新增玉屏潛源對湘黔邊界地區峰值加速度影響的研究

[摘要]""" 本文收集了懷化西部新增玉屏潛在震源區相關資料，對研究區域1′×1′的空間格點進行了地震危險性概率分析，主要討論了在新增該潛源前、后對湘黔邊界地區的峰值加速度的變化，并根據Ⅱ類場地峰值加速度繪制等值線并進行分區。地震危險性分析結果表明，新增玉屏潛源對其內部與附近約20 km范圍的地震動峰值加速度影響很大，而當震源深度取10 km時，玉屏潛源范圍內50年10%的峰值加速度由35～40 cm/s2增加至80～95 cm/s2，約增加2.3～2.4倍，潛源內新晃、芷江等局部區域基本烈度可達Ⅶ度，潛源外部峰值加速度也從35 cm/s2逐漸增加至80 cm/s2；當地震帶的震源深度取15 km時，新晃、芷江等地區基本烈度仍為Ⅵ度。文中還結合懷化西部新晃、芷江不同類型房屋的抗震能力進行了初步分析，在后續防震減災工作中需特別加以關注。

[關鍵詞] 地震危險性分析; 玉屏潛在震源區; 峰值加速度; 抗震能力

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-142

0" 引言

為貫徹落實中國地震局《全國地震動參數區劃圖編制工作方案》（中震防發〔2022〕21 號）、湖南省地震局《全國地震動參數區劃圖編制湖南任務工作方案》的通知（湘震發〔2023〕20 號）的要求，本文收集了湖南省及周邊近些年來重大建設工程地震安全性評價報告、地震災害風險普查等資料，重點核實湖南省及周邊有無新增和修改的潛在震源區。資料顯示，在貴州銅仁地區核電地震安全性評價等工作中，新增了震級上限為6級的玉屏潛在震源區，在湖南省地震災害風險普查工作中已將該潛源參與地震危險性計算，作為風險評估與區劃的地震危險性輸入。在湖南省第六代區劃圖潛在震源區劃分方案初稿中已經提出該新增潛源事宜，這與《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2015）（簡稱“五代圖”）潛源劃分方案相比在湖南省西部的唯一變化之處。湘黔邊界大部分處在《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2001）不設防地區，隨著五代圖在2016年6月1日起正式實施，全國范圍取消了不設防地區，提升為基本烈度為Ⅵ度（0.05g）的抗震設防區。湘黔交界處的懷化、銅仁、黔東南地區經濟相對落后，現有建筑物普遍存在抗震能力偏低、甚至沒有任何抗震設防構造措施的情況[1]，而本地區具備發生中強地震的構造背景，所帶來的影響不容忽視。新增玉屏潛源也是對本地區潛在地震風險的充分估計，故本文從計算角度考慮新增玉屏潛源的影響，對湘黔邊界地區進行3個超越概率水平（50年63%、50年10%和50年2%）的地震危險性概率分析，并對峰值加速度的影響進行分析與初步探討，這對本地區的防震減災實際工作有一定的參考作用。

1" 玉屏潛在震源區

新增玉屏6級潛在震源區位于長江中游地震帶的華南中部地震構造區，帶內分布有北東東走向的新晃—懷化斷裂，潛源沿著該斷裂走向呈矩形分布，長寬分別約為128 km和31 km，面積約3956 km2（圖1），主要分布在玉屏縣、鎮遠縣、三穗縣、岑鞏縣、新晃縣、芷江縣，局部分布在麻陽縣、天柱縣、碧江縣、萬山縣。玉屏潛源內無M4.7及以上的歷史地震記載，附近曾發生的3次中強地震分別為2015年3月30日貴州劍河M5.5地震、1626年10月8日湖南會同M5.0地震和1941年2月7日貴州印江M5.0地震，距離玉屏潛源最近的距離分別為43 km、48 km、82 km。根據湖南省地震志資料，新晃—懷化斷裂帶描述如下：該斷裂呈北東東走向，西起貴州省普定馬場，東經貴陽、新晃、芷江、懷化至溆浦一帶，由數條平行斷裂組成，寬達20余千米。沿斷裂發育有歸州、施秉、芷江和溆浦等白堊—古近紀盆地。由于斷裂的活動使施秉盆地內的上新統砂礫石層發生變形，在芷江、懷化一帶，截切沅陵—麻陽盆地，發生順時針扭曲；在鎮遠、新晃一帶斷裂地貌清晰，斷層三角面、斷崖十分醒目，多處有溫泉出露；在貴定附近，貴定—黃平次級斷裂錯斷了更新統，表明第四紀期間該斷裂有一定的活動性。其他相關資料顯示，該潛源的劃分依據為潛源內新晃—懷化斷裂最新活動時代為早、中更新世，線性地貌特性清晰，活動性較強，不排除發生5.5級左右中強地震的可能。在貴州銅仁地區核電地震安全性評價工作中新增了該潛源，震級上限為6級，且在湖南省地震災害風險普查30″格網的地震危險性分析中，已考慮了該新增潛源的影響。

2" 地震危險性分析

地震危險性分析的概率法由美國學者Cornell C A于1968年提出。由于目前對地震活動的認識和研究水平有限，加之受地震預報水平的制約，地震發生具有不確定性。另外，受震源深度、地震傳播途徑和場地條件等影響，地震引起場地的反應也具有很大的不確定性，這就使得我們在預測地震危險性時，既要考慮地震發生的不確定性，又要考慮地震活動性參數的不確定性。我國學者經過不斷研究，在五代圖編制中采用了我國特有的CPSHA概率地震危險性分析方法，提出了三級潛在震源區劃分方案[2]，以更加細致地表述我國地震活動的空間不均勻性特征，并構建了相應的地震活動性模型。因此，采用CPSHA概率地震危險性分析評價和估計未來的地震危險性既符合目前人們對地震影響的認識，又可在充分考慮安全、經濟的條件下提供不同安全水準的抗震設防依據。本文采用該方法對研究區域進行地震危險性分析。

本文選取新增玉屏潛源所在的湘黔邊界局部地區為研究區域，范圍為（26.3°N～28.3°N，108.2°E～110.1°E）。為了保證計算精度，以1′×1′為間隔確定空間格網，共計有13 915個格網。分別計算出每個格網中心點處3個超越概率水平的基巖水平向峰值加速度，采用五代圖中的轉換方法，轉換為Ⅱ類場地的加速度峰值。由于較遠的潛源對基巖峰值加速度的貢獻很小或可忽略不計，為了提高計算速度，本文選擇研究區域周邊近400 km范圍內的潛源參與計算，并采用了五代圖編制工作中使用的中強地震區地震動參數衰減關系，其較充分地考慮大震近場飽和特征，并采用了分段線性形式[3]。按照五代圖研究成果，研究區域所在的長江中游地震帶地震活動性參數b取1.2，v4取3.2，參與計算潛源所涉及的其他地震帶參數均采用五代圖成果。研究區域基本集中在上地殼內的淺源地震，為充分考慮潛在地震風險，本文地震帶震源深度取10 km和15 km分別進行計算，文中主要給出10 km的計算結果，15 km結果在后續中加以對比討論。

根據上述論述，以五代圖的綜合潛源劃分方案為基礎，分別使用新增玉屏潛源前（五代圖的潛源劃分方案）、后的方案進行地震危險性概率分析計算，得到13915個格點的基巖峰值加速度，按照上述轉換原則，得到研究區域所有格點的Ⅱ類場地的峰值加速度。并參考五代圖的做法，50年10%的地震動峰值加速度取Max（amaxⅡ，10%/50Y，amaxⅡ，2%/50Y/1.9），50年63%的峰值加速度按不低于50年10%的1/3倍確定。并參考地震災害風險普查中地震危險性分析大數據的處理方法，基于ArcGIS 軟件和Matlab程序高效處理了地震危險性數據并進行圖件繪制，確保計算精度得到了平滑的峰值加速度等值線[4]，相鄰等值線差異為10 cm/s2，峰值加速度等值線分布如圖2所示。值得注意的是，本文僅考慮計算結果，不涉及五代圖綜合考慮的調整事宜。

（a，b） 50年63%；（c，d） 50年10%；（e，f） 50年2%

（a，b） Exceeding probability of 63 in 50 years; （c，d） Exceeding probability of 10 in 50 years;" （e，f） Exceeding probability of 2 in 50 years

由圖2結合計算結果綜合分析表明，新增玉屏潛源對不同超越概率地震動峰值加速度的影響范圍有限，主要集中在潛源內部以及外圍約20 km的區域，而對研究區域其他地方峰值加速度的貢獻很小或可忽略不計。新增玉屏潛源前后，潛源范圍內部50年10%的峰值加速度由35～40 cm/s2增加至80～95 cm/s2，約增加2.3～2.4倍，潛源外部從35 cm/s2逐漸增加至80 cm/s2；而50年63%的峰值加速度基本是50年10%的1/3倍，計算結果與50年10%的增加幅度類似；潛源內部50年2%的峰值加速度由65～70 cm/s2增加至140～175 cm/s2，約增加2.1～2.5倍，潛源外部從65 cm/s2逐漸增加至140 cm/s2。由此可見，新增玉屏潛源對其內部及附近的地震危險性影響很大，需加以關注。

3" 地震動峰值加速度分區

基于空間離散點處計算結果的變化情況，參考五代圖地震動峰值加速度的分區原則，對地震動峰值加速度進行分區并繪圖（圖3），圖中結果為地震帶震源深度參數取值10 km的結果。其中在新增玉屏潛源前、后50年63%的峰值加速度歸檔后都小于0.05g，故文中不再給出。由圖3可知，對于50年10%的結果而言，不考慮玉屏潛源因素影響時，研究區域范圍的計算結果大部分小于0.05g，玉屏潛源范圍內絕大部分面積為小于0.05g，對應為基本烈度小于Ⅵ度。而實際上五代圖在全國范圍取消了不設防地區，故此處僅為對計算結果進行探討，不涉及區劃圖考慮各因素所做的綜合性調整。增加玉屏潛源后計算結果顯示，潛源范圍內都屬0.05g和0.10g，其中0.10g（Ⅶ度）區域主要分布在鎮遠縣、玉屏縣以及湖南的新晃縣和芷江縣。潛源范圍內50年2%的峰值加速度歸檔分區結果，從0.05g（Ⅵ度）增至0.15g（Ⅶ+度），即罕遇地震作用下的烈度跨檔增幅較大。

（a，b） 50年10%；（c，d） 50年2%

（a，b） Exceeding probability of 10 in 50 years; （c，d） Exceeding probability of 2 in 50 years

4" 懷化西部房屋抗震能力初步分析

新增玉屏潛源主要對懷化西部的新晃、芷江侗族自治縣地震危險性影響較大，根據第1次自然災害風險普查提供的房屋公里格網數據，對不同結構類型的房屋面積進行統計（表1），結果顯示，新晃、芷江房屋總體上以抗震性能較差的砌體結構為主，約占總數的40%～50%，而抗震性能較好的鋼筋混凝土結構較少，約占總數的14%～20%。值得關注的是，懷化地區西部為侗族聚居區，分布大量具有民族特色的木結構房屋，約占房屋總數的30%。

湖南省地震災害風險普查工作對湘西地區房屋進行了抽樣調查，發現城市內新建建筑大多嚴格按照規范設計施工建造，抗震能力得以保證，而老舊房屋、城中村自建房屋等建筑，以及建于20世紀八九十年代的多層砌體結構，采用預制樓板和樓梯，抗震能力不足。鄉鎮和農村地區自建住房基本未經過正規設計，抗震能力較差。研究區內存在大量木結構、穿斗木結構，很多學者對該類型房屋抗震性能做了大量研究[5-8]。本地區具有民族特色的該類型房屋抗震能力如何、需要采取何種加固措施等，需要在后續工作中具體研究。由于新晃、芷江在第四代區劃圖中為抗震不設防地區，五代區劃圖提升為基本烈度為Ⅵ度（0.05g）的抗震設防區，本次增加玉屏潛源后計算結果顯示，局部達到Ⅶ度（0.10g）區，而現有建筑物普遍存在抗震能力偏低，甚至沒有任何抗震設防構造措施的情況，潛在地震風險較大，在后續防震減災工作中需要重點關注。

5" 討論與結論

本文收集了懷化西部新增玉屏潛在震源區的相關資料，結合五代圖劃分潛源等基礎數據，對研究區域進行了3個超越概率水平（50年63%、50年10%和50年2%）的地震危險性概率分析，分析了該新增潛源對湘黔邊界地區峰值加速度的影響，并結合第1次自然災害風險普查提供的房屋公里格網數據，對懷化西部新晃、芷江不同類型房屋的抗震能力進行了初步分析，獲得如下認識：

（1）從保守角度考慮，當地震帶震源深度參數取10 km時，增加玉屏潛源后地震危險性分析結果顯示，新晃、芷江局部地區50年10%的場地峰值加速度分區為0.10g，達到Ⅶ度。為了方便對比，同時也取地震帶震源深度為15 km進行了計算，結果顯示，即使考慮玉屏潛源的影響，50年10%的Ⅱ類場地峰值加速度最大約為75 cm/s2，仍為0.05g分區（Ⅵ度）。

（2）文中僅從計算角度分析探討新增玉屏潛源對本地區地震動峰值加速度的影響，沒有涉及區劃圖所考慮的調整，故研究區域50年10%的峰值加速度計算結果還存在小于0.05g（Ⅵ度）區域。對于湖南西部的多項重大建設工程項目，如正在推進的湖南省重大基礎設施地震災害風險一般性評估工作，可綜合考慮該潛源所帶來的影響并進行地震危險性評估。近些年來貴州、廣西、重慶均發生了破壞性地震，湖南省也具備發生同樣級別破壞性地震的構造背景，尤其是，如發生在五代圖正式實施之前不設防的廣大農村地區（如本文研究范圍），所造成的影響需提高警惕。

參考文獻

[32]黃艷. 湖南省農村民居地震安全研究進展[J]. 自然災害學報，2019，28（2）：37-48""" Huang Y. Review of research on seismic safety of rural residences in Hunan Province，China[J]. Journal of Natural Disasters，2019，28（2）：37-48

[33]周本剛，陳國星，高戰武，等. 新地震區劃圖潛在震源區劃分的主要技術特色[J]. 震災防御技術，2013，8（2）：113-124""" Zhou B G，Chen G X，Gao Z W，et al. The technical highlights in identifying the potential seismic sources for the update of national seismic zoning map of China[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2013，8（2）：113-124

[34]俞言祥，李山有，肖亮. 為新區劃圖編制所建立的地震動衰減關系[J]. 震災防御技術，2013，8（1）：24-33""" Yu Y X，Li S Y，Xiao L. Development of ground motion attenuation relations for the new seismic hazard map of China[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2013，8（1）：24-33

[35]邵磊，胡剛. 地震災害風險普查中的危險性計算與數據處理[J]. 華北地震科學，2023，41（4）：56-60，106""" Shao L，Hu G. Seismic risk calculation and data processing in the survey of earthquake disaster risk[J]. North China Earthquake Sciences，2023，41（4）：56-60，106

[36]劉曉玉，岳云鵬，張龍云. 湖南省某穿斗木結構設計及抗震性能分析[J]. 廣州建筑，2019，47（5）：9-15""" Liu X Y，Yue Y P，Zhang L Y. Design and seismic performance analysis of a wooden structure with a bucket in Hunan Province[J]. Guangzhou Architecture，2019，47（5）：9-15

[37]張富文，王卓琳，蔣利學，等. 內嵌磚墻穿斗木結構振動臺試驗研究[J]. 土木工程學報，2021，54（2）：10-19，29""" Zhang F W，Wang Z L，Jiang L X，et al. Shaking table test study on traditional Chuan-dou style wood frame with embedded brick wall[J]. China Civil Engineering Journal，2021，54（2）：10-19，29

[38]付帥，陳澤華，楊小軍，等. 我國穿斗式木結構建筑研究現狀與發展建議[J]. 林產工業，2021，58（5）：38-41""" Fu S，Chen Z H，Yang X J，et al. Research status and development suggestions of Column-and-tie timber building in China[J]. China Forest Products Industry，2021，58（5）：38-41

[39]戴必輝，陶忠，高永林，等. 漾濞6.4級地震受損穿斗木結構農房振動臺試驗[J]. 地震工程與工程振動，2023，43（5）：55-68""" Dai B H，Tao Z，Gao Y L，et al. Shaking table test of damaged Chuan-dou timber structure rural houses in Yangbi MS6.4 earthquake[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics，2023，43（5）：55-68

Research on the influence of PGA when considering the new Yuping potential seismic source in the Hunan-Guizhou border region

Shao Lei1， 2， Hu Gang3， *

1. Hunan Earthquake Agency， Hunan Changsha 410004， China

2. Hunan Earthquake Disaster Risk Prevention Center， Hunan Changsha 410001， China

3. Institute of Geophysics， China Earthquake Administration， Beijing 100081， China

[Abstract]"""" This paper collects relevant information on the newly added Yuping potential seismic source in western Huaihua， and analyzed the seismic hazard of the study area based on 1′×1′ grid points. We mainly discussed the changes in PGA before and after the new potential seismic source in the Hunan-Guizhou border region， and drawing isolines and zoning based on the PGA of site Ⅱ. The results of seismic hazard analysis show that the PGA has been greatly improved inside and 20 km away around the new potential seismic source. When the focal depth is 10 km， the PGA of exceeding probability of 10 in 50 years within the Yuping potential source range increases from 35～40 cm/s2 to 80～95 cm/s2， increase of about 2.3 to 2.4 times. In local areas such as Xinhuang and Zhijiang within the potential source， the basic intensity can reach Ⅶ degrees. And outside the potential source， PGA gradually increases from 35～80 cm/s2. When the focal depth is 15 km， the basic intensity in regions such as Xinhuang and Zhijiang remains at Ⅵ degrees. The article also conducted a preliminary analysis of the seismic capacity of different types of houses in Xinhuang and Zhijiang county in western Huaihua. Additional attention should be paid to the follow-up work of earthquake prevention and disaster reduction.

[Keywords] seismic hazard analysis; Yuping potential seismic source; PGA; seismic capacity

作者簡介： 邵磊（1984-），男，工程師，主要從事地震危險性分析、工程場地地震影響評價方面的工作。E-mail：79541207@qq.com