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第25卷 第6期地 震 学 报Vol. 25 , No. 6 2003年11月 630 ～ 636 ACTA SEISMOLOGICA SINICANov. , 2003 文章编号 02532378220030620630207 综 述 新的国家地震区划图 Ξ 高 孟 潭 中国北京100081中国地震局地球物理研究所 摘要 新的国家地震区划图即中国地震动参数区划图已于2001年8月正式出版.该地震区 划图包括峰值加速度区划图和反应谱特征周期区划图.该区划图风险水平为50年超越概率 0.1 ,比例尺为1∶400万.该区划图已经作为国家标准颁布.本文介绍了该区划图编制的背 景、 编图的技术思路以及主要科学问题、 基本特征和使用. 关键词 地震危险性 地震区划 抗震设计 反应谱 烈度 特征周期 中图分类号 P315. 9 文献标识码 A 1 编制新区划图的背景 中国大陆减轻地震灾害的方针是预防为主.根据 中华人民共和国防震减灾法 的要 求,一般工程结构的抗震设计必须满足国家地震区划图的要求汤泉, 1998 ;邬福肇等, 1998 . 随着科学技术进步和资料的积累,地震区划图必须不断更新.此次区划图颁布之前, 我国已进行了3次全国地震区划图的编制. 1957年,李善邦教授编制我国第一代地震区划 图,该图给出了全国最大地震影响烈度的分布;第二版全国地震区划图于1977年出版.该 区划图是用中长期地震预测的方法编制的,给出未来一百年内场地可能遭遇的最大地震烈 度.该区划图已正式被抗震设计规范引用;第三版全国地震区划图是1990年颁布的.编图 采用了概率分析方法,给出了50年超越概率10 的烈度值.该图被建筑抗震规范和其它 抗震设计规范所采用.新的全国地震区划图的颁布是正常的国家地震区划图的更替.前3 次区划图编制均采用地震烈度作为编图参数.目前,抗震设计早已进入反应谱阶段,用单 一的烈度参数难以构成设计反应谱.为此,许多国家均采用地震地面运动参数进行地震区 划.中国目前正处于经济迅速发展,城市化进程迅速加快的阶段,每天都有大量的新型结 构和中高层建筑出现.因此,非常需要提供与地震环境相关的地震反应谱,以满足新形势 下的抗震设计需求.国家地震区划图必须提供地震地面运动参数.根据这些参数,应该很 容易地形成抗震设计反应谱.根据社会的需求,地震烈度区划图必须被取代.本版地震区 划图的颁布完全是社会发展所要求的. 上一次国家地震区划图编制所使用的基础资料包括地质、 地震和地球物理资料截止 Ξ中国地震局地球物理研究所论著03AC1020. 2003202219收到初稿, 2003206206收到修改稿, 2003206217决定采用. 日期是1987年12月31日.从那时起,在基础资料的搜集、 整理和获取方面进行了大量的 工作.由于地震观测台网的建设,仪器地震资料增加了一倍,记录了将近10万次地震事 件.新增5级以上的破坏性地震事件资料491份.在中国西部、 西北和华北地区进行了更 详细的活动断层研究工作.为了解地震孕震环境,在东部地区还进行了大量的人工地震测 深工作.大量新资料和新成果的积累,也是编制新的国家地震区划图的原因之一. 进行国家地震区划图更替的另外一个重要的原因,是重大工程地震危险性评价和城市 小区划方面取得的重要进展,特别是地震危险性分析方法方面取得的重要进展中国地震 局科技发展司,中国抗震设防区划图编委会, 1998 .在这些工作中,包括地震反应谱和峰 值加速度的地震动参数得到广泛应用.我们已积累了确定地震动参数衰减关系的经验.这 使得编制地震动参数区划图从技术上成为可能. 编制国家地震动参数区划图的工作从1996年底开始,由胡聿贤院士任主编、 高孟潭、 张培震、 陈国星、 薄景山、 谢富仁为副主编, 5个研究所, 28个地方地震局和168位科研人 员参加了这项工作.编制工作于2000年完成,之后与广大的用户和地方地震局进行了广泛 的讨论. 2 编图技术途径与关键科学问题 中国地震动区划图编制的总体思路是,在充分吸收国内外有关地震区划的最新科研成 果,特别是 “七五” 和 “八五” 期间取得的新成果和新资料的基础上,采用多学科综合研究的 手段,充分考虑中国地震环境和地震活动区域性差异以及不同时间尺度的地震预测结果, 科学地考虑各环节的不确定性因素及影响,编制完成以地震动参数表示的,综合反映场地 影响和地震环境特点,适用于一般工程的地震动参数区划图.在此基础上,充分考虑抗震 设防政策的延续性,抗震设防标准的先进性以及地方对抗震设防要求的特殊性,对预编结 果进行合理修订,最终给出正式的中国地震动参数区划图.编图的技术途径如图1所示. 图1 中国地震动参数区划图编制技术方案 136 6期 高孟潭新的国家地震区划图 本次编图的关键科学问题为①如何处理地震活动性参数确定、 潜在震源区划分及地 震动衰减关系确定中的不确定性;②如何选择适当的地震动参数编图,以满足抗震设计的 需要;③如何充分利用国内外资料,确定地震动参数衰减关系. 为了处理概率分析方法各个环节上的不确定性,采用了逻辑树的方法.由于潜在震源 区地震活动性参数b值、 地震年平均发生率、 地震空间分布函数等之间具有相关性,不能 采用国外一般的逻辑树方法.本次编图采用了潜在震源区包括地震活动性参数多方案处 理方法.根据掌握的资料和背景的不同,有4个专家小组参加了潜在震源区划分工作. 4 个专家小组对地震发生背景和地震活动性参数的确定方面,都有鲜明的特点.以地质研究 所专家为主体的专家组在地震构造和活断层研究方面积累了大量的成果,特别注重构造模 型新成果的应用;以地球物理研究所专家为主体,更加注重地震活动性研究成果和强震孕 育的层次结构模型在潜在震源区划分中的应用;分析预报中心牵头组织的重点地区专家组 则注重全国重大工程地震安全性评价工作中积累的大量资料的应用.在上述工作的基础 上,潜在震源区专题组还组织编制了综合方案.因此,逻辑树分析中共采用了4套潜在震 源区划分方案. 一般工业与民用建筑的抗震设计的基本依据是场地相关地震反应谱.而场地相关反应 谱与地震环境密切相关,同时与工程建设场地的土层条件密切相关,用地震烈度或用单一 峰值加速度都很难科学合理地确定地震反应谱,特别是场地相关反应谱.通过对大量工程 场地资料的分析研究,对一般工业与民用建筑,用于以确定场地相关反应谱为目的的地震 区划编图的基本参数为峰值加速度和地震反应谱拐点周期值. 为了确定地震动参数衰减关系,搜集了大量的国内外强震记录.首先用美国西部地区 的强地面运动资料统计衰减关系.根据编图需要,首先计算每一条强震记录的地震加速度 反应谱和地震速度反应谱;分别确定两个反应谱的平台值Sa和Sv;定义反应谱相关的加 速度值和速度值 a Sa 2.5 1 v Sv 2.5 2 根据地震加速度反应谱特征周期的定义可得 Tg2π Sa Sv 2π a v 3 利用美国基岩强震记录,由上面定义获取a和v及其与震级和距离的数据库.利用统 计方法分别得到a和v的衰减关系.然后,根据中国地震烈度与美国地震烈度衰减关系的 差异,对美国西部地区的衰减关系进行修正,最终得到编图使用的中国东部地区和西部地 区地震动参数衰减关系 a 和v . 将全国划分成40 000个计算格点,对每个格点进行地震危险性分析,得到50年超越概 率10 的地震动参数值 a 和v .依据这些数据,采用 “双参数分区标定” 的方法最终编制 完成峰值加速度和反应谱特征周期两张区划图. 在编图的不同阶段,包括基础资料管理、 潜在震源区划分、 结果显示和结果合理性论 证等阶段,都使用了GIS技术.该技术手段的引入,使我国的地震区划编图技术有了革命 236 地 震 学 报 25卷 性的飞跃. 3 区划图的基本特征 新的国家地震区划图是用概率分析方法编制的.新的区划图的概率水平是50年超越 概率10 ,比例尺采用1∶400万,场地条件是硬土胡聿贤等, 2001 . 图2 设计反应谱示意图 新的区划图由两张图组成①与反应谱 平台相关的加速度 a区划图,该加速度值 定义为反应谱平台值除以2.5;②反应谱特 征周期区划图 T g . 根据这两个参数可以方 便地确定设计地震反应谱.图2是反应谱示意 图.反应谱特征周期以后的反应谱值的下降 方式为1/ Tg.考虑到一般结构的自振周期, 上述区划参数不单一的烈度值和加速度峰值 更加合理. 3. 1 加速度区划图 加速度区划图分为7个区图3 . 1区加速度值 ≤0. 05 g; 2区加速度值为0. 05 g; 3区 加速度值为0. 10 g; 4区加速度值为0. 15 g; 5区加速度值为0. 20 g; 6区加速度值为0. 30 g; 7区加速度值为大于或等于0. 40 g.与中国地震烈度区划图相比,加速度区划图多出了 两个分区,即加速度值为0. 15 g的分区和0. 30 g的分区.考虑到概念设计的需要, 3区和 4区的烈度值为 Ⅶ, 5区和6区的烈度值为 Ⅷ. 图3 中国地震动峰值加速度区划示意图 336 6期 高孟潭新的国家地震区划图 7区≥0. 40 g是地震危险性最高的区域.全国共有16个地区位于7区,这些区域分 布在主要地震带的8级潜在震源区内,包括台湾西部、 甘肃古浪、 宁夏海原、 青海玛多和 都兰、 新疆塔什干和新源以及西藏的羊八井附近. 6区0. 30 g也是地震危险性较高的地区,包括22个地区,面积近21万平方公里,占 国土面积的2. 6 .主要分布在台湾、 南北天山、 河西走廊、 南北地震带.海南的海口市和 内蒙的包头市也位于6区.山东临沂市是6区中人口最为稠密的地区. 5区0. 20 g、4区0. 15 g和3区0. 10 g占国土面积的46 ,很多人口稠密的地区 都位于该分区内.中国西部许多地区和华北一些地震为5区0. 20 g . 2区0. 05 g占国土面积20 ,主要位于中国东部地区. 80 的国土必须考虑抗震 问题. 全国大部分城镇位于高地震危险区.海口市和台北市的基本设防加速度达到0. 30 g , 面临很大的地震危险性.首都北京、 太原、 呼和浩特、 西安、 兰州、 拉萨、 昆明、 银川、 乌鲁 木齐等大城市位于5区.天津、 郑州和香港南部地区位于4区,包括沈阳、 长春、 上海、 石 家庄、 南京、 合肥、 澳门、 成都、 广州和西宁在内的11个大城市也位于4区,位于高危险 区加速度值大于或等于0. 10 g的省会城市达到25个,约占省会城市的74 .根据加速 度区划图统计,约有194个50万人口以上的城市和1 073个小城镇位于高地震危险性区 加速度值大于或等于0. 10 g . 3. 2 反应谱特征周期区划图 反应谱特征周期区划图分为3个区图4 1区特征周期为0. 35 s , 2区特征周期为 图4 中国地震动反应谱特征周期区划示意图 436 地 震 学 报 25卷 0. 40 s , 3区特征周期为0. 45 s. 特征周期区划图刻画了有地震环境控制的地震反应谱的形状.地震特征周期值主要由 控制地震的震级决定,震级越高,Tg越大.粗略地讲, 0. 45 s的特征周期与7级以上的地 震有关; 0. 40 s特征周期与6. 5～7级地震有关; 0. 35 s的特征周期与6. 5级以下的地震有 关.在反应谱特征周期区划图上,中国西部地区主要位于0. 45 s和0. 40 s分区内,而中国 东部大部分地区位于0. 35 s分区内.这一结果与中国的地震构造背景相一致. 在美国和日本,特征周期值分别为0. 58和0. 60.根据强震记录分析和对中国近年来 的地震危险性分析结构的统计,Tg值比刚刚更新之前的建筑物抗震设计规范要大得多. 新的区划图的分区取值,既考虑了实际资料中Tg值情况,也考虑了抗震设计规范对Tg值 的考虑.本区划图给出的是最低的安全要求. 1区0. 35 s主要分布在中国东部地区,面积约436万平方公里,占国土面积的45 . 有21个省会城市位于1区,占全部省会城市的62 . 2区0. 40 s沿潜在震源区分布,面积约220万平方公里,占国土面积的23 . 7个省 会城市位于2区. 3区0. 45 s分布在华北和西部地区,面积约304万平方公里,占国土面积的32 . 6 个省会城市包括西宁、 兰州、 拉萨、 昆明、 台北和济南位于3区.这些城市的特征周期主要 与8级或8级以上的潜在震源区有关. 据统计,国家整体抗震设防水平略有提高.约17 的中小城镇提高了设防水平. 200 个原来不考虑抗震设防的城镇调整为需要抗震设防.这些城镇的设防加速度值为0. 05 g , 中硬场地条件下特征周期为0. 35 s.约160个位于原烈度区划图 Ⅵ 度区的城镇,在新的区 划图上设防加速度值为0. 10 g.上述变化的主要原因是基础资料的变化. 采用双参数反应谱进行地震区划在国际上是先进的.美国已经将双参数反应谱区划图 用于抗震设计规范.中国是继美国之后采用双参数反应谱编制地震区划图的主要国家 之一. 4 新的地震区划图的使用 新的国家地震区划图已作为国家标准 GB1830622001于2001年8月1日正式颁布. 新建建筑必须满足国家标准GB1830622001的要求.该国家标准中规定了如何使用国家地 震区划图. 标准抗震设计反应谱表示为 Sa T 2.5a 6T 0.4 0≤T 0.1 1 0.1≤T Tg 1/ Tg T≥Tg 4 其中,a是由加速度区划图规定的加速度值,Tg是由反应谱特征周期区划图规定的特征周 期值. 对于不同的场地土层条件,反应谱特征周期应按表1调整.不同场地土层条件,加速 度值不调整. 536 6期 高孟潭新的国家地震区划图 表1 不同土层条件的Tg值s 区号 土 层 条 件 硬中硬中软软 1区0. 250. 350. 450. 65 2区0. 300. 400. 550. 75 3区0. 350. 450. 650. 90 根据新的国家地震区划图,某些地区的抗震设防标准已经进行调整,必须考虑已有建 筑的抗震加固问题. 新的国家地震区划图也可用于国土利用规划、 社会发展规划和重大工程的初步选址 工作. 参 考 文 献 汤泉. 1989.防震减灾法律教程[M].北京中国法制出版社, 217 邬福肇,曹康泰,陈章立. 1998.中华人民共和国防震减灾法释义[M].北京法律出版社, 7～10 胡聿贤,高孟潭等. 2001.国家标GB 183062 “中国地震动参数区划图” 宣贯教材[M].北京中国标准出版社, 84～98 中国地震局科技发展司,中国抗震设防区划图编委会编. 1998.中国地震区划学术讨论会论文集[C].北京地震出版 社, 1～100 NEW NATIONAL SEISMIC ZONING MAP OF CHINA Gao Mengtan Institute of Geophysics , China Seismological Bureau , Beijing100081, China Abstract A new set of seismic zoning maps were published in August 1 , 2001. It includes two maps , one is the seismic zoning map of peak acceleration , the other is the zoning map of the characteristic period of the response spectrum. The exceeding probability of the map is 10 within 50 years. The scale of the map is 1 4 000 000. These maps serve as the national stan2 dard. The background of this project , technical approach and key scientific measures , the basic feature and the application of the maps are introduced in this paper. Key words seismic hazard; seismic zoning; earthquake design ; response spectrum; intensity; characteristic period 636 地 震 学 报 25卷 作者简单图版I