上海徐汇区ML1.9 有感地震分析＊

2021-03-07于海英温燕林

地震科学进展 2021年2期

于海英温燕林冯策

1) 上海市地震局，上海 200062

2) 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站，上海 200062

引言

地震是人类面临的最严重的自然灾害之一。地球上每天都在发生地震，全世界每年平均发生有感地震5 万多次，5 级以上地震近千次，7 级以上地震约18 次，8 级以上地震约1—2 次。我国是一个地震灾害严重的国家，具有地震频度高、强度大、震源浅、分布广等特点。地震对人民生命财产安全带来极大威胁，是名副其实的灾害之首。20 世纪以来，我国因地震造成的死亡人数占全部因自然灾害死亡人数的50%以上，1920 年的海源M8.5 大地震中罹难人数超过28 万，1976 年的唐山M7.7 地震中罹难人数超过了24 万。2008 年5 月12 日，四川汶川M8.0 强震，再次给人民群众的生命财产带来重大损失。2011 年3 月11 日，发生在日本的M9.0 大地震，震中位于日本宫城县以东太平洋海域，震源深度20 km，此次地震造成将近2 万人的死亡，引发的巨大海啸对日本东北部造成毁灭性破坏，并引发福岛第一核电站核泄漏。由于地震的危害性极大，而目前地震不能准确预报，因此，地震科学研究之路任重道远。

1 上海有感地震

据记载，上海地区有感地震数量较少，时间分布极不均匀，历史上多则1 年（1855 年）受到6 次地震波及，少则数十年也没有一次有感地震记载[1]。在地震的频度和强度方面，海域地震大于陆地地震，陆地地震除4 次有破坏外，绝大部分只是不同程度的有感。上海历史上发生的最大地震为1624 年松江的4⅓级地震，该地震的最大烈度为Ⅵ度。上海及其邻近地区，曾被视为少震和弱震区，不过上海每年都能感觉到地震的冲击，这种有感地震来自以下3 个方面。

1.1 较远大地震传播到上海有感

这些有感地震主要来自台湾地区的6.5 级以上地震及日本部分强震。如1994 年9 月16 日台湾海峡7.3 级地震，1999 年9 月21 日台湾南投7.6 级地震和2002 年3 月31 日台湾花莲7.5 级地震发生时，致上海10 层以上的高层居民强烈有感。显然，过去由于上海市高层、超高层不多而未能引起关注的台湾地震，未来仍将会对上海有明显影响。2008 年5 月12 日四川汶川8.0 级地震和2011 年3 月11 日日本9.0 级大地震，上海很多高层有明显震感。

1.2 上海周边地区的有感地震

进入20 世纪70 年代以后，地震频度和强度却有所提高，先后发生很多次有感地震（表1[2]）。

表1 1970 年以来上海周边地区有感地震列表Table 1 The list of earthquakes felt around Shanghai since 1970

1.3 上海陆地上发生的小地震

上海测震台网每年平均监测到的小地震约4—5 次，这是地壳运动产生能量的正常释放。2009年11 月7 日17 时03 分在上海松江地区发生M2.5地震，震中位于（31.0°N，121.1°E），深度13 km。松江大学城、天马山、小昆山等地的居民有轻微震感。震中区附近部分居民感觉到了房屋的轻微震动。2012年4 月2 日发生在上海市徐汇区M1.2 地震，摇动了徐汇、闵行、浦东、卢湾区等部分房屋，惊动了成千上万的市民。图1 为上海监视区1970 年1 月1 日—2012 年9 月30 日发生的所有地震震中分布图。

“十五”测震项目建成之后，目前上海地震台网共有固定台站34 个，其中包括上海台阵的16 个子台，图2 为上海台网和上海台阵分布图。

2 2012 年4 月2 日上海小地震介绍

据上海地震台网测定（地震速报结果）：2012 年4 月2 日23 时27 分51.9 秒，在上海市闵行区发生M1.2 地震，震中位于（31.1°N，121.5°E）。图3 和图4分别为上海台网记录到的波形图和离震中最近台站的波形图。此次地震很多居民称，感受到了楼房的震动，且震感明显。

图1 上海监视区地震震中分布图（1970-01-01—2012-09-30）Fig. 1 Distribution of earthquake epicentersin Shanghai monitoring area（1970-01-01—2012-09-30）

图2 上海台网（a）和上海台阵（b）分布图Fig. 2 Distribution map of Shanghai network（a）and array（b）

3 有感地震原因分析

为何震级只有M1.2，会有这么多人有感呢？

在地震科学中，衡量地震大小有两把尺子-震级和烈度。震级是表示地震本身大小的量，反映的是地震能量释放的多少。烈度是地震时人的感觉，地震所造成自然环境的变化和建筑物的破坏程度，来作为判断地震强烈程度的一种宏观判据[3]。一次地震，震级只有一个，而不同地区烈度有很大不同，距离震中越近的通常烈度越大。地震是否有感和有感的程度，与地震的震级（震源）、震中距和震源深度（传播路径）以及当地的环境（场地条件等）有关。

3.1 地震精确定位后的结果

地震结束后，本人利用上海及周边地震台站的数据，利用较多的台站和更多的震相数据对该地震进行了精确定位。表2 为定位结果，图5 为震中分布图，可以明显看出，速报结果和精确定位结果存在一定的差别，其中发震时刻相差0.68 s，震中位置相差2.4 km，深度相差3 km，ML震级相差0.1 级。根据精确定位的结果，最终该地震确定震中位置为上海徐汇区。

3.2 震源深度浅和强震记录的峰值加速度大

震源深度是将震源看作一个点，此点到地面垂直距离称为震源深度。目前震源深度是地震学中最难准确测定的参数之一，各种方法对于震源深度的估计都具有相当程度的不确定性，影响着人们对震源过程的认识，各种因素对震源深度的影响是非线性的。震源深度受震中距或台站距离、到时残差和速度模型（地震模型）等多种因素的影响[4]。地球上大部分地震发生在地壳（33 km）内。地震精确定位结果显示，该震源深度为7 km，震级ML1.9。由于震源深度较浅，震级较小，破坏面积不大，但震源区的烈度却相对较大（图6），世博台和徐汇台加速度峰值达到了50 mm/s2，震中区域的加速度峰值在40 mm/s2左右，烈度相当大，所以震源附近的居民会感觉很明显，而其他离震源稍远一点的上海的强震台站记录到的加速度峰值都在10 mm/s2左右，人们已经感觉不到地震动了。

图3 上海地震台网的波形记录Fig. 3 Waveform record of Shanghai earthquake network

图4 最近台站上戏台（SHX）的波形记录Fig. 4 Waveform record of the SHX station on the nearest station

表2 地震速报结果和精确定位结果的比较Table 2 Comparison of the results of earthquake quick and accurate location

图5 速报结果与精确定位结果分布图Fig. 5 Distribution map of quick report results and accurate results

3.3 地震的时频分析

台站所记地震波的频率与震源性质、传播介质和台站场地条件等因素有关系。图7 为该次地震最近台站（SHX）记录的波形和时频分析图像，SHX 台站距离地震位置大约8 km，可以看出该地震波形频率分布范围很大，0—50 Hz 范围内均有分布。Sg 波的能量明显大于Pg 的能量，在10 Hz、25 Hz 和40 Hz左右，能量比较大，地震有感范围比较大。