中国地震区划技术的发展与展望

高孟潭

引言

地震区划，本质上是对区域长时间尺度的地震危险性进行划分。

区域地震活动性模型和地震影响场是决定地震危险性的两个关键因素。地震活动性模型包括潜在震源区模型和地震活动性参数模型。地震影响场通常用地震烈度影响场模型、地震烈度衰减关系模型、地震动参数衰减关系模型或地震动预测方程表征。地震区划技术就是确定这些模型和预测方程的方法，主要用于编制全国尺度或区域尺度地震区划图。

地震区划图编制主要是为了满足建设工程抗震设防的需求，为工程抗震提供科学依据和基本要求。《中华人民共和国防震减灾法》明确规定，一般建设工程必须按照地震区划图给出的抗震设防要求进行抗震设防。发展地震区划技术，定期更新地震区划图对防控地震风险，保障人民安居乐业和国家社会经济发展至关重要，是地震科学技术发展的根本目的之一。

本文回顾了我国地震区划技术发展与历代地震区划图编制情况，介绍了现行国家地震区划图（简称“五代图”）的主要技术特色及其应用情况，展望了下一代国家地震区划图编图技术和公共服务的技术发展趋势。

国家地震区划图编制回顾

（一）第一代地震区划图

中华人民共和国成立以来，党和国家十分重视人民生命财产和国家重大建设项目的地震安全。在国家第一个五年科技发展规划中，就将地震活动性研究和抗震设防列为规划内容，中央成立了地震工作的专门领导机构，组织相关科研机构开展大量研究工作。地质科学家开展了中国大陆及邻区的地质构造研究，地震学家搜集整理了关于地震破坏的全部历史文献资料，并据此整理编纂了《中国历史地震目录》。在此基础上，李善邦于1957年完成了以最大影响烈度为指标的全国地震区划图（李善邦，1957），这就是1957年版的全国地震区划图，我们习惯简称为“一代图”。

一代图的主要技术特色是首次系统研究了我国地震活动性特征和地震发生构造背景，提出地震构造类比和地震重复的地震危险性判定原则与地震区划编图方法（图1），为我国20世纪50年代和60年代国家大规模经济建设，特别是一大批重点项目的规划选址和抗震设防提供了重要依据。

图1 中国地震区划编制历程

（二）第二代地震区划图

1966年3月，河北省邢台地区连续发生强震，造成大量人员伤亡和财产损失。周恩来总理亲赴地震灾区，指挥抗震救灾，慰问灾区民众，多次看望现场的地震工作者，希望地震工作者突破地震预报问题，由此开启了中国地震预报科学实践的序幕。大批科技人员转入地震部门，除了地震短临预测研究，还开展中长期地震预测研究，极大推进了地震研究工作。

在积累了大量新资料和中长期地震预测科研成果的基础上，我国组织编制了中国地震烈度区划图（简称“二代图”，主编邓启东）。二代图提出了地震基本烈度的概念，即，将未来百年内可能遭遇到的最大烈度作为抗震设防的要求。二代图系统提出了以地震中长期地震预测模型为依托的地震危险性分析方法、地震区划技术和地震区划图编制方法。主要技术特色是根据地震分布与地震构造背景划分地震带，根据地震统计模型预测各地震带未来百年缺震次数，综合判断各地震带未来百年各级地震危险区地点，根据地震烈度影响场确定各个区域未来百年可能遭遇的最大地震烈度，即地震基本烈度（邓起东等，1980年）。

二代图于1977年编制完成，由国家建设部门和地震部门以部门章程形式颁布实施，要求全国建设工程依据该地震区划图进行抗震设防。二代图颁布后，城市房屋建筑和重大建设项目全面进行了抗震设防，极大提升了国家地震灾害的防御能力。

（三）第三代地震区划图

1970年以来，我国进行了大规模的地震台网建设和地震活动断层填图工作，地震统计资料也大大增加，为地震活动性统计模型的建立提供了坚实的基础。同时，人们对地震活动的不确定性认识也有了很大的提升，国际上基于概率的地震危险性分析方法得到迅速发展和广泛应用。我国科学家研发了具有中国特色的考虑时空非均匀性的概率地震危险性分析方法，并在重大工程地震危险性分析中得到应用。国家地震部门分别在海南岛北部地区（琼北）和山东南部地区（鲁南）开展了基于概率地震危险性分析方法的地震区划专项研究，并取得了宝贵经验。

在此基础上，国家组织开展了全国地震烈度区划图的编制（简称“三代图”，主编高文学、时振梁）。三代图以50年超越概率10%的地震烈度作为地震基本烈度。主要技术特色为采用了时空强全概率分析技术，引进地震空间分布函数概念，形成了以统计与经验加权为代表的地震活动性模型参数确定方法体系，发展了地震危险性概率计算方法，较好地反映了中国及邻区地震活动时空非均匀特征（时振梁，1989；国家地震局，1996）。三代图由国家建设部门和地震部门于1990年联合颁布，以此作为建设工程建设的依据，为改革开放后大规模的经济建设提供了地震安全保障，获得国家科技进步三等奖。

（四）第四代地震区划图

地震烈度只是地震破坏程度的量化指标，与抗震设计使用的地震动参数有较大差异，两者之间的对应关系具有较大不确定性。另外，烈度相差一度，地震动参数有时会相差一倍以上，地震设防科学性受到严重影响。考虑到国内外强震记录的积累，以及重大工程已经广泛使用地震动参数进行抗震设防，具备了直接采用地震动参数编制地震区划图的基础，我国组织编制了中国地震动参数区划图（简称“四代图”，主编胡聿贤、常务副主编高孟潭）。

四代图的编图参数采用了抗震设计地震反应谱的两个重要参数（地震动峰值加速度和反应谱特征周期），给出了50年超越概率10%的地震动参数区划结果。主要技术特色为，在继承完善三代图编图技术方法的基础上，着重考虑了地震活动性模型确定的不确定性，建立了地震动峰值加速度和反应谱特征周期双参数地震区划技术（胡聿贤等，2001；高孟潭，2004）。考虑到抗震设防事关人民生命财产的安全和经济社会发展全局，有必要将抗震设防纳入依法治国的轨道，四代图GB18306—2001《中国地震动参数区划图》作为强制性国家标准于2001年颁布实施，该科研成果先后获得国家科技进步二等奖、国家标准创新贡献奖一等奖。

五代图及其主要技术特色

国内外的震例表明，地震中人员伤亡的主要原因是建筑物的倒塌。如何通过地震区划提升建筑物抗倒塌能力，是体现党和国家以人为本的执政理念的重要体现，必须发展与之相适应的地震区划技术及其地震区划图的编制方法（高孟潭等，2006）。

国家科技支撑计划项目“地震防御与应急救援技术研究”所属课题“强震危险区划关键技术研究”（2006BAC13B01）针对区划图编制中的关键性技术问题，开展了强震区高震级潜在震源区划分及其震级上限判定技术、中强地震区潜在震源识别及其震级上限判定技术、大地震复发周期与年平均发生率的评价技术、近场地震动衰减关系确定技术、场地条件影响评估技术等研究，为全国地震动参数区划图编制打下了坚实的技术基础。

2007年，中国地震局正式启动新一代全国地震区划图的编制工作（图2、图3），这是我国第五次编制国家地震区划图（简称“五代图”，主编高孟潭）。经过近10年努力，GB18306—2015《中国地震动参数区划图》于2016年6月1日正式实施。

图2 中国地震局召开新一代全国地震区划图编制启动会

图3 新一代全国地震区划图（修订）审查会

该标准贯彻党中央以人为本的执政理念，以为建筑物抗倒塌提供科学依据为编制原则，防止地震造成大规模的人员伤亡。标准规定了常遇、基本、罕遇和极罕遇四级地震作用，给出了建筑物规划选址、抗震设防和应急备灾的地震动参数，其主要技术特色如下：

（一）开展地震区划关键技术攻关

1.针对基于抗倒塌设计水准地震区划中潜在震源区划分及其大震复发周期评价、大震近场地震动衰减关系确定等关键技术问题开展攻关研究，提出了潜在震源区三级划分的技术方法，在活动块体学说（张培震等，2003）的指导下，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，提出了不同构造类型潜在震源区划分与构造类比的原则以及震级上限不确定性分析方法。

2.提出了区域地震活动性分析和背景源空间光滑统计新方法，提出了综合利用古地震资料、地震资料、断层活动速率和GPS等资料确定高震级地震复发周期和年平均发生率的方法。

3.提出了新的大震近场地震动衰减关系和中强地震活动区地震动衰减关系（高孟潭等，2008；周本刚等，2013；潘华等，2013）。

上述成果为科学合理确定抗倒塌概率设计水准（50年超越概率2%）的地震动参数奠定了坚实的基础（图4）。

图4 第五代地震区划图编制依托的部分科研成果

（二）提出地震动反应谱场地影响双参数调整

系统研究了场地条件对地震动放大的影响，提出了新的工程场地类别划分标准，进一步认识不同场地特征下地震动参数的变化规律，提出了地震区划图中地震动反应谱场地影响双参数调整的研究结果（吕悦军等，2008；李小军，2013），为修订国家标准GB18306中的地震动参数场地调整方法、科学合理确定不同类型场地上的建设工程抗震设防参数提供了科学基础。

（三）提供确定四级地震作用的技术与方法

系统研究了全国不同地区基本地震作用（50年超越概率10%）与罕遇地震作用（50年超越概率2%）、极罕遇地震作用（年超越概率10-4）的比例及其与地震环境的关系（陈鲲等，2015），研究了概率地震危险性分析结果的不确定性对大震参数确定的影响，通过不同实验区地震区划图预编研究，提出了地震区划中合理确定抗倒塌概率设计水准（50年超越概率2%）地震动参数的方法和技术途径，并给出了四级地震作用确定的技术途径与方法。

（四）充分考虑不同区域抗震设防需求

考虑全国不同地区经济发展水平和对地震灾害的承受能力的差别，研究了地震区划的概率水准对工程造价的影响及其抗震费用在房屋价格中的比例（韩淼等，2009），为不同经济发展水平地区制定抗震设防水准提供了科学依据，对在全国范围内实现全面防御与重点防御相结合的战略目标具有重要作用。

（五）提供适应时代发展的公共服务产品

五代图系统性地提出了利用互联网、GIS及新媒体技术提供地震区划图公共服务的技术（图5）。

图5 五代图移动端区划参数查询与抗震设防信息采集系统

五代图应用成果

五代图于2015年6月1日以强制性国家标准GB18306—2015的形式正式实施，为全面建成小康社会和实现“双百目标”提供地震安全保障。该标准在科技进步和长期资料积累的基础上，全面消除了不设防区域，实现全面地震设防。同时依托国家重大科技项目成果，调整和提升了大型地震断裂带附近大城市的抗震设防标准。标准以附表的形式给出了乡镇一级的地震动参数，为改变农村地区房屋建筑的不设防状态，提升新农村建设水平提供了科学依据。

五代图的发布推动了各行业抗震设计规范（标准）的修订，并被广泛应用于工程设计之中。据有关部门和机构统计，五代图实施5年来，全国纳入基本建设程序的一般建设工程绝大部分都能够按照五代图提供的参数进行抗震设防，特别是城镇居民住宅，大大提升了全国一般建设工程的抗震能力（图6）。

图6 瑞丽市防震减灾局开展建设工程抗震设防专项执法检查

五代图的编图基础资料和方法体系支撑了全国86个试点县市的危险图编制，住建部门通过五代图信息服务系统，开展全国房屋和市政基础设施普查中的抗震设防标准确定工作，截至2021年6月16日，共完成1195多万次在线地震动参数查询，支撑了30余万栋建设工程的抗震设防情况的确定工作。

五代图还广泛应用于全国地震风险普查和地震易发区房屋设施加固工程，各相关行业主管部门和地方政府根据五代图确定地震易发区的范围，按其确定的抗震设防要求进行房屋设施抗震性能鉴定，并分步骤开展抗震加固工作，为公众提供了更高水平的生命安全保障。

在城市规划建设、重大建设工程规划选址等工作中，五代图的应用也取得明显成效。2015年以来，我国开展的重大工程地震安全性评价工作和区域地震安全性评价工作基本上以五代图建立的潜在震源区模型、地震活动性模型和地震动衰减关系为重要依据。在河北雄安新区选址和《河北雄安新区规划纲要》编制工作中，河北省地震局等单位充分利用五代图及其编制过程中建立的技术体系，开展了雄安新区用地适宜性评价工作，综合考虑确定了新区的抗震设防要求和《雄安新区地震安全专项规划》及《实施意见》，为雄安新区建设保驾护航。国家核电、中广核和上海核工程研究院等单位利用五代图成果，开展了核电工程规划选址工作，增强了普选工作的针对性。五代图还为核电站普选场址基本地震动峰值加速度估计和地震基本烈度确定、普选场址的成功筛选提供了重要依据，支撑了厂址地震安全性评价和风险评估工作。

五代图还广泛应用于全国地震重点监视防御区划分、全国地质灾害防治和巨灾保险模型构建的各项工作中。由此形成的我国未来10年不同概率水平的地震危险性结果，为地震灾害经济损失及人员伤亡预测提供了基础性输入，在确定2021—2030年全国地震重点监视防御区过程中发挥了关键性的基础作用。在全国地质灾害防治工作中，五代图在全国地震危险性输入的确定、地质灾害调查研究、风险评估、监测预警、综合防治和应急处置等方面发挥了不可替代的作用，同时还为全国和重点地区国土空间规划双评价、防灾抗灾救灾减灾专题研究和第一次全国自然灾害普查中的地质灾害风险评价等重点工作提供了技术支撑。

此外，五代图在推动我国地震巨灾保险工作方面也取得显著成果。“中国地震巨灾模型”是我国首个具有完全自主知识产权的巨灾模型，其中应用了五代图所建立的中国及邻区潜在震源区划分及其地震活动性参数模型、中国分区地震动衰减关系模型和分类场地地震动参数调整模型（图7）。基于上述模型，中国地震巨灾模型得到了共计3亿多个地震随机事件及其地震动影响场。五代图科学客观地描述了我国及邻区的地震危险性，成为量化评估我国地震灾害风险和保险损失等一系列工作的基础，为根本性改变我国长期完全依赖国外巨灾模型产品的历史奠定了扎实科学基础，推动了全国地震巨灾风险管理工作。

图7 中再集团与中国地震局联合发布“中国地震巨灾模型”

地震区划技术发展及六代图编制展望

地震灾害是群灾之首，大震巨灾更是国家现代化进程的迟滞性、颠覆性因素。大震巨灾风险防控与“以防为主，防抗救结合”落到实处，都需要国家地震区划图的支撑。地震区划的理念应当从减少损失为主（一代图～四代图）、减少伤亡为主（五代图）发展到减少社会经济功能损伤及快速恢复为主。保护公众生命安全是防震减灾的最起码的要求，应该从保护公众生命安全、生计安全和生活幸福更高层面上，体现以人为本的执政理念。

因此，我们需要从公众安全、国家与公众财产安全及全社会创造能力安全的视角考虑防震减灾工作，及时更新国家地震区划图，尽早筹备编制第六代国家地震区划图（简称“六代图”），做到“高精度、多危险水准、多周期”，以满足城乡地震风险精准防控、大震巨灾保险和以“保护生命、保护社会经济基本功能及缩短恢复时间”为目标的抗震设防的要求。为此必须开展相应地震区划技术的研究，主要包括：

1.发展大地震三维潜源构建技术，研发地震破裂过程地震动预测方法，为大城市、关键基础设施、大型产业基地提供更加精确的地震危险性分析结果，提升地震区划编图的精度。

2.研究考虑地震活动非均匀性的地震模型，准确反映未来大震连发造成的高风险状况，提升地震风险防控的针对性，为东部人口稠密和经济发达地区提升设防标准和风险防控能力提供科学依据。

3.研究基于数值模拟的地震动预测方法，重点研究盆地、大型沉积平原的长周期地震动预测模型与方法，为高层与超高层建筑、柔性结构、长大结构等对长周期地震动敏感的建筑提供更加科学合理的地震动参数。

4.加强海域地震区划基础研究，强化探测与调查能力，研究特殊场地条件对地震动的影响，提高滨海地区、海域等地震危险性分析和地震区划编图的科学性。实现海陆一体化编图目标。

5.研究依托地震区划模型为各种不同用户提供地震危险性服务的技术。