地震灾害评估软件烈度衰减系数研究

高 娜，贾军鹏，魏艳旭，王红蕾

（河北省地震局，石家庄 050022）

地震灾害评估软件烈度衰减系数研究

高 娜，贾军鹏，魏艳旭，王红蕾

（河北省地震局，石家庄 050022）

河北省地震应急指挥技术系统建成后，地震灾害评估软件中烈度衰减系数采用经验参数，计算出的烈度范围与实际地震存在一定偏差。通过收集河北省及周边地区地震烈度数据，采用回归分析法得到新的烈度衰减系数，并通过软件验证，其计算的烈度范围比采用原系数计算的烈度范围更接近实际情况。

灾害评估；烈度衰减；地震应急

0 引言

河北省地震应急指挥技术系统建设是 “河北省数字地震观测网络”项目的重要组成部分，为政府进行地震应急、抗震救灾指挥提供各种必要的技术手段。地震发生时，在基础数据库和现场信息的支持下，可以迅速判断地震的规模、影响范围、损失等情况，并据此提出一系列科学的救灾和调度方案，协助指挥人员实施各种地震救灾行为，实现地震应急信息快速传递、高效处理，提高应急救灾指挥与决策的技术水平，最大限度地减少地震造成的混乱和人员伤亡。

应急指挥技术系统中地震灾害评估软件由中国地震局应急司组织统一研发，主要目的是计算地震所造成的灾害损失情况，软件中的烈度衰减模型采用国际通用的椭圆烈度衰减关系模型，主要实现对破坏性地震的地震影响范围判断，绘制地震影响场范围图。模型中的烈度衰减系数需要根据各地区的实际情况来取，目前河北省的模型参数采用经验参数，计算出的地震烈度的长短轴半径与历史地震实际情况存在一定偏差（表2）。

本文为提高地震灾害评估模型的可靠性，采用河北省及周边地区的地震烈度数据进行河北省的烈度衰减关系研究。在这方面的研究中，王继［1］等人收集了1991—2006年间我国华中、华南中强地震地区25次地震的烈度分布图，再配合1918—1989年间9次地震的地震烈度分布图，重新拟合了该地区地震烈度衰减关系，震级下限从5.0级扩展到3.5级，地震烈度主要增加了Ⅳ度～Ⅵ度之间的样本量，与以往的地震烈度衰减关系相比，在小地震时计算烈度得到了相应的提高，充分反映出我国华中、华南地区地震震级小，而烈度相对高的特点。苗庆杰［2］等利用山东及近邻区34个地震的70条等震线数据，通过最小二乘法回归分析得到了山东及近邻区地震烈度衰减关系，同时根据地形与地质构造特征将山东及近邻区分为土层覆盖区和基岩出露区，分别拟合出了各自的地震烈度衰减关系。

1 数据的来源与处理

自有地震史料记载以来，河北省共发生8.0级以上地震1次，7.0～7.9级地震4次，6.0～6.9级地震26次，5.0～5.9级地震上百次，5.0级以下的中小震更是不计其数。邢台地震以来的40多年，是河北省的地震高发期。由于历史地震的记载不够准确、全面，因此本文选择河北及邻近地区1945—2006年有烈度记录的地震数据，等震线数据来自于《中国近代地震目录（公元1912—1990年，Ms≥4.7）》［3］和《中国历史强震目录（公元前23世纪—公元1911年）》［4］。

等震线数据的建立包括空间数据的建立和属性数据的收集。空间数据的处理主要是对发生在河北省内及周边地区有烈度记录的数据进行扫描，再对扫描的图像进行几何精校正，然后进行投影变化，矢量化处理，完成空间数据的整理。

属性数据的内容包括烈度、时间、地点、震级、经度、纬度、震源深度、死亡人数、受伤人数、经济损失、长轴长度、短轴长度、面积。在地震烈度等震线图上标出的烈度值的含义是在某一烈度为Ⅰ的等震线至相邻高1度的等震线之间的区域，均属此烈度Ⅰ；而此等震线外侧至相邻低Ⅰ度的等震线之间的区域均属低1度的烈度值Ⅰ－1，即烈度值的分布呈离散的阶跃形式。在计算烈度衰减关系式时，仍把烈度值作为阶跃变化的离散量。因此，在量取长轴、短轴数据时，把烈度等震线当成是烈度等级的外包线。以每条等震线最长方向的半径（即震中距）为长轴半径，与之相垂直方向的半径为短轴半径［5］，对于不能进行几何纠正的图像，通过在原始图上进行量算的方法统计每条等震线的长轴半径和短轴半径。实际震例中存在这样的情况，一次地震的各烈度等震线的长轴并非重合，而有一定的轴偏角。在通常情况下，轴偏角通常在5°以内。由于用长轴不转向与长轴可转向的数据拟合的烈度衰减关系的结果差异不大，这里在量取长、短轴数据时，采用长轴可转向的方法［6］。在等震线图中常见到零星分布的所谓烈度异常区，高于所在烈度区的称为高烈度异常区，低于所在烈度区的称为低烈度异常区。由于烈度异常区通常与局部的地质条件相关，反映的是某一地区的局部特点，而不是整体的烈度随震中距的衰减关系，因此我们忽略烈度异常区［7］，例如，在唐山地震的Ⅶ度区内散布着一些Ⅵ度和Ⅷ度异常区，对于这些地方的烈度值仍取为Ⅶ度（图1）。在所选择的26个地震中，共得到67条可靠等震线数据，如表1所示。

图1 唐山地震等震线图

通常用烈度等震线确定的平均估计比原始烈度点的平均值高0.5～1度，方差由于从光滑处理过的外包线而得，要比原始资料的离散程度小［8］，为此本文采用文献［8］提出的回归前要对等震线资料进行处理，修正为等效的原始点资料的方法，即将每组数据（M，R，I）另赋1组数据（M，R，I′）作为1组新数据，这样处理的意图在于修正烈度分布的平均值和补偿原始烈度分布的离散程度，以尽量满足实际情况。

km时间 地点 震级 烈度 长半轴／km 短半轴／19570101 河北涿鹿5.0 5 12.2 11.84 38.9 29.73 94.0 61.819660306 河北宁晋 5.2 7 6.5 3.06 22.6 8.95 54.8 31.219660308 河北隆尧 6.8 10 3.8 1.39 13.9 6.08 20.6 12.07 32.5 24.46 98.7 55.35 273.2 238.34 469.8 452.019660322 河北宁晋 7.2 10 8.0 5.39 24.1 17.48 50.2 36.47 110.3 66.96 227.0 196.95 404.5 351.619660326 河北束鹿南 6.2 7 10.4 6.06 39.8 24.819670327 河北河间 6.3 7 74.8 32.86 141.4 93.119670728 河北怀来 5.4 6 14.7 3.85 38.9 22.74 74.4 53.619671203 河北束鹿 5.7 7 7.9 5.06 15.9 12.019690718 渤海 7.4 7 97.4 88.46 180.2 165.25 314.3 313.319731231 河北河间东 5.3 6 13.5 11.15 55.2 43.94 235.9 178.519760728 河北唐山 7.8 11 5.8 3.010 17.6 7.29 31.0 17.08 58.5 37.67 108.3 78.16 205.7 124.219910530 河北唐山南 5.1 7 2.9 1.06 7.9 6.119980110 河北张北 6.2 8 9.1 7.97 13.8 11.06 22.7 18.419990311 河北张北 5.6 7 1.4 0.66 4.0 3.119761115 天津宁河西 6.9 8 22.6 7.97 54.0 39.26 184.0 104.75 361.6 320.619770512 河北汉沽 6.2 7 6.6 4.36 26.4 22.7

续表

2 结果分析与对比

地震应急指挥技术系统中地震灾害评估软件采用的是国际通用的椭圆烈度衰减模型，其公式如下：

其中：I为烈度，M 为震级，R为震中距，L1，L2，L3，L4，S1，S2，S3，S4分别为烈度衰减系数。

选用表1中的烈度数据，用椭圆公式进行回归分析，得到河北省的地震烈度衰减关系如下：

烈度衰减曲线如下：

图2 河北省烈度衰减关系

为了验证烈度衰减关系的合理性，将回归结果与陈达生计算的华北地区的烈度衰减关系［9］，以及目前使用的烈度衰减系数进行比计较，结果如下：

陈达生计算出的华北地区烈度衰减关系如下：

图3 烈度衰减关系对比

将3种曲线画在同一张图上（图3），对比3种烈度衰减曲线沿长轴方向的衰减关系。从曲线的整体情况可以看出，本文得到的烈度衰减曲线和华北地区烈度衰减曲线衰减规律比较接近，它们与目前使用的烈度衰减曲线之间存在差异；从衰减速度上看，本文得到的烈度衰减曲线与华北地区烈度衰减速度最快，更接近实际烈度分布情况，目前使用的烈度衰减曲线的衰减速度相对较慢。在震中附近，3种曲线的差别最大，目前使用的烈度衰减曲线的烈度最小，其次是本文得到的烈度衰减曲线，华北地区烈度衰减曲线的烈度最大，根据历史地震经验，当地震震级大于6.0级时，目前使用的烈度衰减曲线的烈度显然不太合理，明显偏小；在中远距离处（＞80km），3种曲线具有相近的衰减规律；陈达生的华北地区烈度衰减曲线与本文得到的烈度衰减曲线衰减速度比较接近，目前使用的烈度衰减曲线的衰减速度相对较慢。

3 结果验证

为了进一步验证回归结果的可行性，将本文得到的烈度衰减系数输入到地震灾害评估软件的地震影响场参数修正模型中，模拟触发典型历史地震，统计地震等震线的长短轴半径，并与实际情况比较，结果如下：

从表2等震线长短轴对比中可以看出，目前使用的模型参数所计算出的等震线长短轴半径与实际情况存在较大差距，采用本文得到的参数计算出的结果更接近真实情况。与历史地震等震线对比，差别较大的是宁晋东南7.2级地震，与其它地震对比发现此地震烈度衰减慢，Ⅵ度区的长短轴半径分别达到227.0km和196.9km，比唐山7.8级地震Ⅵ度区的长短轴半径205.7km和124.4km要大很多，究其原因是邢台地区土层厚度大，对地震损害有一定放大作用，因此与地震烈度衰减关系不太符合，计算结果差别较大。

表2 等震线长短轴半径对比

4 结论与讨论

本研究通过收集和处理河北省及周边地区历史地震数据，得到26个地震的67条等震线数据，然后对这些数据采用统计回归分析方法得到了较合理的烈度衰减系数，通过历史地震的验证，结果表明地震灾害评估软件计算出的等震线长短轴半径比原来的结果有了较大提高，与实际情况较为接近。

［1］ 王继，俞言祥.华中、华南中强地震区地震烈度衰减关系研究［J］.震灾防御技术，2008，3（1）：20-26.

［2］ 苗庆杰，许萍.山东及近邻区地震烈度衰减关系探讨［J］.西北地震学报，2008，30（3）：282-287.

［3］ 中国地震局震害防御司.中国近代地震目录［M］.中国科学技术出版社，1999.

［4］ 国家地震局震害防御司.中国历史强震目录［M］.地震出版社，1995.

［5］ 汪素云，俞言祥，高阿甲，等.中国分区地震动衰减关系的确定［J］.中国地震，2000，16（2）：99-106.

［6］ 李光，童远林，郑颖平.安徽及邻区地震烈度衰减关系研究［J］.华南地震，2008，28（3）：49-55.

［7］ 张扬，马干，史保平，等.华北地区烈度衰减模型建立及其用于震中区域和震级的定量估算［J］.地震学报，2009，31（3）：290-306.

［8］ 俞言祥，汪素云.青藏高原东北地区水平向基岩加速度峰值与反映谱衰减关系［J］.地震学报，2004，26（6）：591-600.

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

Study on the Intensity Attenuation Coefficient of Seismic Disaster Assessment Software

GAO Na，JIA Jun-peng，WEI Yan-xu，WANG Hong-lei
（Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050022，China）

After the completion of the earthquake emergency command technology system of Hebei province，the earthquake intensity distributions calculated by the seismic disaster assessment software of the system is not consistent with the earthquake damage records due to the experiential intensity attenuation coefficients.On basis of earthquake intensity data，using the regression analysis method，this paper provides new intensity attenuation coefficients of Hebei and its adjacent area.Through the software validation，with the new intensity attenuation coefficients，the results of the intensity range given by the software are more consistent with the records.

disaster assessment；intensityattenuation

P315.91

A

1003－1375（2012）01－0006－06

2010-11-15

河北省地震局地震科研基金项目

高娜（1981－），女（汉族），陕西渭南人，工程师，主要从事地震应急工作.E-mail：uich＠163.com