新一代地震区划图北京地区的主要变化

2016-11-29满洪敏刘影

城市与减灾 2016年3期

满洪敏　刘影

新一代地震区划图北京地区的主要变化

满洪敏刘影

满洪敏，北京市地震局（北京市地震灾害防御中心）高级工程师。1988年毕业于南京大学地球科学系，获学士学位；1988至2000年工作于山东省地震局地震工程研究院，从事年代学和地震地质灾害研究工作；2003年毕业于北京大学地质系，获硕士学位。现主要从事北京地区地震安全性评价工作。

刘影，生于1975年，中国矿业大学应用地球物理学本科，北京大学构造地质学硕士，北京市地震局工程师，工程场地地震影响评价专业一级地震安全性评价工程师。主要从事物探、强震观测、地震安全性评价工作。

新一代《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）（以下简称“五代图”）将于2016年6月1日正式实施，与现行的地震区划图（GB 18306—2001）（以下简称“四代图”）相比，五代图给出的全国设防参数整体上有了适当提高，北京地区设防参数的提高也很明显。充分理解其中的变化，对五代图的实施应用、我市防震减灾规划的贯彻执行具有十分重要的意义。

表1　北京地区五代图、四代图潜源划分结果对比

五代图编制的技术背景

五代图编制主要依据是过去十几年监测手段的进步和地震资料的积累、强震机理研究的新成果和危险性预测技术的突破，其中包括三级潜在震源区划分、活动断裂探测调查及强震年发生率估计和地震动衰减关系的新认识等。

对北京地区地震动参数的影响主要源于华北平原地震带和汾渭地震带的变化，下面说明这两个地震带有关技术要素的调整变化。

三级潜在震源区划分和潜源参数的变化

五代图创新性地提出三级潜源划分方案，即在地震区带划分和潜源划分之间，增加了地震构造区的划分。首先划分出用于地震活动性参数统计的地震区带，然后在地震区带内划分出不同地震活动特征或者不同地震构造模型的地震构造区，最后在地震构造区内划分出不同震级上限的潜在震源区。三级潜源划分更合理地反映了地震带内不同区段构造活动和地震活动的差异性，注重高震级潜在震源区的判识，因此高震级潜在震源区的数量显著增加。

依据活断层探测研究新成果，特别是“十五”期间城市活断层探测成果，采用三级潜源划分方案，北京区域范围内共划分出震级上限Mu≥6.0潜在震源区39个（如表1所示），其中8.0级潜在震源区2个、7.5级潜在震源区4个、7.0级潜在震源区11个、6.5级潜在震源区11个、6.0级潜在震源区11个。与四代图相比，7.0和7.5级潜在震源区数量增加明显，分别增加了57%和33%，地震危险性有所增强。

地震活动性模型与相关参数的变化

与四代图相比，五代图的一个重要特点就是力求中强地震和大震的危险性都不会被低估。

与三级潜源划分相适应，五代图提出了符合我国地震分布和活动特点的地震活动性模型，即以地震统计区、背景源、构造源三者组合，综合反映地震活动空间不均匀性以及地震活动与活动构造之间的关系。背景源表征构造地震以外的地震活动，其仅与中小地震活动相关；构造源具有清晰的构造背景，具备发生大震条件。地震统计区内地震活动的不均匀性，由构造源的中强地震活动和背景源中小地震活动共同表现。

b值和年发生率ν4直接反映了地震统计区的地震活动水平，受地震资料完整性、统计时段、统计方法等的影响，四代图的b值、ν4普遍偏低（如表2所示）。ν4偏低导致地震数量估计不足和地震活动水平被低估；b值偏小导致中强地震危险性估计不足。即便对记录较为完整的华北地区，历史上中强地震资料也存在遗漏，导致b值偏小，因此四代图对中强震危险性存在低估。另一方面，仅仅依靠统计资料获得的b值，对大地震危险性的估计亦存在不合理。比如我国8级以上地震记载仅有700多年的历史，而8级大震的重复间隔往往数千年，仅以几百年的记录资料估计大地震危险性显然亦不合理。五代图吸取了过去十几年我国活断层的探测与研究成果，通过活断层参数对大地震发生率进行约束，从而可以对大震的危险性做出更加合理估计。

总之，五代图参考了国际上b值确定方法，采用历史地震资料和现代台网记录资料相结合，在多方案计算结果的基础上，综合分析确定b值和ν4的估计值。五代图中北京所在的华北平原地震带和汾渭地震带的b值和ν4值（见表2），与四代图相比有较大变化。

表2　北京地区五代图地震带活动性参数与四代图方案对比

衰减关系变化

五代图衰减关系使用了更加丰富可靠的强震记录和烈度资料，尤其是利用了美国NGA强震动数据库资料；采用了具有大震近场饱和特征的地震动衰减模型；运用了更加稳定的分步回归方法；另外在衰减关系分区时充分考虑了地震活动特征的差异。与四代图衰减关系相比，五代图由于地震动衰减模型的变化和高震级强震记录的增加，高震级下的峰值加速度有所降低，而中强地震区的峰值加速度在低震级时有所提高。

五代图北京地区地震动参数变化

如前所述，与四代图相比，五代图北京地区的设防水平有所提高，具体变化如下。

峰值加速度PGA变化

全市大部分地区峰值加速度为0.20 g（Ⅷ度），占全市面积的59.3%，比四代图的39.7%大幅增加（如图1所示），增加的区域包括了密云（中部、南部及整个城区）、怀柔（中部、南部及北部城区）、昌平（西部、北部及西北部城区）、门头沟（东部、西北部及西边城区）、延庆（东部、东北部）和平谷（东部、西北部）。新增密云、怀柔、昌平、门头沟区政府所在地升至0.20 g，这样全部区政府所在地均在0.20 g区。

北京首次出现0.30 g区（Ⅷ度半），位于平谷区马坊镇，成为我市抗震设防烈度最高区域。北京地区峰值加速度分档由四代图的三档（0.10 g、0.15 g、0.20 g）变为四档（0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.30 g）。

图1　北京地区地震动峰值加速度区划对比图（a）四代图；（b）五代图

特征周期变化

全市大部分地区特征周期Tg为0.40 s，占全市面积的74%，比四代图的58%大幅增加；0.45 s区域的面积也由1.5%增加到26%（如图2所示）。特征周期Tg由四代图的0.35 s、0.40 s统一调整为0.40 s、0.45 s，设计地震分组由第一、第二组调整为第二、第三组。特征周期Tg由0.40s提高到0.45 s涉及的区县为：密云（中北部）、怀柔（北部）、延庆（东北部）、门头沟（西部）和房山（西部），其余区县均由0.35 s提高到0.40 s。

图2　北京地区地震动反应谱特征周期区划对比图（a）四代图；（b）五代图

抗倒塌原则的体现

抗倒塌是五代图编图的基本原则，抗倒塌对应的是抗御50年超越概率2%的地震动（罕遇地震动），而五代图是50年超越概率10%的基本地震动的区划结果，那么抗倒塌原则又是如何体现的呢？

按照我国现行的抗震设计规范，罕遇地震动按基本地震动的1.9倍计算。虽然五代图区划指标是50年超越概率10%的基本地震动，但实际上是取50年超越概率10%的地震动与50年超越概率2%的地震动/1.9二者中的较大者作为区划指标，即Amax=Max（A10%/50Y，A2%/50Y/1.9）。这样就保证了建设工程采用五代图基本地震动参数的1.9倍进行的罕遇地震动（大震）设计，其风险水平不会低于50年超越概率2%的水准。

我国以往的震害调查结果表明，重大人员伤亡财产损失的主要原因是建筑物倒塌。对于人口密集的高震级潜在震源区及其附近区域，抗倒塌就显得尤为重要，北京是我国大陆唯一发生过8级地震的大城市，1679年三河—平谷8级地震给北京造成了严重的人员伤亡和财产损失。因此，在北京的城市建设和防震减灾规划中，应当充分考虑罕遇地震的作用，采取相应的抗倒塌举措。反应谱平台值（βm）变化

根据五代图规定，放大系数反应谱平台值（βm）为2.5，与四代图的βm为2.25有较大变化。在根据峰值加速度和特征周期绘制反应谱时须予注意。

针对不同场地条件的地震动双参数调整

为满足不同场地条件的抗震设防需求，五代图提供了双参数调整表，既调整反应谱特征周期又调整峰值加速度，而四代图仅调整特征周期。北京地区以Ⅱ、Ⅲ类场地居多，城区和东部地区多为Ⅲ类场地，西部和北部多为Ⅱ类场地。依据五代图附录E地震动峰值加速度值调整方法，我们计算了北京地区0.20 g分区不同场地类型和不同超越概率水平的地震动峰值加速度值（见表3）。

表3　北京0.2 g分区地震动峰值加速度确定结果

图3　北京地区Ⅲ类场地多遇地震动反应谱对比图

由表3可以看出，北京地区0.20 g分区峰值加速度的调整主要是多遇地震动，对Ⅱ类场地多遇地震动峰值加速度为0.067 g，而Ⅲ类场地多遇地震动峰值加速度为0.086 g，提高了约30%。

根据五代图的规定，Ⅲ类场地特征周期调整为0.55s，对比北京地区Ⅲ类场地地震动反应谱（如图3所示）可以看出，两代图之间的差异非常明显，对北京城区和东部地区的影响尤为显著。从保障建设工程的抗震能力出发，适当提高多遇地震动（小震）即弹性设计地震动参数标准，对北京这样的人口密集、经济发达的地区，具有十分重要的现实意义。