汶川 8.0級地震陜西災區震害特征分析＊

張宇翔,袁志祥

(陜西省地震局,西安 710068)

汶川 8.0級地震陜西災區震害特征分析＊

張宇翔,袁志祥

(陜西省地震局,西安 710068)

分析了汶川 8.0級地震對陜西造成的災害損失及震害特點。結合陜西災區地震地質構造與區域環境背景,研究了陜西不同烈度區的震害特征和汶川地震在寶雞市陳倉區和西安市市區形成的烈度異常破壞現象,并進一步探討了防震減災的相關問題。

汶川 8.0級地震;地震災區;震害特征;對策分析;陜西

0 引言

汶川 8.0級地震災區最高烈度為Ⅺ度,地震波及四川、甘肅、陜西、重慶、云南等 10個省(市)417個縣(市、區)、4667個鄉鎮、48810個村莊,災區面積 5×105km2,受災群眾 4625萬人。地震造成 69227名同胞遇難,17923名同胞失蹤(鄧起東,2008)。很多專家對汶川地震在四川、甘肅、云南等省造成的災害進行過研究(都吉夔等,2008;李志強等,2008;石玉成,盧育霞,2009;施偉華等,2008),但針對陜西災區的震害特點的研究卻不多,本文對此作重點分析。

受汶川 8.0級主震和較強余震的破壞,陜西10個設區市不同程度受災,涉及 92個縣、1022個鄉鎮、9357個行政村,受災人口 326.56萬人,因地震災害死亡 125人、受傷 3390人,直接經濟損失達 245億元人民幣。與四川毗鄰的漢中、寶雞兩市災情嚴重,地震烈度達Ⅶ度的有 4個縣(區),另有 24個縣(區)及漢中、寶雞和西安 3市(區)地震烈度達Ⅵ度。地震造成陜西漢中市寧強、略陽、勉縣和寶雞市陳倉區 4個重災縣(區)的大量居民住宅倒塌或破壞,公用設施嚴重受損,災區交通、電力、通訊等一度中斷,山體滑坡、崩塌等地質災害險情加劇(彭晉川,陳維峰,2008;陜西省地震局地震現場工作隊,2008a)。

1 陜西總體震害

1.1 人員傷亡較多

汶川 8.0級地震造成陜西省 125人死亡,3390人受傷。按地域劃分(陜西省地震局地震現場工作隊,2008b),漢中死亡 49人、寶雞 33人、西安 27人、咸陽 12人、安康 4人。按照死亡原因劃分,因圍墻倒塌致死 47人,占死亡總人數的38.5%,煙囪、房屋倒塌致死 37人,占死亡總人數的 30.3%,建筑工地發生塔吊折斷、墜落等意外致死 7人,占死亡總人數的 5.7%,山上落石致死 6人,占死亡總人數的 4.9%,電桿倒地以及電擊致死 5人,占死亡總人數的 4.1%,跳樓致死 4人,占死亡總人數的 3.3%,高處墜落死亡 4人,占死亡總人數的 3.3%,逃離過程中摔傷經醫治無效死亡 3人,占死亡總人數的 2.5%,因地震引發山體滑坡、煙囪倒塌、發病致死各 6人,占死亡總人數的 4.9%,因墜物砸傷、溺水、踩踏致死各 3人,占死亡總人數的 2.5%。

1.2 房屋大量倒塌、損壞

地震造成陜西災區農村房屋倒塌 7.14萬間,嚴重危房 26.18萬間,一般受損房屋 69.68萬間。4個重災縣(區)土木結構房屋倒塌和毀壞嚴重,主要表現在房屋墻體普遍開裂,屋頂大面積掉瓦,位于山區河畔或半山腰的房屋遭受的破壞更加嚴重;磚木、磚混結構房屋墻體大部分開裂,部分承重墻受損,普遍呈現 X型裂縫,部分墻體外閃倒塌;跨度較大的教學樓、醫院等破壞較重;框架結構房屋外墻瓷片脫落,填充墻開裂、變形,出現 X型裂縫,建筑物梁柱連接處受損(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

1.3 基礎設施和文物嚴重受損

省內公路、鐵路受損嚴重,部分公路、鐵路交通曾一度中斷。9條高速公路、38條國省道、715條農村公路不同程度受損,共計 10 717 km,公路邊坡塌方、落石及擋土墻垮塌 7310處,路基沉陷 519處,橋梁 790座、92606余米、涵洞 463道、隧道 35座、13018余米出現裂縫。西安鐵路局管內線路受損 562處,寶成鐵路交通中斷。7個電廠不同程度受損,影響電力輸出 7.3×105kW。35 kV以上 11臺變壓器和 10 kV以上 109條線路受到不同程度影響,累計損失負荷 1.87×106kW。通信、供水等系統受到不同程度損壞。86處文物保護單位受災,其中,國家重點文物保護單位 35處,陜西省文物保護單位 35處。國有可移動文物(又稱館藏文物)損壞達 307件,其中屬國家三級以上的珍貴文物 99件(包括一級文物 11件,二級文物 31件)。

1.4 病險水庫險情加重

5座中型水庫、122座小型病險水庫險情加劇。79處 41 km長的堤壩、35個水文站和 4623座(處)水利設施受損。84個縣(區)的上千處城鄉供水設施受損或出現嚴重隱患。

1.5 工農業生產受到嚴重影響

全省共有 882戶工業企業受損,其中呈規模的企業 554戶,直接經濟損失 19.9億元。2740座蔬菜大棚、44933 hm2農田、468座灌溉排澇設施、387 km渠道受損,24.18萬只家禽和 2.07萬頭(只)牲畜死亡。

1.6 地質災害隱患加劇

地震使全省原有的 8711處地質災害隱患點險情進一步加劇,引發崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫等地質災害 302起,新發現地質災害隱患點284處。寧強縣燕子砭鎮廟子嶺滑坡帶裂縫加大,嚴重威脅寶成鐵路線安全;略陽縣城鳳凰山滑坡地段出現新裂縫,直接威脅著 2萬多城區群眾和20余家企事業單位的安全。

2 汶川 8.0級地震對陜西的影響烈度及其破壞特征

2.1 汶川 8.0級地震對陜西的影響烈度

汶川 8.0級地震烈度等震線長軸為 NE向,與龍門山斷裂帶的走向一致(鄧起東,2008)。陜西省地震局現場工作隊(2008a,b)對本次地震在陜西境內的破壞進行了較大范圍調查,涉及陜南和關中的 28個縣(區),工作人員現場烈度調查與強震記錄分析結果相結合,研究認為:汶川 8.0級地震在陜西省境內的破壞烈度主要為Ⅷ～Ⅵ度,烈度區長軸方向總體呈 NE向,短軸方向為 NW,在寶雞、西安等地區出現烈度異常區(圖 1)。

圖 1 汶川 8.0級地震烈度分布圖(喬建平等,2009)Fig.1 Intensity distribution of theM8.0 Wenchuan earthquake(Qiao,et al,2009)

2.2 汶川地震在陜西各烈度區的震害特征及烈度異常區成因分析

2.2.1 陜西各烈度區的震害特征

汶川 8.0級地震在陜西省境內形成Ⅷ度、Ⅶ度、Ⅵ度、Ⅴ度烈度區。各烈度區地表勻無明顯破裂痕跡,但房屋建筑及城鄉基礎設施破壞嚴重。在Ⅵ度區、Ⅴ度區還分別出現Ⅶ度、Ⅵ度高烈度異常區(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

(1)Ⅷ度區主要集中在寧強縣西南角。地震發生時人們普遍感覺頭暈,聽到很大的轟鳴聲,站立不穩,無法跑動;大部分土木結構房屋倒塌和毀壞;磚木、磚混結構房屋縱橫墻體大部分開裂,老舊房屋墻體有酥化,跨度較大的教學樓破壞較重;框架結構房屋外墻瓷片脫落、填充墻出現裂縫,梁柱連接處嚴重受損。位于河邊或半山腰的各類房屋破壞更加嚴重,混凝土地面裂縫明顯。沿NE方向廣坪鎮、安樂河鎮、燕子砭鎮、陽平關鎮和代家壩鎮一線房屋震害嚴重,而遠離 NE走向斷裂兩側的房屋震害相對較輕,震害嚴重鄉鎮分布位置上與陽平關—勉縣斷裂帶走向基本一致(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

(2)Ⅶ度區包括略陽、勉縣以及寧強、南鄭、留壩、漢臺區和漢中市區。區內土木結構房屋少數倒塌,大部分墻體開裂、屋頂掉瓦毀脊,部分墻體變形、破裂、傾斜,少數墻體倒塌或屋頂塌落。建在河漫灘上或獨立山丘上的此類房屋破壞較重;磚木、磚混結構房屋墻體部分出現裂縫,做過抗震設計的房屋輕微破壞或基本完好。部分跨度較大的教學樓破壞相對較重,沒有做過抗震設計的一層或二層磚混房屋破壞相對較重。有些磚混房屋從外部看似乎完好,而屋內墻體裂縫縱橫,破壞嚴重;框架結構房屋只有少數伸縮縫開裂,外貼瓷片脫落,也有填充墻開裂或墻體破裂變形出現 X形裂縫的現象,房屋基本完好。村民院落的磚圍墻普遍倒塌,此類震害導致的人員傷亡現象嚴重。另外,在Ⅶ度區,地震時還出現了噴沙冒水、砂土液化、崩塌、滑坡等震害現象(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

(3)Ⅵ度區主要包括漢中市東部、寶雞大部、咸陽和安康西部地區的 18個縣。區內土木結構房屋個別局部倒塌,有的開裂現象嚴重,多數有掉瓦現象,部分墻體出現裂縫。個別抗震性能極差的房屋倒塌;磚混和磚木結構房屋無倒塌和嚴重破壞現象,但有的墻體出現少量裂縫;框架結構房屋無倒塌,部分框架結構填充墻出現裂縫,梁、柱基本完好。Ⅵ度區內的少量水塔出現水平或斜裂縫。在Ⅵ度區出現了寶雞陳倉區Ⅶ度異常區(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

(4)Ⅴ度區主要包括永壽縣、禮泉縣、戶縣、寧陜縣、石泉縣和鎮巴縣等縣市。該區房屋破壞不明顯。室內靜止的多數人感覺有點頭昏,門窗輕微作響,桌上器物輕微晃動,行走、騎車、開車的人未有感覺。土木房屋有個別檐瓦掉落現象,磚混房屋個別墻體有微細裂紋,有墻皮掉落;在Ⅴ度區內的西安市區出現了Ⅵ度異常區。

陜西強震臺網在此次汶川地震中產出了很好的強震記錄(舒優良,2008)。記錄顯示:汶川8.0級大地震發生時,臺網中的 15個子臺記錄到的地面水平峰值加速度(EW 向)在17～54.2 cm/s2之間變化(表 1),平均 30 cm/s2。中國地震烈度表(GB/T 17742-1999)Ⅴ度區水平峰值加速度區間值為 22～44 cm/s2,平均為31 cm/s2。

表 1 陜西強震臺網 15個子臺記錄到的汶川 8.0級地震Ⅴ度區的水平峰值加速度Tab.1 Peak values of horizontal acceleration of the M8.0 Wenchuan earthquake at the different seismic stations in the areas of intensity V

2.2.2 高烈度異常區震害特征及成因分析

在西安市的Ⅳ度烈度異常區,室內大多數人首先感到頭暈,隨后明顯感覺到搖晃。樓房低層的人多數驚慌跑出。高層建筑內,人無法站立,櫥柜、書架中的物品被甩出。正在駕車的人以為汽車爆胎。少數老舊土木房屋倒塌,部分出現裂縫。少數磚混房屋出現裂縫。框架和高層框剪結構房屋填充墻開裂(圖 2)。市區有 24座建筑塔吊也在地震中倒塌或折斷(圖 3)。地震時還有人看到田間油菜、麥苗隨地震波起伏。西安市藍田縣普化鎮楊斜村、三里鎮陳家崖灞河河漫灘上有砂土液化現象(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

圖 2 西安市一高層建筑破壞情況Fig.2 Damage of a high-rise building in Xi'an

圖 3 西安市一建設工地正在施工的塔吊折斷Fig.3 A tower crane broke in operation at a construction site in Xi'an

西安市區內的強震臺站記錄顯示(舒優良,2008):西安市區的水平峰值加速度值集中在 50～58 cm/s2之間(表 2),這與中國地震烈度評定表中Ⅵ度區水平峰值加速度評定值范圍 45～89 cm/s2基本一致,證明西安市區的地震烈度為Ⅵ度。

表 2 陜西強震臺網 4個子臺記錄到的汶川 8.0級地震西安Ⅵ度異常區的水平峰值加速度Tab.2 Peak values of horizontal acceleration of theM8.0 Wenchuan earthquake in areas with abnormal intensity Ⅶin Xi'an

在寶雞市陳倉區烈度異常區,群眾普遍震感強烈,驚慌跑出室外。多數人頭發昏、發暈,聽到門窗作響,行人走路困難。磚混房屋承重墻體出現多處明顯裂縫,框架結構房屋部分構造柱有裂縫,填充墻有多條裂縫;大部分磚混、框架樓東西墻體開裂現象嚴重(圖 4、圖 5),承重柱、梁傾斜錯動,錯距 1～5 cm;大部分建筑被破壞并出現 X形裂縫(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b)。

圖 4 寶雞市陳倉區東西大街某轉角樓破壞嚴重Fig.4 Heavy damage of a corner house in the Dongxi street in Chencang District of Baoji City

圖 5 寶雞市陳倉區東西大街中國銀行大樓破壞Fig.5 Damage of a building of Bank of China in the Dongxi street in ChencangDistrict of Baoji City

汶川 8.0級地震發生時,陜西強震臺網的寶雞市子臺和陳倉區子臺的水平峰值加速度記錄(表3)分別為 119.3 cm/s2和 91.3 cm/s2(舒優良,2008),與中國地震烈度評定表中Ⅶ度區水平峰值加速度(90～177 cm/s2)的評定值一致。

表 3 陜西強震臺網 2個子臺記錄到的汶川 8.0級地震寶雞Ⅶ度異常區的水平峰值加速度Tab.3 Peak values of horizontal acceleration of theM8.0 Wenchuan earthquake at the different seismic stations in the areas with abnormal intensity Ⅶ in Baoji

陜西省地震局工程地震勘察研究院(2008)在震后對寶雞市陳倉區地震烈度異常區進行的地震工程地質勘察結果顯示:陳倉區震害異常帶內無地基失效現象發生;地層連續、穩定,沒有發現斷層活動錯斷地層跡象,場地穩定性良好;該地區地下 10 m以內主要為填土、黃土、古土壤和粉質粘土,10 m以下為圓礫、卵石層;有部分地段場地屬自重濕陷性黃土,其余均為非自重濕陷性黃土,地基濕陷等級較低。該地區地下水位埋藏深度為 24 m,20 m深度范圍內無可液化的土層。舒優良(2008)研究認為該地區出現高烈度異常的原因有兩個:一是該地區位于龍門山斷裂向北東方向破壞的擴展方向上,受到地震時一系列破壞子源的疊加影響,加重了對建筑物的破壞程度;二是該地區局部地段分布有較厚的軟弱地層,這些軟弱地層對地震波進行了明顯的放大,加重了地面建筑物的損壞程度。這一觀點被不同強震觀測點上的強震加速度記錄所證明。在同等條件下,土層場地強震加速度記錄是基巖場地的 2～3倍,如建在基巖上的湯峪、乾陵和長安強震臺的記錄比其他強震臺的記錄明顯偏小。

3 結語與建議

汶川 8.0級地震陜西災區的震害特點與四川、甘肅、云南等災區有所不同(陜西省地震局地震現場工作隊,2008a,b;舒優良,2008;張森等,2008;陜西省工程地震勘察研究院,2008;胡聿賢,1999),陜西秦巴山區與關中渭河盆地遭遇同一次地震災害破壞的程度也存在明顯差異,因為關中盆地特殊的地層結構、地質構造對發生在周邊地區大震的選擇性破壞效應現象突出。分析汶川地震的破壞特點,對防震減災工作有借鑒作用。

3.1 結語

研究認為,汶川 8.0級地震在陜西造成嚴重震害并在寶雞市陳倉區和西安市區造成高烈度異常破壞的原因如下:

(1)汶川地震是一次低速率、長周期和高強度的巨大地震,釋放能量巨大,影響范圍廣,破壞強度高(陜西省地震局,2009;樊躍新等,2009),造成陜西部分地區出現選擇性高烈度破壞異常。

(2)汶川地震斷層錯動時間長(汶川地震為22.2 s,唐山地震為 12.9 s)(鄧起東,2008;都吉夔等,2008;李志強等,2008),由于斷層錯斷時間長,建筑物的擺動持續時間就長,遭受破壞的程度相應增大。

(3)龍門山斷裂沿NE方向破裂,能量傳播與斷裂破裂方向一致,從而形成沿北東方向一系列地震波疊加子源,對陜西地區造成嚴重破壞并在關中盆地內某些區域(如寶雞、西安)形成地震高烈度異常區。

3.2 建議

(1)汶川地震的震害特征表明,處于龍門山斷裂帶上的建筑物破壞嚴重(李志強等,2008),建議在陜南秦巴山區,建造房屋住宅要注重選址,避開有斷層通過的區域。

(2)加強陜南地區地震監測與構造活動性研究。一直以來,陜南秦巴山區被認為是“區域局部差異運動微弱,地震活動水平較低,無 5級以上歷史地震記載,屬弱震、少震區”(陜西省工程地震勘察研究院,2008)。汶川地震前,陜西漢中地區強震觀測臺網的布設是一個空白,缺乏汶川 8級地震強震記錄及地震活動性監測,對研究該地區地震動的工程特性留下遺憾。在地震災區恢復重建項目實施中,應當重視這一地區強震觀測臺網的建設工作。

(3)重視相鄰地區大地震對關中盆地的地震動影響特性研究。關中盆地主要位于渭河斷陷構造帶上,歷史地震強度大、頻度高,僅 7級以上強震就有 8次,且幾乎都發生在斷陷盆地內,如1556年陜西華縣大地震。研究認為該區是未來強震發生的重要地帶,具有強震孕震的構造背景。長期以來,關中盆地工程地震研究及工程抗震設防重點考慮本區域地震的影響。從汶川 8.0級特大地震對關中盆地內大中城市特別是西安市區和寶雞市陳倉區造成的烈度異常與嚴重破壞來看,結合國內外大震烈度異常區重復性例證(胡聿賢,1999;陜西省地震局,2009;樊躍新等,2009),應進一步研究近震與遠、大地震對關中盆地不同類型建筑物的差異性破壞特性,在注重本地區未來地震影響的同時,充分考慮周邊距離遠、強度大的地震的破壞效應。通過開展對烈度異常區建筑物破壞機理的研究,探尋地震致災因素,從抗震理念出發,加強構造措施、增強建筑物結構整體性、嚴把施工質量關,更有針對性地對建筑物進行抗震設計與加固,提高建筑物整體抗震能力。

(4)通過總結汶川地震的經驗教訓,進一步加大防震抗震與避震、自救與互救知識的宣傳普及力度。汶川大地震抗震救災實踐證明,加強防震減災知識普及教育力度是減輕震災傷亡的有效途徑,應將防震減災知識宣傳教育納入國民教育體系,在各級各類學校和廣大民眾中大力宣傳,廣泛普及地震科普知識與避震自救互救常識(樊躍新等,2009;段鋒,袁志祥,2009)。

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Analysis on the Characteristics of Earthquake Damages of the MS8.0 Wenchuan Earthquake in the Affected Area in Shaanxi

ZHANG Yu-xiang,YUAN Zhi-xiang
(Earthquake Administration of Shaanxi Province,Xi'an710068,Shaanxi,China)

The characteristics of losses and dam ages in Shaanxi Province caused by MS8.0 Wenchuan earthquake are analyzed.O n the basis of geological tectonics and regional environmental setting of Shaanxi, the characteristics of earthquake dam ages in the areas with different seismic intensities in Shaanxi and intensity anomalies in Chencang district of Baoji City and X i'an City are studied.some problem s related to earthquake preparedness and disaster reduction are discussed too.

MS8.0 Wenchuan earthquake; earthquake-stricken area; characteristics of earthquake damage; countermeasures;Shaanxi Province

P315.9

A

1000-0666(2010)03-0329-07

2010-01-19.

中央財政地震災后恢復重建基金項目資助 .