基于震源機制解的分區地震烈度衰減關系研究1

鄭　韻姜立新楊天青劉　杰1）福建省地震局，福州 350003中國地震臺網中心，北京 100045

基于震源機制解的分區地震烈度衰減關系研究1

鄭韻1）姜立新2）楊天青2）劉杰2）
1）福建省地震局，福州 350003
2）中國地震臺網中心，北京 100045

鄭韻，姜立新，楊天青，劉杰，2016.基于震源機制解的分區地震烈度衰減關系研究.震災防御技術，11（2）：349—359. doi：10.11899/zzfy20160218

根據中國大陸構造應力場分區，本文擬合不同震源機制解的烈度衰減關系，收集了我國西部198次5.0級以上震例，共419條的等震線記錄；東部47次5.0級以上震例，共84條等震線記錄，采用橢圓模型進行衰減關系擬合，得到了地震烈度隨震級和長短軸長度的衰減關系。文章初步分析了幾種震源機制地震烈度衰減規律的差異，以西部地區為例，對比了西部走滑型、逆斷型烈度衰減關系和汪素云西部衰減關系與實際值之間的差距。本文研究結果表明，區分發震方式的烈度衰減關系長短軸可以作為應急地震影響場的修正因子，在震后幾小時得到震源機制解時，對烈度圈長短軸進行初步修正。

烈度衰減關系震源機制解構造應力場分區

引言

地震烈度衰減關系在抗震設防和震后烈度快速評估等工作中，具有重要的實際意義。我國幅員遼闊，地質結構復雜，很多研究者已對不同地區、不同地質構造環境的地震烈度衰減關系進行了研究，得出了適用于各個地區的統計關系。汪素云等（2000）將中國分為東、西部兩個區，建立了分區的烈度衰減關系；有些研究人員考慮了地質構造環境和震害分布特點，將川滇地區分為西南地區和盆地地區，分別確定了烈度衰減規律（雷建成等，2007；孫繼浩等，2011）；譚明等（2011）分不同時段和區域，得到了符合新疆地區的衰減關系。但是，除近地表環境對地表強震動有很大影響外，震源破裂方式也會對烈度的衰減特性造成影響。以往的研究中，缺乏考慮因地震破裂方式不同造成的烈度衰減規律的差別。本文將根據中國大陸構造應力場分區（謝富仁等，2004），回歸擬合不同震源機制解的烈度衰減關系，為地震應急救援提供參考。

1　大陸構造應力場分區和震例選取

在區域構造應力作用下地殼應變能積累到一定程度時造成的斷層錯動，就是地震。區域應力的強度提供了地震可能釋放能量的信息，應力的特性顯示了可能的地震類型。地震釋放的能量和地震類型是影響烈度衰減關系和震害分布的重要因素。謝富仁等（2004）根據中國大陸構造應力場的基本特征，劃分了4個二級應力區，分別為東北—華北應力區，華南應力區，新疆應力區和青藏高原應力區。考慮到地震資料的多少和研究區域范圍對地震烈度衰減關系合理性的影響，本文將青藏高原應力區進一步分為川滇地區和甘青寧地區進行研究，并將東北—華北應力區和華南應力區合并為東部應力區進行研究。

本文震例資料主要取自《中國近代地震目錄（公元1912年—1990年）》、《中國震例》（1966年—2007年）和《中國大陸地震災害損失評估》（1990年—2014年）等。為避免I和M之間相關性的影響，本文采用的烈度等震線資料的I和M均為獨立測定。

震例選取時，若資料中給出等震線長短軸半徑，則直接采用；若沒有給出，數字化后采用長軸可轉向方法進行量取。本文震源機制解結果來自美國哈佛大學的CMT解、中國地震局及其下屬機構解析處理結果（《中國震例》，1966年—2007年；《中國大陸地震災害損失評估》，1990年—2014年）。若存在不同震源機制解，以哈佛大學CMT解為準。本文將震源機制按照走滑型、逆斷-逆斷走滑型（以下簡稱逆斷型）、正斷-正斷走滑型（以下簡稱正斷型）和未確定型四種類型進行烈度衰減關系分類統計。依據上述原則，在已知震源機制解的條件下，本文選取了我國西部198次5.0級以上震例，共419條的等震線記錄；我國東部47次5.0級以上震例，共84條等震線記錄。表1、表2給出了所選用地震資料的震源機制解分布。

表1　中國大陸震源機制解分布Table 1　The geographical distribution of focal mechanism solution in Chinese mainland

表2　西部分區震源機制解分布Table 2　The geographical distribution of focal mechanism solution in western China

2　地震烈度衰減關系

由于受到發震構造的影響，近場等震線一般呈橢圓分布，遠場逐漸衰減趨于圓形。本文采用橢圓模型進行衰減關系擬合。

式中，c1、c2、c3、a0為回歸系數，I表示烈度，a是烈度I的等震線的長軸或短軸長度，Ms表示面波震級。回歸系數a0的選取原則是將a0取一系列初值進行計算，選取標準差最小的值為最終結果。

極震區內任意一點具有相同的烈度值，筆者在極震區不同距離進行適當的近場補點，補點僅在震中烈度7度以上及最內圈等震線半徑r＞5km時進行。另外，遠場發震構造的影響逐漸消失，等震線趨于圓形，取有感半徑作為遠場控制點，有感烈度值為4度時進行遠場補點。有感半徑R和震級M的關系利用下式計算（中國地震烈度區劃圖編委會，1992）：

本文對選取資料基于最小二乘法，對震例頻次≥15的資料進行擬合，得到地震烈度隨震級和長短軸長度的衰減關系。表3至表7給出了中國大陸東、西部以及西部各分區的地震烈度衰減關系回歸系數。

表3　中國東部地震烈度衰減系數Table 3　Seismic intensity attenuation coefficients in eastern China

表4　中國西部地震烈度衰減系數Table 4　Seismic intensity attenuation coefficients in western China

表5　新疆應力區地震烈度衰減系數Table 5　Seismic intensity attenuation coefficients in Xinjiang stress zone

表6　甘青寧區地震烈度衰減系數Table 6　Seismic intensity attenuation coefficients in the Gansu-Qinghai-Ningxia areas

表7　川滇區地震烈度衰減系數Table 7　Seismic intensity attenuation coefficients in the Sichuan-Yunnan stress zone

2.1各分區回歸結果與分析

統計本文收集的震源機制解數據和烈度資料可知，中國大陸5級以上地震中，走滑斷層活動占58%，逆斷型占31%，僅有10%為正斷型斷層活動的結果。圖1至圖5分別為“東部”、“西部”、“新疆”、“甘青寧”、“川滇”不同震源機制解的烈度衰減曲線。從圖中可以看出，不同震源錯動方式的烈度衰減曲線總體趨勢一致，但不同地區不同錯動方式具有不同的衰減特征。

東部地區：近場范圍內，走滑型地震烈度略低于全部震例，中遠場的烈度值幾乎重合，這與東部地區走滑型選例占72%有很大關系。

西部地區：近場范圍內，M=7、8時，地震烈度正斷型＞逆斷型＞全部震例＞走滑型；M=5、6時，逆斷型地震烈度仍然大于走滑型，但正斷型烈度隨震級衰減快于其它類型，5級正斷型地震衰減曲線略低于其它幾條曲線。隨著距離的增加，不同類型地震烈度差異縮小。遠場范圍內，長軸方向走滑型地震影響范圍最大，正斷型影響范圍最小，逆斷型居中；短軸方向不同類型地震影響范圍趨于一致。

圖1　東部不同震源機制解的烈度衰減關系對比Fig.1　Comparison of seismic intensity attenuation relationships with different focal mechanism solution in eastern China

圖2　西部不同震源機制解的烈度衰減關系對比Fig.2　Comparison of seismic intensity attenuation relationships with different focal mechanism solution in western China

圖3　新疆不同震源機制解的烈度衰減關系對比Fig.3　Comparison of seismic intensity attenuation relationships with different focal mechanism solution in Xinjiang

圖4　甘青寧不同震源機制解的烈度衰減關系對比Fig.4　Comparison of seismic intensity attenuation relationships with different focal mechanism solution in Gansu-Qinghai-Ningxia

圖5　川滇不同震源機制解的烈度衰減關系對比Fig.5　Comparison of seismic intensity attenuation relationships with different focal mechanism solution in Sichuan-Yunnan

新疆地區：近場范圍內，逆斷型地震烈度大于走滑型，隨距離的增加兩者烈度逐漸接近。遠場范圍內，長軸方向走滑型震例影響范圍略大于逆斷型，即逆斷型烈度衰減曲線衰減速度快于走滑型。全部震例衰減曲線位于兩者之間。

甘青寧地區：烈度衰減曲線整體情況和新疆地區接近。近場范圍內，逆斷型地震烈度大于走滑型，隨距離的增加兩者烈度逐漸接近。遠場范圍內，長軸方向走滑型震例影響范圍略大于逆斷型，即逆斷型烈度衰減曲線衰減速度快于走滑型。全部震例衰減曲線位于兩者之間。

川滇地區：走滑型地震在震級大于7時，衰減曲線整體低于全部震例擬合曲線，6級左右時兩者衰減曲線幾乎重合，5級走滑型地震烈度高于全部震例，也就是說，走滑型大地震破壞小一些，隨震級下降烈度衰減速率慢于全部震例。

2.2與前人結果的對比

我國地震等震線資料豐富，許多學者都已對不同區域的烈度衰減關系進行過研究，得到了符合區域特點的結果。圖6至圖10分別為本文所得到的各地區的擬合曲線與汪素云等（2000）、肖亮等（2001）、譚明等（2001）、周中紅等（2010）、雷建成等（2007）和孫繼浩等（2011）所給出的幾種擬合曲線的對比。

本文所得的東部衰減曲線在震級為7級以上時略低于曲線a，中強震級地震烈度較為一致。西部地區的衰減曲線和曲線b、曲線c的結果總體趨勢一致，曲線b影響范圍稍大于本文的結果和曲線c，曲線c的衰減速率快于本文的結果和曲線b。新疆地區長軸方向，本文所得的結果在近場范圍內略低于曲線e和曲線d，中遠場位于兩者之間；短軸方向近場范圍內本文曲線和曲線d接近，均高于曲線e，中遠場烈度值高于其它兩者。甘青寧全震例衰減曲線的長軸方向在近場范圍時，本文曲線位于曲線g和曲線f之間，中遠場烈度值低于曲線g和曲線f的結果；短軸方向近場處甘青寧全震例和曲線g的烈度大于曲線f的結果，中遠場范圍內甘青寧全震例的烈度值略低于其它兩條曲線。川滇地區本文擬合曲線的衰減速率快于曲線j，慢于曲線i的計算結果，曲線j的地震影響范圍最大，曲線i擬合結果的地震影響范圍較小，本文結果影響范圍居于二者之間。這主要由于孫繼浩沒有采用遠場補點，且選用資料為6級以上震例，而雷建成遠場補點依據四川有感半徑與震級關系，且選用資料為4級以上震例所造成的差異。同一地區衰減曲線差異主要是震級選取、烈度資料分布以及是否進行遠場補點等因素制造而成。

圖6　中國東部烈度衰減關系對比Fig.6　Comparison of seismic intensity attenuation relationships in eastern China

圖7　中國西部烈度衰減關系對比Fig.7 Comparison of seismic intensity attenuation relationships in western China

圖8　新疆地區烈度衰減關系對比Fig.8 Comparison of seismic intensity attenuation relationships in Xinjiang

圖9　甘青寧地區烈度衰減關系對比Fig.9 Comparison of seismic intensity attenuation relationships in Gansu-Qinghai-Ningxia

圖10　川滇地區烈度衰減關系對比Fig.10　Comparison of seismic intensity attenuation relationships in Sichuan-Yunnan

為進一步探討地震破裂方式對烈度衰減的影響，本文比較了西部地區走滑型、逆斷型地震的烈度衰減關系，以及汪素云西部衰減關系計算的Ⅵ至Ⅸ度影響場半徑與實際結果的差距，長度差均值如表8、表9所示：

表8　走滑型長短軸與實際值長度差均值計算結果Table 8　The mean deviation value of major and minor axis length of strike-slip faults between calculated and practical value

表9　逆斷型長短軸與實際值長度差均值計算結果Table 9　The mean deviation value of major and minor axis length of thrust faults between calculated and practical value

從表8、表9可以看出，本文所得結果除走滑型Ⅸ度長軸和逆斷型Ⅵ度短軸略差于汪素云西部之外，其它情況劃分震源機制的地震烈度衰減關系計算平均結果均優于汪素云西部，長軸提升率在-6.26%—9.96%之間，短軸提升率在-0.87%—16.63%之間。總體來說，區分發震方式的烈度衰減關系比未區分的更接近真實情況，進一步佐證了地震破裂方式對烈度衰減的影響，這將有助于我們更加準確地估計影響場的大致范圍，對于震后災害評估，震后應急救援具有一定指導意義。

3　討論和結論

發震方式對地震烈度衰減關系的影響是較為顯著的。總體來看，震級相同時走滑型地震的烈度衰減曲線值是最小的，逆斷型以及正斷型衰減曲線烈度值是最大的，全部震例的擬合曲線介于二者之間。長軸方向走滑型地震影響范圍似乎略大于其它類型，但是地震的不同類型在短軸方向的影響范圍差異不大。可以看出，同一區域不同震源機制的地震烈度衰減特征有差別，不同區域相同震源機制的烈度衰減關系并不完全一致，震源機制對不同震級的烈度影響也不同。此外，地震烈度衰減規律的影響因素是復雜的，除震源特性之外，地震波傳播過程中非彈性和非均勻性導致的衰減主要取決于品質因子Q值，而Q值是區域性變量。另外，局部場地條件也會對烈度衰減造成顯著影響。

本文根據中國大陸構造應力場分區，分別擬合不同震源機制解的烈度衰減關系，得出以下結論：

（1）建立了中國大陸不同震源機制解的分區地震烈度衰減關系。

（2）震源機制對地震烈度衰減關系的影響顯著。總體來看，逆斷型、正斷型地震的烈度衰減曲線烈度值大于走滑型。

（3）震源機制對不同震級的地震烈度影響程度不同。

（4）區分發震方式的烈度衰減關系長短軸可以作為應急影響場的修正因子，在震后幾小時得到震源機制解時，對烈度圈長短軸進行初步修正。

雷建成，高孟潭，俞言祥，2007.四川及鄰區地震動衰減關系.地震學報，29（5）：500—511.

孫繼浩，帥向華，2011.川滇及其鄰區中強地震烈度衰減關系適用性研究.地震工程與工程振動，31（1）：11—18.

譚明，李帥，孫靜等，2011.新疆地震烈度衰減關系模型參數擬合.內陸地震，25（1）：29—35.

汪素云，俞言祥，高阿甲等，2000.中國分區地震動衰減關系的確定.中國地震，16（2）：5—12.

肖亮，俞言祥，2011.中國西部地區地震烈度衰減關系.震災防御技術，6（4）：358—371.

謝富仁，崔效鋒，趙建濤等，2004.中國大陸及鄰區現代構造應力場分區.地球物理學報，47（4）：654—662.

中國地震烈度區劃圖編委會，1992.中國地震烈度區劃圖（1990）及其說明書.中國地震，8（4）：1—11.

周中紅，何少林，陳文凱，2010.甘肅省地震烈度衰減關系研究.西北地震學報，31（1）：72—75.

Study on Seismic Intensity Attenuation Relationship with Regions via Focal Mechanism Solutions

Zheng Yun1），Jiang Lixin2），Yang Tianqing2）and Liu Jie2）
1）Earthquak Administration of Fujian province，Fuzhou 350003，China
2）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

On the basis of regional division of tectonic stress field in China，we fit the seismic intensity attention relationships with different focal mechanism solution.The data we have collected includes 198 earthquakes and 419 isoseismal lines with MS≥5.0 in western China，altogether；47 earthquakes and 84 isoseismal lines with MS≥5.0 in eastern China.By using the ellipse model fitting attenuation relation，seismic intensity attenuation relationship between the magnitude and the length of axis is established.In this paper，we preliminarily analyze the discrepancy between seismic intensity attenuation relationships of several focal mechanism solutions.Then，taking western China as an example，we compare western seismic intensity attenuation relationship of thrust fault and strike-slip fault with Wang Suyun’s results.Our research results indicate that the length of axis of intensity attenuation relationship which have distinguished focal mechanism solutions could be a modifying factor for seismic influence field in case of emergency.When we obtain focal mechanism solution several hours after the earthquake，we can make a preliminary correction to the length of axis.

Intensity attenuation relationship；Focal mechanism solution；Regional division of tectonic stress field

地震科技星火計劃項目（XH14056）

2015-06-21

鄭韻，女，生于1989年。碩士研究生。主要研究方向為地震應急技術研究。E-mail：kayu1989@sohu.com

姜立新，男，生于1966年。研究員。主要從事震害預測、地震應急技術等研究。E-mail：jlx@seis.ac.cn