本文基于ArcGIS Engine、采用VB6.0实现了地震影响场矢量文件的自动生成，可为今后发生破坏性地震时，通过与省地震应急基础数据库中其他空间数据的叠加分析，在应急救援初期制作各类灾区专题图件及辅助决策提供服务。

地震烈度影响场 甘肃地区 地震应急指挥技术系统 震害快速评估

引言

“十五”期间，我国在31个省市都建立了地震应急指挥技术系统，震害快速评估模块是其中的重要部分。在进行震害快速评估过程中，确定地震影响场（即不同烈度分布的范围）是非常重要的环节，而确定的地震影响场范围分布是否合理，会直接影响到评估结果的合理性与准确度。地震影响场的分析确定与该地区的地震烈度衰减规律直接相关，其模型参数依据烈度衰减关系得到。目前对甘肃地区地震烈度衰减规律的研究还较少，可依据的公开研究结果很难查到，因此，在“甘肃地震应急指挥技术系统”地震影响场与重灾区快速判断模块的实际运行中，所用的模型参数先后依据大范围的全国西部烈度衰减关系2中国地震局，2008. 国家“十一五”项目——中国数字地震观测网络应急分析软件：区域震害评估系统文档资料.及笔者曾给出的甘肃地区地震烈度衰减关系（周中红等，2010）。而这两套参数均存在以下的不足：①全国西部烈度衰减关系采用的震例资料包括了云南、四川、西藏、新疆及甘青宁区域，范围较大，而实际地震烈度衰减关系由于不同地区震源特性、传播介质和场地条件的不同，存在较强的地区性差异；②笔者曾对甘肃地区的地震烈度衰减关系做过初步的研究，但使用该参数计算烈度影响场时，存在极震区烈度偏低、范围偏小，而其它烈度区范围过大、未考虑甘肃地区活动断裂的分区性、未纳入青川交界地质构造类似地区的震例资料等。

本文通过统计近代甘肃及邻近地区中强地震震例的等震线资料，根据地震构造环境和震害分布特点，区分出了烈度衰减的区域性特征。同时在研究烈度衰减规律时的长短轴测量中，使用了矢量化后的等震线资料，使数据更加精确和可靠，最终得到了较合理和适用性较强的甘肃地区分区地震烈度影响场模型参数，并实现了地震影响场矢量文件的自动生成，可为应急救援初期制作各类灾区专题图件及辅助决策提供服务。

1 甘肃地区分区地震烈度衰减规律研究

1.1 震例资料的选取

震例资料主要选取甘肃及青海、内蒙、四川邻近甘肃地区的主震震级MS≥5.0的地震事件，并依据以下条件进行了筛选：

① 震级M和烈度I都是独立测定的。

② 主震震级MS≥5.0、震中烈度I0≥V度。

③ 地震三要素、等震线图记录比较详细。

④ 甘肃地区有震感。

⑤ 等震线形状相对比较规则。对于某些震群型或双震型的地震，由于等震线为多次

地震叠加，不好分离多次地震之间的影响，此类地震事件不予选用。

表1为经过筛选的29次地震事件，共计等震线70条。所用数据来自《中国震例》（罗兰格等，1988；1990；张肇成等，1990；1999；2000；陈棋福等，2002；郑大林等，2002）、《中国地震等烈度线图集》（国家地震局，1979）、《甘肃省地震资料汇编》（国家地震局兰州地震研究所，1989）。

表1 本文选用的甘肃及邻近地区地震事件Table 1 The earthquake events in the Gansu region and its adjacent area used in this study

续表

图1 本文所用地震事件地震震中分布图Fig. 1 Epicenter distribution of the earthquake events in this study

从图1可以看出，发生在甘肃省境内的各次5级以上地震在空间上呈现出分区的特点，分别集中分布在甘肃西北部地区和甘肃东南部地区，这与甘肃省的活动断裂分布大致分为祁连山-河西走廊构造区及甘东南活动构造区（袁道阳等，2006）是相吻合的。此外，地震烈度最内圈等震线长短轴比值的区域性差异也是地震烈度衰减关系分区的最直观表现，而在祁连山-河西走廊构造区比值的均值为2.599，在甘东南地区比值的均值为2.333，为此本文将地震烈度衰减规律的研究区域分为2个：祁连山-河西走廊区、甘东南区。

1.2 烈度衰减关系的确定

从表1中的震例可发现，绝大部分等震线均呈椭圆或近椭圆形，故本文采用椭圆长短轴衰减模型进行拟合（陈达生等，1989），回归模型中长、短轴的衰减方程形式为：

式中，系数a1、b1、c1、a2、b2、c2均为回归常数；R0a、R0b分别为长轴、短轴2个方向烈度衰减的近场距离饱和因子，为预设常数；εa、εb为回归分析中表示不确定性的随机变量，通常假定为对数正态分布，其均值为零，标准差分别为σa、σb。

预设常数R0a、R0b的选取通常可通过回归搜索过程中使衰减公式中σ为最小的原则确定，在满足这个条件的同时，R0a、R0b的预设值还要尽量使得长短轴的震中烈度相等，并满足震中烈度与震级的关系表达式。除此之外，R0a、R0b的值还要满足极震区Ra/Rb的比例关系。同时，烈度在极震区内应达到饱和，即该范围内任一点都具有同一震中烈度值。为了使衰减曲线达到上述要求, 参照汪素云等（2000）的做法，在极震区内不同距离上适当增补一些数据点，这种近场补点的工作只在震中烈度为Ⅶ度以上和最内圈等震线半径大于5km时进行。为体现远场区发震构造影响的消失以及等震线形状趋于圆形的特点，依据中国西部地震烈度IV度等效圆半径R（km）与震级M的关系（国家地震局震害防御司，1995)：M=1.681ogR+2.24，以及部分震例资料有感范围（Ⅲ度—Ⅳ度）的半径作为了远场控制点，经过补点后的等震线长轴和短轴个数随震级、距离的分布情况如表2、表3所示。

表2 等震线长短轴个数在各个震级档的分布Table 2 Number of long axis and short axis of isoseisms with different magnitudes

表3 等震线长短轴个数在各个距离档的分布Table 3 Number of long axis and short axis of isoseisms with different distances

依据上述资料及方法，本文进行了统计回归，得到了甘肃地区分区地震烈度衰减关系的表达式（注：对于表1中地震烈度为Ⅶ+的样本按去除+后的烈度值参与计算）：

祁连山-河西走廊地区：

图2 甘肃地区分区地震烈度衰减曲线Fig. 2 Curves of seismic intensity attenuation in different areas of Gansu region

从图2（a）可以看出，M=5.0、6.0、7.0、8.0时的曲线能够较明显地区分M5.0—5.9、M6.0—6.9及M＞7.0的数据点，说明所得的衰减关系与实际资料吻合较好。而相对来说，甘东南区域的衰减曲线（图2（b））与实际震例吻合要差一些，这与样本数据点本身很离散有关。此外，上述2个区域（a区、b区）在长轴和短轴方向的衰减曲线均在R=0处差值较小（a区相差0.2—0.39；b区相差0.12—0.33），而在远场（Ⅲ度—Ⅳ度）也是趋于重合的，说明该模型是较合理的。

图 3为本文得出的祁连山-河西走廊地区与甘东南地区地震烈度衰减关系在长轴方向上的对比。从图3可以看出，在5.0（M5.0—5.9）震级档，相同烈度处甘东南地区的震中距较祁连山-河西走廊地区要大，同时从震例样本看也是如此：在5.0震级档，甘东南地区Ⅵ度区的长轴半径平均值为17.2km、祁连山-河西走廊地区Ⅵ度区的长轴半径平均值为13.3km，甘东南地区Ⅶ度区的长轴半径平均值为8.7km、祁连山-河西走廊地区Ⅶ度区的长轴半径平均值为8.3km；此外，在5.0（M5.0—5.9）震级档，相同震中距处甘东南地区的烈度值也要稍大于祁连山-河西走廊地区。而在6.0（M6.0—6.9）震级档，相同烈度处甘东南地区的震中距较祁连山-河西走廊地区要小，相同震中距处甘东南地区的烈度值也要稍小于祁连山-河西走廊地区。由于甘东南地区缺乏6.5级以上震例样本，故7.0震级档不再比较。同时，上述2个区域的烈度曲线衰减快慢也有所不同，这与该区域发震构造的规模及活动性不同存在一定的关系。

图3 祁连山-河西走廊地区与甘东南地区地震烈度衰减长轴方向对比Fig. 3 Comparison of long axis of intensity attenuation between Qilanshan area and Gandongnan area

1.3 与该区域已有地震烈度衰减关系的比较

图4为采用本文模型得到的烈度衰减关系曲线与笔者之前得到的甘肃地区烈度衰减关系曲线（周中红等，2010），以及与中国西部地区的烈度衰减关系曲线（汪素云等，2000）在长轴方向上的对比。

从图4（a）可以看出，汪素云等（2000）给出的烈度值在近30km处各个震级档均相对偏低，震级越高越趋于明显；而在约超过50km处，用本文模型得出的衰减曲线比其他两种模型得到的衰减曲线快，这是由于本文模型一方面仍然以中等地震事件（M5.0—6.0）样本居多，另一方面本文模型在拟合过程中，震中烈度有所提高，远场的补点根据西部等效半径公式及实际震例的有感范围进行了调整，数值要小于汪素云等（2000）的模型，这也是导致曲线衰减较快的原因之一。

图4 不同烈度衰减关系长轴方向对比Fig. 4 Comparison of long axis of different intensity attenuation curves

从图4（b）也可以看出，汪素云等（2000）给出的烈度值在各个震级档均相对偏低，而只有在7.0震级档高于本文得到的烈度值，这是由于甘东南地区所用的数据资料中没有7级以上的地震，此震级档的衰减曲线是外推得到的，缺乏准确性，可比性不强。此外，用本文模型得到的衰减曲线在5.0、6.0震级档，均快于笔者之前得到的衰减曲线（周中红等，2010）以及汪素云等（2000）得到的衰减曲线。

2 地震影响场的自动生成

在“甘肃地震应急指挥技术系统”的快速评估模块中，提供了“地震影响场参数修正”的平台界面，本文得到的新参数（见上文公式（3）—（6））可以直接在此界面填写保存后供快速评估模块使用。

同时，本节基于ArcGIS Engine、采用VB6.0实现了地震影响场shp文件的自动生成：只要输入地震经纬度及震级，程序会依据输入的经纬度并结合活动断裂分区的大致地理定位采用不同分区的模型参数，继而自动生成地震烈度影响场矢量文件。当地震发生时，通过与地震应急基础数据库中其他空间数据图层的叠加分析，可快速制作出各种震后专题图件。图 5为程序中地震参数输入界面；图6为一个应用实例结果的展示。

图5 地震参数输入界面Fig. 5 Interface of seismic parameter input

图6 地震影响场示意图（北纬39.8°、东经97.3°，发生MS6.5级地震）Fig. 6 An example of automatic generated seismic Intensity affecting field (an earthquake at 39.8N,97.3E, MS6.5)

通过此程序，笔者依据本文得到的地震影响场模型参数，模拟生成了 20余年来发生在甘肃地区5.0级以上各次地震（共计16次）的烈度分布，并与笔者之前（周中红等，2010）采用甘肃模型参数模拟生成的烈度分布以及真实地震烈度分布之间在各个烈度区的影响范围（面积）做了对比，结果发现，改进后的模型参数计算得到的各烈度区影响范围相对于之前的甘肃模型参数计算值来说，与真实地震的烈度影响范围接近程度有明显提高，其中Ⅷ度区最低提高了6.72%、最高提高了50.21%；Ⅶ度区最低提高了1.05%、最高提高了162.86%；Ⅵ度区最低提高了23.57%、最高提高了162%。

3 结语

针对目前甘肃地震应急指挥技术系统中使用的地震影响场模型参数存在的不足，本文结合甘肃地区活动构造特点，选取了1950—2006年间甘肃及邻近地区主震震级MS≥5.0、震中烈度I0≥V度的29次地震事件，采用椭圆衰减模型建立了适用于本地区的分区地震烈度影响场模型参数。通过实例检验证明，使用新参数得到的不同烈度区的烈度分布与实际烈度分布的接近程度提高明显，可为震后合理判断烈度分布、提高震害快速评估结果的合理性与准确性提供有益帮助。由于甘东南区域的地震样本数相对偏少，并且缺少6.5级以上地震事件，因此，对于甘东南地区6.5级以上大震的地震影响场生成，新的模型参数的适用性还需随着地震烈度资料的不断丰富而进一步完善。此外，本文基于ArcGIS Engine、采用VB6.0实现了地震影响场矢量文件的自动生成，可为今后发生破坏性地震时，通过与省地震应急基础数据库中其他空间数据图层的叠加分析，快速制作出各种震后专题图件，为应急救援及辅助决策提供服务。

陈棋福，郑大林，刘桂萍等，2002. 中国震例（1995—1996）. 北京：地震出版社.

陈达生，刘汉兴，1989. 地震烈度椭圆衰减关系. 华北地震科学，7（3）：31—42.

国家地震局全国地震烈度区划编图组汇编，1979. 中国地震等烈度线图集. 北京：地震出版社.

国家地震局兰州地震研究所编，1989. 甘肃省地震资料汇编. 北京：地震出版社.

国家地震局震害防御司，1995. 中国历史强地震目录. 北京：地震出版社.

罗兰格，李海华，陈立德等，1988. 中国震例（1966—1975）. 北京：地震出版社.

罗兰格，李海华，陈立德等，1990. 中国震例（1976—1980）. 北京：地震出版社.

汪素云，俞言祥，高阿甲等，2000. 中国分区地震动衰减关系的确定. 中国地震，16（2）： 99—106.

袁道阳，何文贵，刘小凤等，2006. 10余年来甘肃省中强地震的发震构造特征. 西北地震学报，28（3）：235—241.

周中红，陈文凯，何少林，2010. 甘肃省地震烈度衰减关系研究. 西北地震报，32（1）：72—75.

张肇成，郑大林，徐京华等，1990. 中国震例（1981—1985）. 北京：地震出版社.

张肇成，郑大林，徐京华等，1999. 中国震例（1986—1988）. 北京：地震出版社.

张肇成，郑大林，徐京华等，2000. 中国震例（1989—1991）. 北京：地震出版社.

郑大林，高荣胜，2002. 中国震例（1997—1999）. 北京：地震出版社.

Parameters in Seismic Intensity Affecting Field Model of Gansu Area

Zhou Zhouhong1,2), He Shaolin1,2), Chen Wenkai1,2)and Gao Antai1,2)
1）Lanzhou Institute of seismology, CEA, Lanzhou 730000, China
2）Lanzhou National Obstrvatory of Geophysics，Lanzhou 730000，China

Aiming at the problem of the earthquake affecting field model parameters of the earthquake emergency commanding technical system of Gansu province, the new model parameters was achieved in this paper. By comparing the intensity distribution computed by new parameters with the actual one，we find that our new parameters are helpful for improve the accuracy of intensity distribution and the fast earthquake disaster evaluation.In addition，for the purposes of thematic map production and emergency rescue of post earthquake stricken-region，the automatic generation for the vector files of intensity affecting field was achieved also based on Arcgis engine&vb6.0.

Earthquake affecting field；Gansu region；Earthquake emergency commanding technical system；Fast assessment of earthquake damage

周中红，何少林，陈文凯，高安泰，2011. 甘肃地区地震烈度影响场计算模型参数的改进研究与应用. 震灾防御技术，6（2）：180—189.

甘肃省地震局青年地震科学基金（2010263）

2011-04-12

周中红，女，生于1975年。工程师。主要从事地震应急技术工作。E-mail: zhouzh@gssb.gov.cn