中国地震区划图发展历程简介

罗华春　任志林　刘影

中国地震区划图发展历程简介

罗华春任志林刘影

罗华春，北京市地震局副研究员，从事抗震设防管理工作。1992年毕业于长春地质学院，同年留校任教，从事构造地质学的教学与研究工作；1998年至今，在北京市地震局从事地震构造、地震工程、抗震设防管理等工作。先后负责国家或行业重大项目十余项，承担百余项建设工程场地地震安全性评价项目，解决了一系列重大建设工程的抗震设防问题；作为主申请人，先后获得北京市自然科学基金等一系列科研项目资助，作为主要完成人，承担的“奥运村公园地区活断层探测项目”获北京市科学技术奖贰等奖。近年来从事建设工程抗震设防管理，准确把握各类标准规范的适用范围及其要求，对各类建设工程的抗震设防要求的确定具有丰富的经验。

任志林，北京市地震局高级工程师，1979年出生于山西省，2001年毕业于河北理工学院土木工程系，获学士学位；2004年毕业于中国地震局地球物理研究所，获硕士学位；2004年7月至今 北京市地震局工作。长期从事工程场地地震安全性评价、建筑物震害预测、地震灾害损失评估相关工作，参加过福建省龙海、永安两县震害预测项目房屋震害易损性评估工作，2008年参加汶川地震的灾害评估工作；负责和参与北京城市主要灾种评估指标体系和综合减灾对策行动研究、北京市地震灾害救助指标体系研究等研究课题。国家地震社会服务工程北京市震害防御农居地震安全服务系统技术负责。

我国防震减灾的工作方针是“预防为主、防御与救助相结合”，开展震害预防与防御的重要途径之一就是进行建设工程抗震设防，地震区划图是抗震设防的依据，是贯彻防震减灾工作方针的具体体现。

新一代《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）将于2016年6月1日起在全国正式施行。本文回顾了中国地震区划图的发展历程，详细介绍了各时期地震区划图的编制背景、编图原则和技术思路，使读者对我国的地震区划图有更加全面的了解。

中国地震区划图发展阶段

中国从20世纪30年代开始进行地震区划探索工作，迄今已有80年的历史。随着国家经济发展和科学技术进步，我国建设工程的抗震设防要求也在逐步提高，人们对地震安全的需求也越来越高，因此地震区划图也需要随之进行更新换代。

回顾我国地震区划的历史，大致经历了以下4个重要发展阶段：一是探索阶段：中国第一张地震区分布图；二是确定性方法烈度区划阶段：第一代、第二代地震烈度区划图；三是危险性概率法烈度区划阶段：第三代地震烈度区划图；四是地震动参数区划阶段：第四代、第五代地震动参数区划图。下面分别介绍各代区划图的编制背景、编图原则和技术思路。

中国第一张地震区划图

编制背景

1920年12月16日，在我国的宁夏南部和甘肃东部发生8.5级地震,宏观震中位于海原县干盐池一带，震中烈度Ⅻ度，极震区面积达2万余平方千米。地震波及内蒙古、北京、上海、福建等17个省市自治区，有感面积达251万平方千米，约占中国国土面积的1/4，是中国历史上波及范围最广的一次大地震，全球96个地震台记录到此次地震，余震持续3年时间，此次地震被称为“环球大震”。

海原大地震是中国3个震级为8.5级的地震之一，死亡人数达27万余人。据当时《中国民报》记载，“清江驿以东，山崩土裂，村庄压没，数十里内，人烟断绝，鸡犬绝迹”。地震时正值冬日，天寒地冻，震区人民无衣、无食、无助，惨绝人寰。

中国历史上首次地震地质科学考察

海原大地震发生后的次年4月15日，翁文灏先生奉政府委派率领农商部、内务部、教育部6人考察组前往震区调查，经呼和浩特、包头、太原、银川、中卫、靖远抵兰州。此后考察组分三路调查——谢家荣西行至玉门油田、王烈南行越秦岭至汉水、翁文灏则东行,考察地震中心区域。

整个调查历时4个月，取得了丰硕成果，翁文灏等撰写了数份调查报告，并附有拍摄的灾情照片，获得了大量的第一手资料，这些资料至今仍具有很高的科研价值。如翁文灏《甘肃地震考》（科学，1921年0期）、《民国九年十二月十六日甘肃的地震》（科学，1922年），谢家荣《民国九年十二月十六日甘肃及其他各省之地震情形》（地学杂志，1922年）等。

中国第一张地震区分布图

在此次调查成果的基础上，结合其对中国历史地震研究成果，翁先生用法文撰写了《中国某些构造对地震区分布之影响》，并在1922年比利时布鲁塞尔召开的第十三届国际地质学会上宣读，介绍了中国境内地震带的分布规律及其与地质构造的有机联系，其中的“中国地震区分布图”展现了我国历史地震活动的空间分布（如图1所示），给出了我国地震活动区带划分的轮廓。他于1923年发表的“中国地震区分布简说”正是前文的中文简要。这应当是我国最早论述断裂构造和地震空间分布关系的文献，开创了我国地震区划和地震地质学的历史先河。

图1　中国地震区分布图（翁文灏，1922年）

图2　中国地震区分布图（李善邦等，1957年）

新中国第一代地震区划图

编制背景

新中国成立后，百废待兴，亟须开展大规模的社会主义建设，特别是“一五”期间，原苏联援建的156项工程亟待建设，需要当地的地震基本烈度数据，有些重要的流域规划，如黄河流域，需要有整个流域的地震区划。因此，新中国迫切需要一张全国地震区划图。

编图技术思路

1957年，以李善邦为首的编图组完成了新中国第一代地震区划图的编制工作，采用了两条编图原则：其一，曾经发生过地震的地区,同样强度的地震还可能重现；其二，地质条件（或称地质特点）相同的地区，地震活动性亦可能相同。

该图将全国地震烈度划分为Ⅴ度、Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度及以上5个等级，比例尺为1∶500万，提供了全国350个场点的地震烈度（如图2所示）。这是我国编制的第一张全国性地震区划图，首次全面论述了我国各地区的地震危险性。

第二代地震区划图

编制背景

1966年3月8日，河北省邢台地区隆尧县发生了6.8级强烈地震，震中烈度达到Ⅹ度。在此后的21天时间里，邢台地区连续发生多次6级以上地震，其中最大的一次是3月22日宁晋县东南7.2级地震，这一地震群统称为“邢台地震”。地震造成17633个村庄遭受破坏，8064人死亡，38451人受伤，倒塌房屋508万余间，110多个工厂和矿山被毁，77座公路桥梁被震断。

邢台地震是新中国成立后第一次毁灭性大地震，党和国家领导人对地震救灾工作十分重视，周恩来总理曾三次深入地震灾区慰问群众，指挥现场救灾工作，指示我国地震工作者要从邢台地震吸取经验与教训，以开展我国的地震预报工作。

随后，我国加强了全国地震工作的领导和管理，制订了地震研究计划，开始了地震预报的探索和实践。在地震活跃区，陆续建设了一些地震台站，地震监测预报也从邢台地震现场逐步发展到全国，我国成为当时世界上唯一一个由国家组织并在全国范围内进行地震监测预报的国家。

编图技术思路

以邓起东院士为首的编图组充分吸收了地震中长期预测的研究成果，首次引入了地震趋势性分析的概念，采用了具有明确时间期限的地震烈度区划方法，明确了基本烈度的概念，即在未来100年内，在一般场地条件下，该地可能遭遇的最大地震烈度，首次考虑到场地效应，提供了平均场地的地震烈度值。

编图主要技术途径：一是根据区域地震活动、地震地质条件，划分地震区和地震带；二是评价各区、带未来百年内的地震活动趋势，以及最大震级和各级地震的次数；三是研究和总结各地震区、带内不同强度的发震构造标志；四是制定各地震区、带内未来百年可能发生的各级地震数和地震发生地段，勾画出各级地震危险区；五是按该区地震烈度衰减的统计数据，圈定地震影响烈度及其分布范围。

1977年，国家地震局发布第二代地震区划图，该图将全国地震烈度划分为小于Ⅵ度、Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度和大于等于Ⅹ度等6个等级，比例尺为1∶300万（如图3所示），经国家建委和国家地震局批准，作为国家建设部门规划、中小型工程的抗震设防依据。

第三代地震区划图

编制背景

1976年美国学者Algermissen等采用地震危险性概率分析方法，编制了新的美国地震区域划分图，该图采用地震复发周期为475年，即50年超越概率为10%的基岩地震水平峰值加速度分布图，当年即被美国ATC采纳，成为美国的抗震建筑规范（ATC-3)。之后世界许多国家相继效法应用，在方法上也不断进行改进。因此，采用地震危险性概率分析方法编制区划图成为国际主流方法，也是当时最先进的编图方法。

1989年我国新颁布的抗震设计规范(GBJ 11—89)也引入了具有概率含义的三级设防准则，其中多遇地震对应于50年超越概率为63.2%的地震，重现期为50年；设防烈度地震对应于50年超越概率为10%的地震，重现期为475年；罕遇地震对应于50年超越概率为2%～3%的地震，重现期为1641～2475年。

因此，我国原来采用确定性方法编制的地震区划图急需更新，以满足国家抗震设防的需求。

图3　中国第二代地震烈度区划图

图4　中国地震烈度区划图（1990年）

编图技术思路

第三代区划图的编图技术思路为：一是采用地震危险性概率分析方法；二是反映我国地震活动时、空不均匀分布的特点；三是吸收地震预测方面的科研成果。在编制新的地震区划图前对华北、鲁南、琼北进行了编图试点，并取得丰富经验。

1990年，以高文学、时振梁为主编的编图组完成第三代区划图的编制工作，首次以超越概率的形式定义了地震基本烈度的概念，即以50年超越概率10%的地震烈度作为区划指标，将全国地震烈度划分为Ⅴ度、Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度及以上5个等级，比例尺1∶400万，提供了全国各地50年超越概率10%的地震烈度值（如图4所示）。1992年5月，经国务院批准由国家地震局和建设部联合颁布,供各级政府和建设部门使用。

第四代地震区划图（GB 18306—2001）

编制背景

在编制第三代区划图期间，我国的地震学者就开展用地震动参数进行地震区划的探索和研究，如1982年宋良玉用基岩峰值加速度编制了华北地区地震区划图；1987年时振梁等编制了琼北地区的地震区划图，为我国采用地震动参数编制区划图工作积累了丰富的实践经验。

我国完成了全国主要活动断裂1∶5万地质填图，为活动断层分段性和危险性评估工作提供了重要的数据，系统地提出了中强度地震活动区潜在震源区的划分原则与方法；并且积累了大量可靠的强震记录资料，可用资料的总数增加了一倍多，同步开展了长周期反应谱和地震动衰减关系的研究工作。这些工作为以地震动参数为指标的区划图编制工作提供了坚实的理论基础、丰富的基础资料和实践经验。

此外，进入21世纪，随着城市化进程的加快，高层建筑已经成为城市建筑的主体，而烈度难以反映0.2 s以上的中、长周期地震动特性，第三代地震烈度区划图已经不适应工程抗震设计的需要。国际工程界进入采用地震动参数进行工程设计的时代,依据反应谱进行抗震设计更为科学合理，故此迫切需要以双参数表述的地震动参数区划图。

编图技术思路

1997年，我国启动第四代区划图的编制工作，以胡聿贤院士为主编，高孟潭研究员为副主编，编图的基本原则为：一是采用地震危险性概率分析方法，充分吸收地震、地质和地球物理资料及地震预测的新成果；二是考虑地震动参数的不确定性影响；三是采用地震动峰值加速度和反应谱特征周期双参数为区划指标；四是考虑场地土层的影响。技术要素

2001年2月2日，国家质量技术监督局正式发布《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），首次成为强制性国家标准，从2001年8月1日起在全国施行。

该图是首次以地震动参数为指标、首次提供与场地特性相关的反应谱特征周期的区划图，该图首次提供不同类型场地的特征周期调整方法，其技术要素如下。

第一，《中国地震动峰值加速度区划图》（如图5所示）和《中国地震动反应谱特征周期区划图》（如图6所示）的比例尺为1∶400万。

第二，《中国地震动峰值加速度区划图》和《中国地震动反应谱特征周期区划图》的设防水准为50年超越概率10%。

第三，《中国地震动峰值加速度区划图》和《中国地震动反应谱特征周期区划图》的场地条件为平坦稳定的一般（中硬）场地。

第四，《中国地震动反应谱特征周期调整表》采用四类场地划分法（见表1）。

表1　中国地震动反应谱特征周期调整表

此外，第四代地震动参数区划图的峰值加速度分区分为7档,并给出了其与地震基本烈度的对应关系（见表2）。

表2　地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表

图5 《中国地震动峰值加速度区划图》（GB 18306—2001）

图6 《中国地震动反应谱特征周期区划图》（GB 18306—2001）

第五代地震区划图（GB 18306—2015）

编制背景

从2001年8月1日第四代区划图开始施行以来，我国的国情发生了较大的变化，第五代区划图的编制，主要基于以下几个方面。

①基础资料积累

我国建设了中国数字地震网络项目，测震和强震台站的密度分别达到每万平方千米0.88个、1.2个，监测设备数字化率达到95%，地震监测的震级下限从4.5级改善到2.5级，台网监测数据为地震研究提供了更丰富和更全面的地球物理背景场信息。

通过活动构造调查、城市活动断层探测、重大工程地震安全性评价、973项目等，获得了200多条活动断裂共2000多个断层参数数据。获得了国际4369组约10 000条强震动记录，其中大震近场记录大大增加。我国强震动台网在汶川等地震中获得了上万条强震动记录，为建立我国地震动衰减关系提供了宝贵的参考数据。

这些基础资料的积累，为编制第五代地震区划图提供了丰富的基础资料。

②科技进步

国家重点基础研究发展规划项目——“大陆强震机理与预测研究”，建立了活动地块科学假说，为建立发震构造模型、划分高震级潜在震源区和确定其震级上限提供了科学指导。

国家科技支撑计划课题——“强震危险区划关键技术研究”，开展了一系列专题的研究，提出了潜在震源区三级划分的技术方法，明确了块体作用边界对潜在震源区范围和震级上限确定的影响，并将构造类比原则发展为构造模型类比原则。建立了与三级潜源划分相匹配的地震活动性模型、新的地震动衰减分区及大震近场地震动衰减关系确定技术、地震动反应谱土层影响双参数调整技术、对地震区划各环节模型参数不确定性的处理技术；通过系统研究全国不同地区中震（50年超越概率10%）与大震（50年超越概率2%）的比例及其与地震环境的关系，提出了地震区划中合理确定抗倒塌概率设计水准地震动参数的方法和技术途径。

③重大地震灾情的教训与启示

2008年汶川8.0级地震是新中国成立以来破坏力最大的一次地震，也是继唐山大地震之后伤亡最严重的一次地震，共造成69 227人死亡、17 923人失踪，造成直接经济损失达8451亿元，间接经济损失难以估计。

汶川地震极震区烈度远大于当地的抗震设防烈度，发震断裂沿线的破坏尤为严重，地震引发滑坡、泥石流等一些严重的次生灾害。因此，在规划选址、工程设防、地震地质灾害防治、应急准备等环节，需要考虑罕遇地震和极罕遇地震的影响，防范地震造成灾难性后果。

第四代地震区划图提供的是50年超越概率10%的基本地震动参数，罕遇地震动参数由此参数乘以一定的系数直接外推。用基本地震动参数乘以系数的外推方式，存在罕遇地震动参数估计偏低的问题，难以保证抗倒塌目标的实现，而这些地区往往是大地震活动频繁的地区，因此需要科学合理地确定罕遇地震动参数，以控制遭遇大震时的建筑倒塌率，防止造成大量人员伤亡。

④社会经济发展需求

我国正处在经济和社会迅速发展的时期，全面建成小康社会、保障经济社会和谐稳定和可持续发展，对地震安全提出了更高、更迫切的要求。随着国家经济的快速增长，我国已经成为世界第二大经济体，2000年全国GDP为99 776.3亿元，人均7902元；2014年全国GDP为636 138.7亿元，人均46 629元；人口和财富快速向城市集中，地震风险快速飙升。

编图技术思路

为了更好地满足国家经济建设规划、国土规划、建设工程抗震设防、地震地质灾害防治、应急准备等的需求，第五代区划图的编图原则为：一是吸收地震学领域研究成果；二是以人为本，将抗倒塌作为编图基本准则，以50年超越概率10%地震动峰值加速度与50年超越概率2%地震动峰值加速度/1.9中的较大值(基本地震动)作为编图指标；三是采用三级潜在震源区划分方法；四是不低估罕遇地震的作用。

区划图编制技术方法使用具有我国特点的地震危险性概率分析方法，建立了三级潜源模型和相应的地震活动性模型，采用新的潜源方案、活动性模型和地震动参数预测方程，分别计算4种超越概率的峰值加速度和峰值速度，在此基础上分别计算峰值加速度和反应谱特征周期，据各点值进行分区和确定不同概率参数的比例系数。

技术要素

2015年5月15日，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会联合发布第15号中国国家标准公告，新修订的强制性国家标准GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》正式发布，并将于2016年6月1日起正式实施。其技术要素如下。

表3　场地类型划分表

图7 《中国地震动峰值加速度区划图》（GB 18306—2015）

第一，《中国地震动峰值加速度区划图》（如图7所示）和《中国地震动反应谱特征周期区划图》（如图8所示）为全国Ⅱ类场地条件下基本地震动峰值加速度分区值和基本地震动加速度反应谱特征周期分区值。

第二，《全国城镇Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期》列出了全国各省(自治区、直辖市)乡镇政府所在地、县级以上城市的Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期。

第三，场地类别依据土层等效剪切波速(或岩石剪切波速)和场地覆盖层厚度值，划分为4类（见表3）。

第四，提供各类场地基本地震动加速度反应谱特征周期和地震动峰值加速度调整方法和调整系数（见表4、表5）。

表4　场地基本地震动加速度反应谱特征周期调整表（秒）

表5　场地地震动峰值加速度调整系数Fa

主要特色

第五代《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）坚持以人为本的理念，充分考虑公众在地震中的生命安全问题，将抗倒塌作为编图的基本准则，采用地震构造模型的三级潜源划分，提供四级地震作用，多遇地震动、罕遇地震动、极罕遇地震动与基本地震动的比例系数分别为1/3、1.9和2.9，提供地震动双参数土层双调整技术方法，地震动参数明确到乡镇，全国取消了不设防区域。

结束语

地震区划图主要是服务于工程建筑抗震工作的一种长期地震危险性预报图件，不同时代的区划图满足了当时国家建设的需要,也是当时地震科技发展水平的体现。

我国是一个多震灾的国家，地震频度高、强度大、分布广，平均5年左右会发生一次7.5级以上地震，平均10年左右发生一次8级以上地震。实践表明，做好建设工程抗震设防是减轻地震灾害最有效的途径之一，而抗震设防的依据是地震区划图，第五代《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）必将在建设工程的抗震设防、社会经济发展和城乡建设等方面发挥重要作用。