新西蘭2016年凱庫拉MW 7.8地震災害考察與啟示1

韓竹軍 袁仁茂 冉洪流 郭 鵬

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新西蘭2016年凱庫拉W7.8地震災害考察與啟示1

韓竹軍 袁仁茂 冉洪流 郭 鵬

（中國地震局地質研究所，北京 100029）

在2016年新西蘭凱庫拉W7.8地震中，北東—北東東向科科仁古斷裂水平右旋位移量最大，為10—12m；北北西—近南北向帕帕提斷裂垂直位移量最大，達到5—6m。對直接坐落在這2條地震地表破裂帶或變形帶之上的建筑物的破壞現場調查表明，盡管房屋出現歪斜，但上部主體部分基本完整，沒有出現倒塌或部分倒塌現象，避免了人員傷亡。在無法回避活動斷裂及其大震危險性的情況下，隔震系統的廣泛采用可以有效地提高建筑物抵御地震災害的能力。此次地震觸發了數萬個滑坡體，最大滑坡體可達數百萬立方米。對沃羅村北邊2處邊坡失穩地帶的考察結果表明，針對該地至少從2個方面進行了考慮和處置：一是在選址上，避開了突出山嘴等高陡坡地帶；二是在房屋正對的山坡地帶，種植或保護了茂密的樹木，這既增加了山體的穩定性，又可以在地震中有效地減緩崩塌的石塊對房屋的沖擊。對比中國中東部一些大震，如1976年唐山7.8級地震和2008年汶川8.0級地震中觸目驚心的巨大人員傷亡和財產損失，即使在人口密度與滑坡規模上存在明顯不同，對新西蘭凱庫拉地震災害現場的考察結果，還是在如何有效抵御地震災害方面給我們提供了很好的啟示。

凱庫拉地震 地震災害防御 地表破裂帶 地震滑坡

引言

2016年11月14日在新西蘭南島北部發生了W7.8地震，新西蘭地質與核科學研究所（GNS）將此次地震命名為凱庫拉（Kaikoura）地震，震中位置為42.69°S、173.02°E，震源深度15km（圖1）。在主震后14個小時內，發生了4次W6.0—6.9的余震。此次地震以其復雜的地震地表破裂帶而在世界上引起廣泛關注（Hamling等，2017；韓竹軍等，2017）。Hamling等（2017）根據斷層反演模型獲得的地震震源破裂過程持時為120s，地下10km深度上的位錯量達到20m。在地震地表斷裂帶南北兩側、即震中區附近的懷奧（Waiau）和遠離震中約125km的沃德（Ward）水平和垂直峰值加速度都大于1g（Kaiser等，2017）。在科科仁古谷地的強震儀也記錄到1g的峰值加速度值，在首都惠靈頓地區的水平峰值加速度值為0.28g左右。許多城鎮的反應譜加速度值都超過了500年重現期的設計譜。

F1：賀姆普斯（The Humps）斷裂；F2：南里德爾（South Leader）斷裂；F3：北里德爾（North Leader）斷裂；F4：琿達里（Hundalee）斷裂；F5：查威（Charwell）斷裂；F6：鄱恩特肯（Point Kean）斷裂；F7：上蔻海（Upper Kowhai）斷裂；F8：約頓（Jordan）斷裂；F9：帕帕提（Papatea）斷裂；F10：菲德葛特（Fidget）斷裂；F11：科科仁古（Kekerengu）斷裂；F12：尼德斯（Needles）斷裂

此次地震在地震災害損失方面產生了30—80億新西蘭元的重建費用（Kaiser等，2017）。總體而言，新西蘭地廣人稀，但凱庫拉地震地表斷裂帶分布范圍內及其鄰近地區屬于人口相對稠密的地區，如凱庫拉鎮人口約3500人；漢默溫泉游客和居民數量與凱庫拉鎮相當，一般為千余人；震區所屬的馬爾堡（Marlborough）地區人口約40000人；離震中約4km的懷奧（Waiau）人口約250人。盡管如此，此次地震只造成了2人死亡，其中1人死于房屋的直接倒塌（房屋屬于歷史古屋，磚混結構），另1人在地震中觸電而亡。

我國防震減災工作實行“預防為主、防御與救助相結合”的工作方針，從注重災后救助向注重災前預防轉變。新西蘭在凱庫拉W7.8地震（轉換中國通用的面波震級S8.0—8.1）所表現出的低傷亡率無疑值得我們分析和總結。應西蘭凱庫拉地震破裂帶現場考察負責人及新西蘭地質與核科學研究所（GNS）活動構造地貌室主任尼古娜·利茨費奧德（Nicola Litchfield）研究員邀請，我們于2017年3月5—20日進行了凱庫拉（Kaikoura）W7.8地震的現場考察。韓竹軍等（2017）在重點調查了賀姆普斯斷裂（F1）、南里德爾斷裂（F2）、北里德爾斷裂（F3）、琿達里斷裂（F4）、查威斷裂（F5）、帕帕提斷裂（F9）和科科仁古斷裂（F11）等地震地表破裂帶的基礎上，對凱庫拉地震的構造特征進行了分析和討論。本文通過現場地震災害調查、尤其是與地震地質災害相關的破壞現象調查，認為新西蘭在凱庫拉地震中的低傷亡率和低破壞率（指鄉鎮建筑）不是偶然的，并非只是地廣人稀，而是與有目的的預防密不可分，可以在提高抵御地震災害能力等方面為我們提供有益的啟示。

1 地表破裂帶與建筑物破壞狀況

凱庫拉地震至少產生了12條存在米量級位錯的地表斷裂（圖1）（Hamling等，2017），另有3—4條地震地表斷裂有待進一步查明（Kaiser等，2017），這些斷裂跨過了2個活動方式與活動強度存在顯著差異的地震構造區，總體走向北東，分布在約長170km、寬35km的范圍內。12條地震地表斷裂的走向變化較大，總體上可分為北東—北東東向和北北西—近南北向2組。凱庫拉地震地表斷裂帶向北東至科科仁古斷裂區段時，構造變形從原先散布在多條地表斷裂上變為集中在單一斷裂上，即科科仁古斷裂，該斷裂上總水平位錯量一般大于5m，而其它北東—北東東向地震地表斷裂上，水平位錯量一般小于2m。凱庫拉地震地表最大水平位錯量出現在北東—北東東向科科仁古斷裂（F11）上，最大右旋位錯量可達10—12m（Hamling等，2017），實測位置和依據為圖2（b）中綠色箭頭所指的道路右旋斷錯距離。對比震前和震后的遙感影像（圖2（a）、（b）），可以清楚地識別地震破裂帶的分布和斷錯性質，以及道路、河岸、樹叢、柵欄等發生的同步右旋錯位。在野外調查中，仍可見河邊樹行被右旋水平斷錯8—10m（圖2（c））；牧場有杉樹叢組成的柵欄被右旋水平斷錯約9.5m（圖2（d））。

牧場有一幢房屋坐落在地震地表破裂帶上。雖然，在地震過程中地基下發生了10—12m的相對右旋斷錯，使得房屋上部結構（即房屋的主體部分）相對于房屋地基向南西平移了5—6m，但房屋上部主體部分基本完整，沒有出現倒塌（圖2（e））。經牧場主Hamish Murray先生介紹，地震時，其13歲兒子正在該房屋中；震后，孩子安然無恙地從房屋走出來。經與在現場考察的英國謝菲爾德大學安迪·羅茲（Eddie Rhodes）教授討論，這與采用隔震技術有關。隔震技術的核心思想是“以柔克剛”，在房屋地基與房屋上部主體之間采用一種側向剛度很小的隔震系統（圖3），以集中發生在隔震層的較大相對位移，阻隔地震能量和位移向上部結構傳遞，在很大程度上減少地震時上部結構的加速度和層間位移，從而大大減少上部結構的地震反應。采用這種技術后，上部結構的變形類似于剛體的平動，地震反應沒有放大現象。如圖2（e）所示，房屋上部的主體結構在地震中基本上保持了一種整體的平移，而上部結構與地基之間5—6m的平移與它們之間的柔性結構（側向剛度很小的隔震系統）密切相關（圖3）。

在凱庫拉W7.8地震中，地表破裂帶上的最大垂直位錯出現在北北西—近南北向的帕帕提斷裂（F9）上。在該斷裂北端附近，對比Google Earth提供的震前（2016年3月26日）和震后（2016年11月15日）遙感影像（圖4（a）、（b）），可以看出地震地表破裂帶深刻地改變了地形地貌特征，原先平坦的草場上形成了一個新的河道。在野外調查中，盡管在地震地表斷裂與原先河流交匯處修建了一個臨時堤壩，阻止了河流的改道，但在圖4（c）的左下仍可看出約5m的垂直位移量，以逆斷裂性質為主。地震地表破裂有如一堵突然出現的“墻”，橫亙在平坦的草原之上，最大垂直位錯量可達5—6m（韓竹軍等，2017）。地表破裂帶附近的山體也出現大規?；禄虮浪▓D4（d）），幾乎從山頂開始的大半個山體被震塌。橋梁斷成數段，倒塌在河道中（圖4（e））。有一座莊園的主體房屋坐落在逆斷裂性質的地震地表破裂帶上盤附近（圖4（b）），該區段的地表變形或者地震動加速度都非常強烈（徐錫偉等，2016）。在周圍的“地崩山裂”中，盡管房屋由于地基變形出現歪斜，但整體性基本保持完好，未出現倒塌或部分倒塌現象。雖然地震產生了完全重建的費用，但沒有造成嚴重的人員傷亡。

（a）地震地表破裂分布圖，底圖為震前遙感影像，據Google Earth 2016年2月14日圖像；（b）震后遙感影像，據Google Earth 2016年11月15日圖像，紅色箭頭指示地震地表破裂分布位置；（c）、（d）、（e）為現場調查照片，拍攝地點參見圖（b）

圖3 隔震系統示意圖

Fig. 3 Illustration of shaking isolation system

（a）地震地表破裂帶分布圖，底圖為震前遙感影像，據Google Earth 2016年3月26日圖像；

2 地震滑坡崩塌與建筑物破壞狀況

凱庫拉地震產生了數萬個滑坡體，這些滑坡的分布面積可達10000km2，密集分布區也有3500km2，最大滑坡體可達數百萬立方米。在地震現場，地震滑坡常與崩塌伴生在一起，有時難以區分，都屬于邊坡失穩現象。沿著北北西—近南北向的帕帕提斷裂，在山區地帶，地震地表破裂帶垂直斷錯作用與強地面運動中振動效應的共同作用，導致嚴重的邊坡失穩和地震滑坡的形成（圖5）。逆斷裂性質的地表破裂帶寬度可達110—140m。

（a）地震地表破裂帶分布圖，底圖為震前遙感影像，據Google Earth2016年3月26日圖像；（b）、（c）為震后遙感影像，據Google Earth2016年11月15日圖像；（d）、（e）為現場調查照片，拍攝地點參見圖（c）

圖5 帕帕提斷裂中段地震地表破裂帶與地震滑坡

Fig. 5 The earthquake fault surface rupture and earthquake landslidesat the central section of the Papatea fault

（a）地震地表破裂帶分布圖，底圖為震前遙感影像，據Google Earth2015年2月18日圖像；（b）震后航空照片，據GNS；（c）、（d）、（e）、（f）為現場調查照片，拍攝地點參見圖（b）

圖6 琿達里斷裂與1號公路交匯處地震地表破裂帶、崩塌與房屋破壞狀況

Fig. 6 The earthquake fault surface ruptures, land-collapse and building damageat the intersection of Hundalee fault and Highway No.1

在琿達里斷裂（F4）與1號公路和南島東海岸鐵路線交匯處，地震地表破裂帶發育特征清楚（圖6（b）），水平右旋位錯量約1.0—1.5m，垂直位錯量約1.5m，右旋-逆斷裂性質，北盤上升，南盤下降（圖6（c））。在地表破裂帶延伸方向上，山體出現崩塌。有一房屋坐落在地表破裂帶與山體崩塌體之間，與兩者距離都在數米之間。經過對房屋四周的詳細考察（圖6（d）、（e）和（f）），均未見破壞，房屋也沒有出現歪斜或開裂，這可能與房屋位于逆斷裂下盤有關。地震崩塌體也沒有對房屋造成直接沖擊，則得益于房屋的選址以及后期的綠化和植被保護。從震前的遙感影像（圖6（a））可以看出：房屋并沒有直接建造在凸出的山嘴下方，而是山嘴側前方相對緩坡的地帶。在房屋正對的山坡地帶，植被明顯比兩側要茂盛。從圖6（e）、（f）可以看出：崩塌主體并不直接對著房屋，盡管分布范圍已經超出房屋，但未對建筑造成破壞；雖然崩塌體的側面對著房屋，也有石塊崩塌，但在滾落過程中受到茂密植被的阻擋，也沒有影響到房屋的功能或造成破壞，更沒有人員傷亡。

上述夾持在地震地表破裂帶與山體崩塌之間的房屋及其居民在地震中“好運氣”不是偶然的，而是有目的防范，這從圖（7）中的一處民居得到驗證。從震前的遙感影像（圖7（a））可以看出：房屋不是建在突出山嘴下方，而是兩個山嘴之間的緩坡地帶，避開了高陡坡（當然也需要避免不穩定斜坡或古滑坡體）。在房屋對著的山坡地帶，從山腳一直到山頂都保留或種植了茂密的樹木，而其它地帶植被稀疏。凱庫拉地震在該段山坡普遍造成了崩塌（圖7（b）），但與房屋相對的山坡崩塌明顯較輕，且對房屋沒有造成破壞（圖7（c））。

3 討論與小結

3.1 討論

（1）與地震地表破裂帶相關的設防問題

自從活動斷裂在地震災害中的作用越來越突出的觀點提出后（中國地震局赴土耳其地震現場考察專家組，2000），城市隱伏活動斷裂探測工作廣泛開展，使得活動斷裂避讓帶的概念得到了普及（徐錫偉等，2016），但如何準確地預測未來大震地表破裂帶分布特征還存在一些有待解決的科學問題。中國大陸有歷史地震記載以來（國家地震局震害防御司，1995），并沒有2次S＞7.0地震是完全原地復發的，反映了中國大陸或者板內地震與地表活動斷裂之間復雜的對應關系。如果中國大陸中東部地區1條活動斷裂在千余年尺度上沒有出現重復的大震事件，應該從概率水平來研究一般建筑對全新世活動斷裂進行避讓的科學性和經濟性。另一方面，一些大震地表破裂帶出現在我們先前認為沒有活動斷裂或者發震能力估計不足的地區，如1975年海城7.3級地震、1976年唐山7.8級地震、2008年汶川8.0級地震等（鄧起東等，1976；虢順民等，1977；徐錫偉等，2008；鄧起東，2008；楊曉平等，2009）。因此，對于一般的建筑物而言，應該從提高房屋抗震設防能力方面來抵御地震地表破裂帶的破壞。

新西蘭鄉鎮民居房屋在凱庫拉W7.8地震中的表現為我們提供了有益的啟示。在凱庫拉地震地表破裂帶中，北東—北東東向的科科仁古斷裂水平右旋位移量最大，為10—12m；北北西—近南北向的帕帕提斷裂垂直位移量最大，達到5—6m，直接坐落在這兩條地表破裂帶或變形帶之上的2幢房屋盡管出現歪斜，但房屋上部主體部分基本完整，沒有出現倒塌或部分倒塌現象。新西蘭是第一個開發并應用隔震系統設計于普通建筑物的國家（傅育安，1988），凱庫拉地震現場的調查表明：這種“以柔克剛”的抗震技術能夠有效減輕地震過程中的強地面運動和沿著活動斷裂的同震錯動對建筑物的破壞?；蒽`頓活動斷裂縱貫新西蘭首都惠靈頓市區（Han，2003），并且與1855年W8.2地震的懷拉拉帕（Wairarapa）斷裂存在密切的構造聯系。在無法回避活動斷裂及其大震危險性的情況下，有效地提高建筑物抵御地震災害的能力是一種可行的辦法。

（2）對地震滑坡崩塌的預防問題

在2008年汶川S8.0地震中，地震觸發了15000多處滑坡、崩塌、泥石流，估計直接造成2萬人死亡（殷躍平，2008）。青川東河口滑坡發生在映秀-北川地表破裂帶的北東端點（袁仁茂等，2010），致使7個村莊被埋，約780人死亡。2016年新西蘭凱庫拉W7.8地震產生數萬個滑坡體，這些滑坡的分布面積可達10000km2，密集分布區也有3500km2，最大滑坡體可達數百萬立方米（Kaiser等，2017）。除了對公路交通造成破壞外，未見人員在地震滑坡崩塌中傷亡或者建筑物被滑坡崩塌覆蓋填埋的報道。這固然與新西蘭人口稀疏以及滑坡體規模有關，但對沃羅村北邊2處山坡地帶的房屋考察結果表明，房屋及其居民在地震中的“好運氣”不是偶然的，而是與有目的防范密不可分。至少從2個方面進行了考慮和處置：一是在選址上，避開突出山嘴等高陡坡地帶；二是在房屋正對的山坡地帶，種植或保護了茂密的樹木，這既增加了山體的穩定性，也可以在地震中有效地減緩崩塌的石塊對房屋的沖擊。

3.2 小結

通過對2016年凱庫拉W7.8地震災害現場的調查，可以得到如下一些認識及啟示：

（1）北東—北東東向科科仁古斷裂和北北西—近南北向帕帕提斷裂分別是凱庫拉W7.8地震中水平和垂直位移量最大的2條斷裂，分別達到10—12m和5—6m，直接坐落在這2條地表破裂帶或變形帶之上的2幢房屋盡管出現歪斜，但房屋上部主體部分基本完整，沒有出現倒塌或部分倒塌現象。在無法回避活動斷裂及其大震危險性的情況下，隔震系統的采用可以有效地提高建筑物抵御地震災害的能力。

（2）在2016年新西蘭凱庫拉W7.8地震中，未見人員在地震滑坡崩塌中傷亡或者建筑物被滑坡崩塌覆蓋填埋的報道，房屋及其居民在地震中的“好運氣”不是偶然的，而是與有目的防范密不可分。

（3）對新西蘭凱庫拉地震災害現場的考察，在如何有效抵御地震災害方面給我們提供了很好的啟示。震前的有效預防措施很重要，包括避讓活動斷裂、采用減隔震技術、避開滑坡體等。

致謝：新西蘭地質與核科學研究所Nicola Litchfield、Robert M Langridge、Russ J Van Dissen和PilarVillamor提供了詳細的基礎地質資料，并做了廣泛而又深入的介紹；在現場調查中，與新西蘭GHD Limited工程地質學家Dick Beetham以及英國University of Sheffield的Eddie Rhodes教授進行了有益的討論，特此致謝。

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1 地震地表破裂帶分布特征參考網站http://info.geonet.org.nz/的圖片DOI_10_21420_G2RC7C_Displacement_28Feb2017. jpg，根據野外實際調查，略有修改；主震位置據新西蘭地質與核科學研究所；峰值加速度據Kaiser等（2017）；主要余震據美國地質調查局；活動斷裂據Langridge等（2016）；圖2、圖4—6的位置也表示在該圖上。

Investigation and Implication of the Seismic Disasters Caused by the 2016 KaikouraW7.8 Earthquake, New Zealand

Han Zhujun, Yuan Renmao, Ran Hongliu and Guo Peng

（Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China）

The 2016 KaikouraW7.8 earthquake in New Zealand occurred at the Kekerengu fault with the strike of N—NNE and generated the horizontal displacement of 10—12m. Whereas the largest vertical displacement up to 5—6m was observed on the Papatea fault trending NNW-SN. In the field two houses are directly on these two faults. Although the houses are skewed by the ruptures along faults, the structures of the houses is basically intact, and no collapse or partial collapse was found. Such achievement of the goal of “Not collapse during the strong earthquake” successfully avoid the casualties. Generally, since the active faults and large earthquakes cannot be avoided in practice, the widespread adoption of earthquake isolation systems can effectively improve the ability of buildings to withstand earthquake disasters. The 2016 KaikouraW7.8 earthquake triggered a large number of landslides, and many landslides are with huge volumes. Although the earthquake-triggered landslides caused serious damage to traffic, there were no reports of casualties or house damage caused by landslides. Investigation of two houses on the slope region at the north of the Oaro village showed that it is not a coincidence for the “good luck” of houses and their residents during the earthquake, but is closely related to the purposive prevention in advance. In the construction of the two “lucky” houses, some aspects have been considered to increase the anti-earthquake capability. For example, the site has been selected carefully to avoid the high steep slope, and trees have been planted on the slopes to increase the stability of slope and to reduce the impact of avalanches and fall stones on the houses effectively during the earthquake. In contrast, the landslides induced by the 2008 Wenchuan earthquake have caused heavy casualties and property losses in Sichan province of China. Considering the strong earthquakes in the east of China, such as the 1976S7.8 Tangshan earthquake and the 2008S8.0 Wenchuan earthquake, there is a complex corresponding relationship between the surface ruptures induced by these earthquakes and the distribution pattern of known active faults. Finally, the population density and landslide size in China is greater than that in New Zealand, some important implications from the investigation results of the 2016 KaikouraW7.8 earthquake are very valuable for the earthquake prevention and disaster reduction planning in China.

The 2016 KaikouraW7.8 earthquake; Seismic disaster defense; Fault surface rupture; Landslide

韓竹軍，袁仁茂，冉洪流，郭鵬，2018．新西蘭2016年凱庫拉W7.8地震災害考察與啟示．震災防御技術，13（2）：255—266．

10.11899/zzfy20180201

國家自然科學基金(41372219、41172193)

2017-09-08

韓竹軍，男，生于1964年。研究員。主要從事活動構造與地震危險性研究。E-mail：zjhan0904@163.com