第五代與第四代區劃圖山西省域部分差異性初步研究

馬秀芳，薛曉東，曾金艷，趙向佳，丁學文

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025）

0 引言

山西省歷史地震活動頻度較高，強度較大，災害比較嚴重，地震引起的建筑物破壞和倒塌是造成人員傷亡和經濟損失的主要原因。只有確定科學合理的抗震設防要求，并按照抗震設防要求和抗震設計規范進行抗震設計的建筑物才具備一定的抗震能力，而大量的一般建設工程是按照全國地震區劃圖進行抗震設防［1］。第四代和第五代地震動參數區劃圖山西省域部分之間存在一定的差異，只有明確兩代區劃圖的差別所在，才能做到更好的應用。

1 數據與方法

在ArcGIS軟件中，分別導入第四代和第五代地震動參數區劃圖（來自中國地震局地球物理研究所），進行配準、矢量化，得到山西省域部分兩代矢量化區劃圖。使用疊加分析功能identity，分別對峰值加速度區劃圖和特征周期區劃圖疊加分析，得到兩幅對比圖（見圖1、圖2）和兩代圖之間的變化面積數據，運用圖形和數據對兩代區劃圖的時空差異進行分析研究。

2 兩代區劃圖之間的變化特征分析

兩代區劃圖之間的變化表現在時間和空間上。

2.1 兩代區劃圖之間的空間變化

山西省域部分兩代地震動峰值加速度區劃圖的空間變化由圖1從中間向兩側看起，最大的變化是增加了0.30g，位于洪洞地區；0.20g區域明顯增加，其周邊地區由原來的0.15g提高到0.20g；山西北部在右玉西北由0.10g增大為0.20g；山西西側的0.05g區域基本保持了原來的形狀，東部有小部分增加；山西東側0.05g區域形狀變化明顯，和順縣周圍地區明顯縮小。

山西省域部分兩代地震動反應譜特征周期區劃圖的空間變化為：0.35s區域消失；0.45s區域形狀發生一定變化，在山西北部朔州—應縣—渾源方向伸出一個長長的“觸角”；原來的盂縣附近0.45s地區與南部的榆社—陽城0.45s大面積地區連為一體，鄉寧、稷山、曲沃等地也由原來的0.40s提高到0.45s，并與其他0.45s區域連成一個大區域（見圖2）。

另外，山西省抗震設防要求變化在城市中表現得較為突出，抗震設防要求變化較大城市如第27頁表1所示，4個城市由原來的0.05g提高到0.10g，10個城市由原來的0.15g提高到0.20g，洪洞由原來的0.20g提高到0.30g。

2.2 兩代區劃圖之間的時間變化

從第四代圖到第五代圖，地震動峰值加速度和地震動反應譜特征周期都有一定的變化，另外，新一代區劃圖明確給出城鎮的地震動參數，具體分析如下。

2.2.1 地震動峰值加速度區劃圖山西省域部分主要變化

圖1 山西省域部分第四代與第五代地震動峰值加速度區劃圖對比Fig.1 Comparison of the fourth and the fifth seismic peak ground acceleration zonations in the area of Shanxi Province

從第四代圖到第五代圖，山西省域部分由原來的4級檔（0.05g、0.10g、0.15g和0.20g）變成了5級檔（0.05g、0.10g、0.15g、0.20g和0.30g），具體變化如圖1所示。通過ArcGIS對具體數據分析，得到加速度增大地區的面積（0.05g～0.10g、0.10g～0.15g、0.10g～0.20g、0.15g～0.20g和 0.20g～0.30g）為保持加速度不變（0.05g、0.10g、0.15g和0.20g）地區面積的0.26倍；加速度降低地區的面積（0.10g～0.05g、0.15g～0.10g）為保持加速度不變（0.05g、0.10g、0.15g和0.20g）地區面積的0.02倍。加速度值面積增加的特征為：（0.15g～0.20g）＞（0.10g～0.15g）＞（0.05g～0.10g）＞（0.10g～0.20g）。

2.2.2 地震動反應譜特征周期區劃圖山西省域部分主要變化

圖2 山西省域部分第四代與第五代地震動反應譜特征周期區劃圖對比Fig.2 Comparison of the fourth and the fifth seismic corner period of the seismic response spectrum zonations in the area of Shanxi Province

第四代地震動反應譜特征周期區劃圖中，山西省域部分有0.35s、0.40s和0.45s三個值，而第五代圖中只有0.40s和0.45s兩個值。總的來說，反應譜特征周期有所增加，具體表現在：0.35s提高到0.40s或者0.45s，部分地區由0.40s提高到0.45s，局部地區由0.45s降到0.40s（見圖2）。通過對兩代地震動反應譜特征周期區劃圖變化的面積數據統計分析得到：0.35s～0.40s增加的面積為（0.35s～0.45s）增加面積的11.58倍；0.35s～0.40s增加的面積為（0.40s～0.45s）增加面積的1.19倍，可見，0.35s～0.40s增加的面積和（0.40s～0.45s）增加面積相當，0.35s～0.45s增加面積只占很小一部分。反應譜特征周期總提高（0.35s～0.40s、0.35s～0.45s和0.40s～0.45s）面積為降低（0.45s～0.40s）面積的7.56倍。反應譜特征周期總提高（0.35s～0.40s、0.35s～0.45s和0.40s～0.45s）面積為保持不變（保持0.40s、0.45s）面積的0.56倍。

2.2.3 地震動參數區劃圖山西省域部分主要增加內容第五代區劃圖增加了《鄉（鎮）及縣級人民政府所在地城鎮地區Ⅱ類場地地震動峰值加速度和地震動加速度反應譜特征周期表》①標準編制工作組.國家標準GB 18306—2001《中國地震動參數區劃圖》修訂說明，2012：1－2.，明確給出城鎮的地震動參數，第27頁表2顯示的是山西省婁煩縣及所有鄉鎮的地震動參數值②中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會.國家標準《中國地震動參數區劃圖》，2012：13.。新區劃圖列出了每一個鄉鎮的地震動參數值，區劃結果更精確，使用起來更方便高效。如，進行工程場地地震安全性評價工作時，場地不僅僅在市區，很多涉及鄉鎮的地方，新區劃圖增加了鄉鎮的參數，可以快速地明確位于鄉鎮場地的抗震設防烈度等參數。

表1 山西省抗震設防要求變化較大城市Table.1 Cities where requirements for seismic resistance change in Shanxi Province

表2 山西省婁煩縣及所有鄉（鎮）的地震動參數值Table.2 Seismic ground motion parameters in Loufan County and all its villages and towns，Shanxi

3 結論

本文運用ArcGIS軟件，在配準、矢量化第四代和第五代地震動參數區劃圖的基礎上，運用疊加分析功能，分析第四代和第五代地震動參數區劃圖的主要變化，并形成地震動加速度區劃圖和地震動反應譜特征周期區劃圖對比圖，形象直觀地反應兩代區劃圖的空間變化。

山西省域部分兩代地震動峰值加速度區劃圖的最大變化是增加了0.30g，位于洪洞地區；0.20g區域明顯增加，山西北部右玉西北由0.10g增大為0.20g；山西東側0.05g區域形狀變化明顯。山西省域部分兩代地震動反應譜特征周期區劃圖的空間變化為：0.35s區域消失；0.45s區域形狀發生了較大變化：山西北部朔州—應縣—渾源方向伸出一個長長的“觸角”。原來的盂縣附近0.45s地區與南部的榆社—陽城0.45s大面積地區在第五代圖中連為一體，鄉寧、稷山、曲沃等地也由原來的0.40s提高到0.45s，并與其他0.45s區域連成一個大區域。

通過具體數據的統計分析，得到加速度增大地區的面積為保持加速度不變地區面積的0.26倍；加速度降低地區的面積為保持加速度不變地區面積的0.02倍。加速度值面積增加方面，也表現出一定的特征。反應譜特征周期總提高面積為降低面積的7.56倍，為保持不變面積的0.56倍。0.35s～0.40s增加的面積和0.40s～0.45s增加面積相當，0.35s～0.45s增加面積只占很小一部分。

［1］胡聿賢，高孟潭，杜 瑋，等.GB 18306—2001《中國地震動參數區劃圖》宣貫教材［M］.北京：中國標準出版社，2001：1.