2015年4月25日尼泊尔Ms8.1级地震震动图的不确定性分析

亢川川，李建亮，孔 军，刘 韶

(1.四川省地震局工程地震研究院，四川 成都 610041；2.四川赛思特科技有限责任公司，四川 成都 610041)

2015年4月25日尼泊尔Ms8.1级地震震动图的不确定性分析

亢川川1,2，李建亮1，孔 军1，刘 韶2

(1.四川省地震局工程地震研究院，四川 成都 610041；2.四川赛思特科技有限责任公司，四川 成都 610041)

尼泊尔Ms8.1级地震造成了重大的人员伤亡和财产损失。中国地震局在震后2小时就及时发布了此次地震的地震动强度预测图(即震动图)。作为地震应急救援的重要图件之一，震动图对地震救援和震后灾害损失评估等工作提供了科学有效的参考。但是在震后短时间内快速生成的震动图难以避免地存在一些不确定性因素，需要根据震后信息的不断积累及时加以修正，同时还要结合考虑局部地质构造背景、地震波的衰减关系特性以及土层对地震动参数放大效应等方面的不确定性因素来对于强度预测图进行修正。

震动图；不确定性；分析

2015年4月25日14时11分(北京时间)在尼泊尔发生了8.1级地震。据中国地震台网中心测定，震中位置为28.2°N、84.7°E，震源深度20 km[1]。地震震中位于尼泊尔的博克拉，最大烈度为X度，等震线长轴总体呈北西西走向。截至2015年5月13日，地震至少造成8 216人死亡，近2万人受伤。地震发生后又发生了多次强余震，其中7级以上强余震就有3次。当地时间2015年5月12日发生的尼泊尔加德满都7.5强烈地震导致65人遇难，另有约1 200人受伤[2]。尼泊尔发生了8.1级地震后不久，中国地震局先后发布了相应的地震动强度预测图、地震烈度图。相比地震烈度图，震动图的优势在于快速产出，此次地震震动图对地震动强度的预测基本可靠，但仍存在一定的误差，如何尽可能地改进图的精度是本文的目的。

1 地震动强度预测图和地震烈度图基本情况

中国地震局在地震发生后2小时迅速发布了“尼泊尔8.1地震地震动强度预测图”(参见图1)[3]，以下简称“震动图”。综合考虑了现有的局部地质构造背景、地震波的衰减关系特性以及土层对地震动参数放大效应的影响，给出了此次地震的震动图。“震动图”是根据场地效应在很短的时间里面快速生成的[4]，其中地震波的衰减采用了汪素云2000的中国西部衰减模型，以点椭圆衰减模型计算了此次地震的影响场，并且考虑了土层对地震动参数放大效应。而这里的地震动参数放大效应是采用了Allen等于2007年和Wald等于2006和2007分别提出的一种直接利用地形数据确定场地类别的方法计算的，依据这些计算参数对此次地震的场地条件进行了估计[5-7]。在此基础上，还利用了Borcherdt的场地放大系数成果参加计算[8]，所有这些工作量化了土层对于地震动参数的放大效应。计算结果表明，这次地震预测极震区的地震烈度可能达到Ⅹ度，可能的受灾面积达到20万平方千米，中国西藏吉隆镇受影响的烈度可能达到Ⅷ度。随后基于收集到的震源破裂过程信息，利用断层投影面源的衰减模型修正了最初版本的震动图，大大优化了地震震动图的精度。

随着时间的推移，尼泊尔8.1级地震发生后6天，中国地震局于2015年5月1日发布了“尼泊尔8.1级地震烈度图”[9]，以下简称“烈度图”。这次地震波及了尼泊尔、中国、印度、孟加拉等国。中国地震局又根据灾情、实地调查数据、观测数据、卫星遥感震害解译和全球有关机构数据，并参照《中国地震烈度表》(GB/T 17742-2008)，进一步对此次地震烈度分布进行了评估。此次地震灾区最高烈度为Ⅸ度，等震线长轴总体走向呈北西西方向，Ⅵ度区及以上的总面积约为214 700平方千米；Ⅸ度区及以上面积约8 300平方千米，长轴长155千米，短轴长63千米；Ⅷ度区面积约为20 500平方千米，长轴长260千米，短轴长135千米；Ⅶ度区面积约为45 000平方千米，长轴长383千米，短轴长236千米；Ⅵ度区面积约为140 900平方千米，长轴长588千米，短轴长470千米。其中，地震烈度图中国境内是根据中国地震局现场工作队实地调查数据进行评定和绘制的；中国境外地震烈度图是根据震源机制解、震源破裂过程、地质构造、建筑物破坏特征等地球物理、地质、工程结构等分析资料，并结合卫星遥感震害解译和中国国际救援队调查数据进行估计和绘制的。

图1 2015年4月25日尼泊尔8.1级地震动强度预测图

图2 尼泊尔8.1地震地烈度图

2 讨论分析

从尼泊尔8.1级地震于地震后2小时发布的“震动图”和于震后6天发布的“烈度图”的对比分析来看，震动图在极震区最大可能烈度、受灾面积以及对于中国受灾最严重的西藏吉隆镇的估计是准确的。说明震动图生成的方法科学可行，这些图件的及时发布对地震救援和震后灾害损失评估等工作提供了科学有效的参考依据。但是在Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度的面积、长短轴长度等参数方面，震动图的估计在发布初期仍存在一定的误差，尤其对极震区的估计，误差更大。其原因在于震后短时间内可获取的“震动图”相应的资料十分有限，导致问题的边界条件过少，这给精准估计地震动强度带来了很大的不确定性，从而导致“震动图”可能出现较大的误差。“震动图”的精度受到局部地质构造背景、地震波的衰减关系特性以及土层对地震动参数放大效应等多方面因素的影响，而在尼泊尔地区相关基础资料缺乏的情况下，就可能导致地震动强度估计上的误差。在局部地质构造背景下，中国地震局和美国地质调查局[10]都给出了这次地震的震源机制解，两个结果大体一致，所以大家认为此次地震是一次以逆冲型为主的断层活动所产生。一般逆冲型的断层活动产生的地震，上盘地震动强度一般要高于下盘，这点在这次发布的“烈度图”上得到了体现，也就是说断层南侧的地震烈度高于北侧。对此次以逆冲为主的地震事件在局部地质构造背景上估计不足，可能会导致估计结果存在一定的不确定性。

对于地震波的衰减问题，这次“震动图”采用了点椭圆模型来表达。地震发生以后，得到了更多的资料和信息，有关机构随后发布了这次地震的震源破裂过程信息，由此认为采用线源或者面源衰减模型更符合实际。另外，“震动图”采用的衰减关系在某种程度上不一定适用于尼泊尔地区。在衰减关系方面，我国许多研究者做过大量的研究，根据情况的不同给出了相应区域的衰减关系[11-14]。然而，这些衰减关系各有特点，从资料到模型都有差别，必然就有一定的区域性特征。目前，中国的地震学研究者对此次地震影响区或尼泊尔地区的地震波衰减关系特性研究较少，选择适合该地区的衰减关系是十分重要的，而选择的本身就存在一定的不确定性，还有很多值得研究的课题。

在土层对地震动参数放大效应上，这次地震的“震动图”采用了Allen等和Wald等分别于2006、2007年提出的地形坡度与Vs30(地下30m的平均剪切波速数据)相关关系来确定场地条件的方法计算相应参数。该方法提出后，被广泛地应用到震后的地震动强度分布的快速预测工作中[15-20]。这次地震的“震动图”根据USGS全球地形数据计算了坡度等参数，进一步推导后得到了此次地震受灾区Vs30参数，从而获得了场地条件图。之后，运用Borcherdt的场地放大系数[8]，得到考虑局部场地效应影响后的图件，并将基岩上的地震动参数分布修正到土层地表上，最终得到了考虑土层对地震动参数放大效应后的“震动图”。然而，地形坡度与Vs30关系也有一定的区域性特征，Allen等统计的是美国加利福尼亚、尤他州，意大利和中国台湾等活动构造区，而美国孟菲斯、澳大利亚等稳定构造区得到的统计关系哪类更适合尼泊尔地区是需要进一步探讨的。当然，通过尼泊尔地区的Vs30实测数据所得到的关系肯定更合适该地区。同样的，Borcherdt等的场地放大系数同样存在区域特性，选取其参数也会对于相应的地震烈度结果造成相应误差。

3 结束语

尼泊尔Ms8.1级地震后2小时，中国地震局发布了此次地震的地震动强度预测图，对地震救援与震后灾害损失评估等工作提供了科学有效的参考。其估计结果基本可靠，准确性可通过修正不断提高。震后短时间内可获取的震动图估计所需的相关资料十分有限，在追求实效性的同时，客观降低了准确性。比如在衰减关系方面，对地震周边研究程度比较欠缺的地区，参考研究程度较高地区的衰减相关特征，通过对模型和衰减特点的修正预先给出适合该地区的衰减关系，作为数据储备以备今后地震应急救援时使用；再者，土层对地震动参数放大效应不容忽视，应大力开展区域性的场地条件研究工作，以便更为准确地量化场地效应。另外，可利用震源破裂过程、强震记录等及时修正地震动强度预测图，提高准确性。最后，此次地震主震发生后，又连续发生多次高震级余震，又造成了人员伤亡，同时对建筑物等的破坏有一定累加作用。建议叠加主震和余震“震动图”，给地震烈度图以参考，以更好地服务于震后灾害损失评估工作。

[1] 中国地震局，2015，中国地震局发布尼泊尔发生8.1级地震.[2015-4-25].http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/101803/101809/20150425152150837617854/index.html.

[2] 中国新闻网，2015，尼泊尔8.1级强地震遇难人数升至8019人[EB/OL],http://www.hi.chinanews.com/hnnew/2015-05-11/4_48694.html.

[3] 中国地震局，2015，中国地震局发布2015年4月25日尼泊尔8.1地震地震动强度预测图.http://www.csi.ac.cn/manage/eqDown/31RollingTop/shakemap.html.

[4] 陈鲲，俞言祥，高孟潭.考虑场地效应的Shake Map系统研究[J].中国地震，2010，26(1)：92-102.

[5] Allen, T.I. and Wald, D.J., 2007, Topographic Slope as a Proxy for Seismic Site-Conditions (Vs30) and Amplification around the Globe: U.S. Geological Survey Open-File Report 2007-1357, 69p.

[6] Wald D J, Worden B C, Quitoriano V, and Pankow K L. 2006, Shake Map Manual: Technical manual, user’s guide, and software guide: U.S. Geological Survey, 156p.

[7] Wald D J，and Allen T I.Topographic Slope as a proxy for Seismic Site Conditions and Amplification，Bul1．Seism．Soc．Amer．2007，97(5):1379-1395．

[8] Borcherdt R D，1994，Estimates of site-dependent response spectra for design (methodology and justification)，Earthquake Spectra，10，617-654．

[9] 中国地震局，2015，中国地震局发布尼泊尔8.1级地震烈度图.http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20150501221233264365835/index.html

[10] USGS,2015a, M7.8 -34 km ESE of Lamjung, Nepal[EB/OL].[2015-4-25],http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us20002926#scientific_tensor:us_us_20002926_mwc.

[11] 俞言祥，李山有，肖亮.为新区划图编制所建立的地震动衰减关系[J]．震灾防御技术，2013，8(1)：24-33.

[12] 王玉石，李小军，周正华.川滇地区水平向强地震动衰减关系研究[J]．地震学报，2013，35(2)：238-249.

[13] 肖亮，俞言祥. 中国西部地区地震烈度衰减关系[J].震灾防御技术，2011，6(4)：358-371.

[14] 雷建成，高孟潭，俞言祥.四川及邻区地震动衰减关系[J].地震学报，2007，5(29)：500-511.

[15] 陈鲲，俞言祥，高孟潭.2010年4月14日青海玉树地震震动图[J].中国地震，2011，27(1)：99-102.

[16] 陈鲲，俞言祥，高孟潭，等.考虑震源破裂过程的青海玉树地震震动图研究[J].中国地震，2011，27(1)：56-64.

[17] 陈鲲，俞言祥，高孟潭，等.用有限强地震动记录校正等震线的估计研究[J]．地震学报，2012，34(5)：633-645.

[18] 陈鲲，俞言祥，高孟潭.基于地震记录的震动图校正方法研究[J].应用基础与工程科学学报, 2013，21(4)：679-691.

[19] 陈鲲，高孟潭.“抗大地震”与低超越概率水准地震动关系的讨论[J].震灾防御技术,2013，8(1)：34-39.

[20] 陈鲲，俞言祥，高孟潭.强震记录校正的2013年4月月20日四川芦山地震峰值加速度震动图[J].地震地质，2013，35(3)：1-7.

Uncertainty analysis for the ShakeMaps ofMs8.1 Nepal Earthquake on 25 April 2015

Kang Chuanchuan1,2，Li Jianliang1，Kong Jun1，Liu Shao3

(1.Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041；2.Sichuan Seistech Corporation, Ltd, Sichuan Chengdu 610041， China)

TheMs8.1 Nepal Earthquake caused heavy casualties and property losses. Two hours after the earthquake, China Earthquake Administration released the seismic intensity prediction map (i.e. ShakeMaps). The intensity map can provide a scientific and effective reference to earthquake rescue and earthquake damage assessment. But the rapid generation of ShakeMaps has many uncertain factors and we need to modify it according to the information we get after the earthquake. This paper discussed several uncertainty factors such as the local geological structure background, seismic wave attenuation relationship and soil amplification effect.

ShakeMaps；uncertainty；analysis

2015-05-18；

2015-07-30

四川省地震局地震科技专项LY1309“通过地形坡度与Vs30关系确定场地类别的研究”、四川赛思特科技有限责任公司董事长基金共同资助.

亢川川(1982-)，男，蒙古族，吉林省松原市人，工程师.E-mail:kangchuan@126.com.

P315.32

B

1001-8115(2015)03-0001-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.001