大同-阳高3次地震的快速评估与现场评估结果对比分析

王跃杰，牛艳杰，焦晶淼，于 潼

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

1989年大同-阳高6.1级地震后，为争取世界银行贷款，在地震区进行了与国际接轨的我国防震减灾史上第一次震害评估工作[1]。30年来，我国的震害评估工作已日臻成熟。2013年，甘肃省地震局对岷县、漳县6.6级地震进行准确的快速评估；2019年，四川省地震局对长宁6.0级地震的快速评估结果得到中国地震局的认可。

山西省地震应急评估系统建成较早，目前采用的是基于公里格网的快速评估系统。近几年来，大同市作为重点监视防御区，开展了大同阳高震区房屋、经济、人口等方面的调查，并更新数据资料。该文通过对大同-阳高3次地震进行地震快速评估计算，得出与现场评估结果的差异，分析差异产生的主要原因，提出改进建议，为今后同类地震的快速评估提供参考。

1 3次地震现场评估结果分析

1989年6.1级、1991年5.8级和1999年5.6级地震均发生在大同盆地东部的册田凹陷内，3 次地震相距2 km左右(见图1)。震区地质构造复杂，位于近EW向六棱山北麓断裂、NW向秋林-金山断裂和NNE向的大王断裂3条断裂相交的三角地带，发震构造既有一致性，又有不确定性，其烈度分区及灾害情况也有较大不同。3次地震的震害评估报告主要结果如表1所示。

图1 地震及断层分布图

表1 震害评估报告主要结果[2-4]

1.1 烈度等震线对比

将3次地震的等震线图矢量化后，同一烈度分区放在同一层中，其分布如图2所示。

图2 地震现场评估烈度分布图

1989年6.1级地震最高烈度为Ⅷ度，涉及1个村庄点。Ⅶ度、Ⅵ度展布方向呈北东-南北，Ⅴ度区近圆形。该地震受多次5级以上地震重叠破坏影响，发震构造难以确定，综合认为是大王断裂、秋林-金山断裂和六棱山北麓断裂综合影响的结果，使得该地震等震线长短轴方向为不规则的北东-南北向。

1991年5.8级地震的各级烈度圈长轴方向一致，皆为北东向，与大王断裂走向吻合，推测大王断裂是此次地震的发震构造。该地震是1989年大同-阳高6.1级地震的余震，其长轴方向与6.1级地震等震线长轴方向基本一致，Ⅶ度、Ⅵ度区位于老震区的重建区，破坏相对较轻。

1999年5.6级地震的各级烈度圈长轴方向不一致。Ⅶ度圈长轴方向为北西向，Ⅵ度圈长轴方向近东西向，Ⅴ度圈近似圆形。根据调查报告，该地震的发震构造为秋林-金山断裂，走向与Ⅶ度圈长轴方向基本一致。但Ⅵ度圈展布方向与六棱山北麓断裂走向一致。除居民地沿山前平行分布外，说明地震动衰减明显受该断裂及地貌的影响。

由图2看出，3次地震震级相差不大，但其等震线面积及长轴方向相差较大。其中，1991年5.8级地震Ⅶ度圈是1999年5.6级Ⅶ度圈的四分之一，Ⅵ度圈是1999年5.6级Ⅵ度圈的三分之一，Ⅵ度、Ⅶ度区范围明显异于其他两次地震。这是因为1989年地震后，灾区重建的房屋具有一定的抗震性能，但随着时间加长和1991年5.8级地震的影响，使房屋的抗震性能逐渐下降。因此，通过房屋破坏程度来确定地震烈度时，应加大房屋建造年代的权重，并考虑震区近年来的震例。另外，虽然六棱山北麓断裂明显为3次地震的控震构造，但破坏方向却各不相同，说明对于6级及以下地震，用区域大断裂来确定其影响场方向存在明显不足，还必须依靠次级隐伏断裂和历史震例来辅助确定其长轴走向。

1.2 人员伤亡及直接经济损失对比

1989年6.1级地震造成15人死亡，1991年5.8级地震未直接造成人员死亡(逃跑避震不当间接死亡1人)，1999年5.6级地震有10人重伤，未造成人员死亡。

从表1可以看出，死亡人数、重伤人数与房屋倒塌数量相关，但死亡人数，尤其个位数的预测则具有较大随机性。1989年地震造成重伤与死亡的比例约5，1991年为1，1999年为无穷大。因此，建立一套合理的推算死亡与重伤比的模型难度较大。

直接经济损失与房屋的破坏程度密切相关。同样地区，并不是震级越大房屋破坏越重大，但单位面积的破坏导致的直接经济损失是逐年增加的。这既反映了经济的发展，也反映了物价和人力成本的上涨。基于房屋建筑抗震性能和建造单价确定的经济损失模型，要注意建造单价数据的及时更新。

2 快速评估结果与现场评估结果的对比分析

根据3个震害评估报告的经纬度及震级，采用基于公里格网的地震应急快速评估系统对这3次地震进行快速评估计算。结果显示，3次地震计算得到的影响场地方向、面积，人员伤亡、直接经济损失均与现场评估结果相差较大。

2.1 影响场与烈度等震线分区比较

将影响场与地震现场烈度等震线图放在同一图中(见图3)，其主轴方向与各级面积如表2所示。

表2 快速评估与现场评估影响场结果对比

图3 快速评估与现场评估烈度分布对比图

可以看出，影响场与烈度等震线图方向完全一致的是1999年Ⅵ度圈，基本一致的是1991年的Ⅵ度圈和Ⅶ度圈，相差较大的是1989年，Ⅵ、Ⅶ度烈度圈方向均不一致。方向的差异主要显示了发震构造的判别。1991年的影响场与烈度等震图发震构造均为大王断裂，1989与1999年则均受多条构造影响。1989年的烈度等震线图是几次5级以上地震叠加的结果，其发震构造受EW向六棱山北麓断裂、NNE大王断裂和NNW秋林-金山断裂共同控制。1999年极震区受秋林-金山断裂控制，Ⅵ度区则受EW向六棱山北麓断裂及山脉地貌控制。由此可见，实际地震灾害往往受多条断裂控制，而目前系统模型是受单条断裂方向控制，未考虑震中附近其他方向的断裂控制。因此，未来的研究应考虑多条断裂影响下的影响场。

从各级烈度破坏面积来看，影响场计算面积普遍大于实际烈度等震线图的面积。其中，1991年的各级面积比接近5倍。主要原因为计算未考虑房屋建筑、人员分布和地貌的影响；所用的衰减关系未考虑震源深度的影响；衰减关系不一定适合局部地区的衰减规矩。因此，对于震例较丰富的地区，应单独进行烈度衰减关系回归。

2.2 人员伤亡及经济损失比较

目前，快速评估和现场评估的经济损失评估方法是一致的，均是基于各类房屋的破坏来计算。不同的是，现场评估是根据实际调查的破坏面积来计算，快速评估系统采用的是全省统一的震害矩阵来计算。现场评估的人员伤亡来自实际调查，快速评估的人员伤亡是在基于倒塌和严重破坏房屋的基础上运用统计模型得到。快速评估与现场评估直接经济损失及人员伤亡数据如表3所示。

表3 快速评估与现场评估直接经济损失及人员伤亡对比表

可以看出，在人员伤亡方面，3次地震的快速评估结果均接近实际评估结果；经济损失方面， 1989年和1991年2次地震的预测结果均比较准确，1999年5.6级地震现场结果与预测结果比值达4。而快速评估系统并未考虑多次地震叠加造成震害成倍加大的情况。

3 结论与讨论

通过以上对比分析，可得出如下结论：

(1) 地震现场破坏复杂，相距2 km的3次地震的现场评估结果在影响场地方向、面积、人员伤亡和经济损失方面都毫无规律可言。

(2) 影响场与现场评估得到的各级烈度分区面积相差较大，主要是因为目前的衰减关系未考虑震源深度；另外，全国尺度的衰减关系不一定适合山西局部地区，建议增加多个当地衰减关系以供选择。对于大同这样震例丰富的地区应该结合周边一些中强破坏性地震震例进行衰减关系回归，得到适合该区域的中强地震衰减关系。

(3) 影响场方向相对于现场评估烈度圈而言，方向单一，不符合实际情况。建议对于发震构造丰富的地点，影响场方向除考虑主方向外，还要充分考虑其他方向的构造及居民分布、人员分布和地形地貌等影响因素。

(4) 系统计算得到1999年地震造成的直接经济损失相差较大，其影响场总面积比为2，直接经济损失结果比为4，单位面积直接经济损失的最终快速评估与现场评估结果相差8倍以上。快速评估系统的房屋建筑数据库是最近几年的房屋建筑数据，其抗震能力应该比20年前提高许多，直接经济损失适当降低是合理的，但相差8倍以上主要还是因为系统缺乏历史震害叠加的考虑。另外，历史震害的叠加还会影响到影响场的方向和范围，受灾房屋和人员数量都复杂许多。建议在系统中增加多震叠加模型，便于在多震情况下评估系统依然能完成叠加计算。

(5) 系统计算得到人员死亡数据与现场评估数据基本一致，受灾面积则相差较大。死亡人口相差不大的原因主要是导致死亡的老旧土木房屋和窑洞在灾区已经全部改建为砖木结构，其抗震性能有较大提高。同时，建议在系统模型内考虑老震区受灾群众的震后主观自救能力的影响。

(6) 一些断裂在局部转折、交叉、端部地段发生地震后，影响场地方向难以判断。因此，要根据震中地形地貌、人员分布等综合判断，这时应增加人为干预过程。同时，要加快建设震例数据库，对于发生历史地震的老震区，借鉴前人的工作成果，对新发生地震的快速评估结果实现在系统内进行干预。

(7) 从3次地震的快速评估结果来看，其损失主要受震级影响。这是因为目前的快速评估系统中采用的是统一的衰减关系和建筑破坏矩阵。对于同一地区，主要结果变化不大，但如果是不同地区，则会与实际结果有较大出入。建议根据山西省已有的建筑物抗震性能分析结果数据，建立不同分区的建筑破坏矩阵。