重慶地區(qū)中強(qiáng)地震災(zāi)害特征及發(fā)震原因分析

秦 娟，王贊軍，王宏超

(重慶市地震局，重慶 401147)

重慶地區(qū)是一個(gè)中強(qiáng)地震相對(duì)活躍的地區(qū)，歷史上發(fā)生的最大地震為黔江小南海53/4級(jí)地震(秦娟，2018)。重慶地區(qū)自1854年以來(lái)，共發(fā)生M>4.0地震65次?，F(xiàn)代5級(jí)以上中強(qiáng)地震活動(dòng)始于1989年(渝北區(qū)統(tǒng)景鎮(zhèn)5.2、5.4級(jí)地震)，繼而1997年榮昌縣5.2、1999年5.0級(jí)地震，2010年重慶潼南和四川遂寧交界5.0級(jí)地震，2017年重慶武隆5.0級(jí)地震，共發(fā)生5級(jí)以上地震6次。除最近發(fā)生的武隆5.0級(jí)地震損失相對(duì)不大外，其它的歷次地震相對(duì)于震級(jí)來(lái)說(shuō)損失較大，這是因?yàn)橹貞c地區(qū)地震強(qiáng)度雖不算太高，但由于震源淺，震感強(qiáng)烈，易引發(fā)地震地質(zhì)災(zāi)害，造成的經(jīng)濟(jì)損失較重。

地震發(fā)生后，政府首先遇到的問(wèn)題是了解震中位置、災(zāi)區(qū)的范圍，死亡人數(shù)等，并據(jù)此來(lái)做救災(zāi)決策。所以，搞清楚地震發(fā)生后的災(zāi)情非常必要。本文通過(guò)擬合地震震級(jí)與震中烈度關(guān)系、震級(jí)與受災(zāi)面積關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與死亡人數(shù)關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與受傷人數(shù)關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與倒塌房屋數(shù)量關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與直接經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系,對(duì)比分析了歷年來(lái)地震的災(zāi)害特征，討論了重慶地區(qū)中強(qiáng)地震發(fā)震原因。當(dāng)破壞性地震發(fā)生時(shí)，為盡快獲取準(zhǔn)確震災(zāi)信息，給政府進(jìn)行抗震救災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 重慶地區(qū)中強(qiáng)地震災(zāi)害特征分析

1.1 重慶地區(qū)地震災(zāi)害損失情況統(tǒng)計(jì)

選取的資料主要來(lái)自于《重慶地震研究》以及地震現(xiàn)場(chǎng)考察報(bào)告。將地震災(zāi)害損失情況整理見(jiàn)表1，包含18次地震。

1.2 重慶地區(qū)震害經(jīng)驗(yàn)回歸曲線確定

圖1-圖9是根據(jù)以往地震現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)(表1)進(jìn)行的擬合，圖中實(shí)線是根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)擬合得到的，虛線是根據(jù)擬合得到的關(guān)系式(數(shù)據(jù))推測(cè)得到的。進(jìn)行地震災(zāi)害預(yù)評(píng)估時(shí)，設(shè)定一個(gè)地震震級(jí)，根據(jù)圖1中的關(guān)系式，代入后得到震中烈度、受災(zāi)面積、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、房屋倒塌數(shù)量和直接經(jīng)濟(jì)損失,也可以設(shè)定一個(gè)地震烈度，帶入關(guān)系式，得到死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、房屋倒塌數(shù)量和直接經(jīng)濟(jì)損失,供決策者參考，一旦地震發(fā)生，做到心中有數(shù)。擬合結(jié)果有時(shí)誤差較大，一方面是由于數(shù)據(jù)量有限，一方面說(shuō)明震級(jí)(震中烈度)與受災(zāi)面積、傷亡人數(shù)、倒塌房屋數(shù)量、直接經(jīng)濟(jì)損失等并非簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式、指數(shù)、冪的關(guān)系，與震源深度、自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異有關(guān)，同時(shí)還和災(zāi)區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、建筑物的結(jié)構(gòu)類型和質(zhì)量等因素有關(guān)，即便同屬一個(gè)區(qū)(縣)也會(huì)存在差異。

表1 重慶地區(qū)地震災(zāi)害損失情況統(tǒng)計(jì)表①重慶市地震局地震現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì).地震災(zāi)害損失評(píng)估報(bào)告，2010—2017.

(1)震級(jí)-震中烈度關(guān)系擬合

將表1中重慶地區(qū)發(fā)生的地震震級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察得到的震中烈度進(jìn)行線性擬合(參見(jiàn)圖1)，得到線性關(guān)系式y(tǒng)=1.148 3x+0.923 1,R2=0.524 2。這個(gè)關(guān)系式可以應(yīng)用到重慶地區(qū)的地震預(yù)評(píng)估中，也可以應(yīng)用到地震的震害預(yù)測(cè)。目前的抗震設(shè)計(jì)只考慮了單震情況，事實(shí)上在大多數(shù)情況下，每次地震的發(fā)生都伴隨著主震、余震或震群的地震序列。在我國(guó)的歷次地震中，強(qiáng)余震作用使建(構(gòu))筑物破壞加劇以致倒塌的例子很多，破壞的累積效應(yīng)十分明顯?？梢岳脜遣?、歐進(jìn)萍(1993)給出的公式，考慮主余震共同影響下的震害預(yù)測(cè)方法，對(duì)于城市的抗震防災(zāi)規(guī)劃具有更好的指導(dǎo)意義。

(2)震級(jí)-受災(zāi)面積擬合

將表1中重慶地區(qū)發(fā)生的地震震級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察得到的受災(zāi)面積(Ⅵ度區(qū)以上面積)進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖2，得到關(guān)系式y(tǒng)=0.003 5e1.8994x,R2=0.363 1。這個(gè)關(guān)系式可以應(yīng)用到重慶地區(qū)的地震預(yù)評(píng)估中去，地震發(fā)生后，可以立刻估算出災(zāi)區(qū)的受災(zāi)面積(Ⅵ度區(qū)以上面積)。

圖1 震級(jí)與震中烈度擬合關(guān)系

圖2 震級(jí)與受災(zāi)面積擬合關(guān)系

(3) 震級(jí)與死亡人數(shù)擬合關(guān)系

重慶地區(qū)有因地震死亡人數(shù)記錄的共有4次地震，分別是1989年統(tǒng)景的5.2、5.4級(jí)雙震，2010年重慶潼南與四川遂寧交界5.0級(jí)地震死1人，2009年4.0級(jí)地震死亡2人是受驚嚇而死(不予考慮)，還有一次為1856年黔江小南海地震記錄死亡1 000人左右?？紤]到渝東南地區(qū)山高坡陡、地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重的特點(diǎn)，一旦發(fā)生較大地震，死亡人數(shù)將劇增的特點(diǎn)，補(bǔ)充選取了云南魯?shù)楹途肮葍纱蔚卣鸬乃劳鋈藬?shù)，一并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。魯?shù)榈卣鹫鸺?jí)6.5，死亡人數(shù)617人，景谷地震6.6級(jí)，死亡人數(shù)1人。關(guān)于地震死亡人數(shù)的記載數(shù)量少，將上面幾次地震死亡人數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)圖3，震級(jí)小于6級(jí)地震時(shí)，可參考第二種擬合方式得到的結(jié)果，震級(jí)大于等于6級(jí)地震時(shí)，可參考第一種擬合方式得到的結(jié)果。圖中◇就是云南的這兩次地震，得到關(guān)系式：y=315.54x-1 553.1，R2=0.235 4，和關(guān)系式y(tǒng)=9E-11x14.665，R2=0.267 9，離散性相對(duì)較大。

圖3 震級(jí)與死亡人數(shù)擬合關(guān)系圖

1.3 震級(jí)(震中烈度)與受傷人數(shù)擬合關(guān)系

重慶地區(qū)具有較為準(zhǔn)確的受傷人數(shù)的調(diào)查是從1989年統(tǒng)景5.2、5.4級(jí)地震開(kāi)始的。將具有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的地震震級(jí)與受傷人數(shù)進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖4，得到關(guān)系式：y=1E-06e3.2913x，R2=0.739。重慶地區(qū)歷史上曾發(fā)生過(guò)的最大地震為1856年黔江53/4級(jí)地震，其震中烈度為Ⅷ度。1854年以來(lái)的地震震中烈度在Ⅴ+～Ⅶ間，將進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的地震震中烈度與受傷人數(shù)進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖5，得到關(guān)系式：y=0.000 2e1.6686x，R2=0.385 8。

圖5 震中烈度與受傷人數(shù)擬合關(guān)系圖

1.4 震級(jí)(震中烈度)與倒塌房屋數(shù)量擬合關(guān)系

重慶地區(qū)有倒塌房屋的記載從1856年黔江地震開(kāi)始有記載，但是較為準(zhǔn)確的房屋倒塌數(shù)量從1989年統(tǒng)景5.2、5.4級(jí)地震記載開(kāi)始。2010年榮昌的4.2級(jí)地震就有17間房屋發(fā)生倒塌。將歷次地震考察報(bào)告中地震震級(jí)與房屋倒塌數(shù)量進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖6，得到關(guān)系式：y=162.24x2-1 278x+2 501.1，R2=0.449 8。1989年以來(lái)的地震震中烈度在Ⅴ+～Ⅶ間。將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的地震震中烈度與倒塌房屋數(shù)量進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖7，得到關(guān)系式：y=5E-09e3.5325x，R2=0.832 5。

圖6 震級(jí)與倒塌房屋數(shù)量擬合關(guān)系圖

圖7 震中烈度與倒塌房屋數(shù)量擬合關(guān)系圖

1.5 震級(jí)(震中烈度)與直接經(jīng)濟(jì)損失擬合關(guān)系

重慶地區(qū)有較為準(zhǔn)確的直接經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是從1989年統(tǒng)景5.2、5.4級(jí)地震開(kāi)始的。將歷次地震考察報(bào)告中地震震級(jí)與直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖8，得到關(guān)系式：y=0.17e2.08x，R2=0.475 9。1989年以來(lái)的地震震中烈度在Ⅴ+～Ⅶ間。將具有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查地震震中烈度與直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖9，得到關(guān)系式：y=8E-07x12.078，R2=0.656 3。

圖8 震級(jí)與直接經(jīng)濟(jì)損失擬合關(guān)系圖

圖9 震中烈度與直接經(jīng)濟(jì)損失擬合關(guān)系圖

1.6 歷年來(lái)幾次中強(qiáng)地震災(zāi)害對(duì)比分析

從表2中歷年來(lái)幾次中強(qiáng)地震震害對(duì)比，筆者發(fā)現(xiàn)評(píng)定歷史地震震級(jí)和震中烈度要綜合考慮地震引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、房屋建筑的破壞情況以及有感范圍等。無(wú)論從歷史地震記載還是現(xiàn)代地震的現(xiàn)場(chǎng)考察，重慶地區(qū)地震存在地震小、烈度高現(xiàn)象，如遂寧-潼南5.0級(jí)地震、墊江4.4級(jí)地震等。重慶地區(qū)可能產(chǎn)生災(zāi)害損失的地震震級(jí)從4級(jí)就開(kāi)始。重慶地區(qū)的中小地震一般不會(huì)造成滑坡、地表裂縫等，一旦發(fā)生較大地震則會(huì)引起嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。重慶地區(qū)中小地震一般不會(huì)造成人員死亡，多為人員受傷。中小地震會(huì)發(fā)生在無(wú)構(gòu)造背景、無(wú)人類活動(dòng)的地方，存在隨機(jī)性。重慶榮昌地區(qū)是地震多發(fā)區(qū)，2008年以后地震災(zāi)害疊加，烈度放大，且人類活動(dòng)影響地震的發(fā)生。

表2 地震震害對(duì)比

續(xù)表2

序號(hào)震例災(zāi)害特點(diǎn)當(dāng)?shù)亟ㄖ攸c(diǎn)崩滑體分布、地裂縫和地表變形倒塌和破損房屋(間)傷亡人口81999年8月17日榮昌5.0級(jí)地震局部電力、通信短時(shí)中斷土木、磚木結(jié)構(gòu)為主、框架結(jié)構(gòu)三類未發(fā)現(xiàn)崩滑體和地表裂縫倒塌399間,損壞24.9萬(wàn)戶無(wú)人死亡,8人受傷92001年6月23日榮昌4.9級(jí)地震此次地震六度區(qū)的一部分與1999年5.0級(jí)地震六度區(qū)重疊,五度區(qū)部分與1999年5.0級(jí)地震七度區(qū)和六度區(qū)重合,震害疊加土木、磚木結(jié)構(gòu)為主、框架結(jié)構(gòu)三類未發(fā)現(xiàn)崩滑體和地表裂縫—無(wú)人死亡,33人受傷102010年2月22日榮昌4.2級(jí)地震最近四年來(lái)的幾次中小地震,儀器測(cè)定震中有變化,而破壞較重的都分布在廣順和安富,可能與煤礦形成的采空區(qū)形成地震烈度放大有關(guān)土木、磚木結(jié)構(gòu)為主、框架結(jié)構(gòu)三類未發(fā)現(xiàn)崩滑體和地表裂縫倒塌房屋17間。無(wú)人員傷亡112010年1月31日遂寧潼南5.0級(jí)地震2008年的汶川8.0級(jí)地震造成本次地震區(qū)Ⅵ度破壞,形成了一些危房和房屋裂縫,本次地震形成了地震破壞的疊加現(xiàn)象;本次地震震源淺,形成小地震高烈度的異?，F(xiàn)象石柱穿斗結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)房屋(含土墻承重房屋)和磚混結(jié)構(gòu)(含磚木結(jié)構(gòu)房屋)未發(fā)現(xiàn)崩滑體和地表裂縫倒塌210間1人死亡,15人受傷122016年8月11日墊江4.4級(jí)地震震源深度極淺,在1～2 km以內(nèi)(黃世源,2017)。4.4級(jí)地震震級(jí)不高,但極震區(qū)烈度達(dá)到V度強(qiáng)(V+),震害比同等強(qiáng)度的其它震級(jí)地震明顯偏重,其原因可能與本次地震的震源深度非常淺有關(guān)多層磚混結(jié)構(gòu)房屋為主,少量單層磚木結(jié)構(gòu)房屋,也有少量年久失修的瓦房和簡(jiǎn)易房屋未發(fā)現(xiàn)崩滑體和地表裂縫倒塌2間無(wú)人員死亡,3人輕傷132016年12月17日榮昌4.8級(jí)地震震源淺,4千米磚木結(jié)構(gòu)(含土木結(jié)構(gòu))、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)崩滑體和地表裂縫。倒塌18間無(wú)人員死亡,2人輕傷142017年11月23日武隆5.0級(jí)地震震害較輕,沒(méi)做災(zāi)害評(píng)估以磚混結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)為主、少量框架、磚木結(jié)構(gòu),極少數(shù)土木結(jié)構(gòu)高谷鎮(zhèn)興隆村一危巖垮塌,造成一房屋受損房屋垮塌1間無(wú)人員死亡, 6人輕傷

圖10 重慶地區(qū)基底斷裂分布及中強(qiáng)地震震源機(jī)制解

2 重慶地區(qū)中強(qiáng)地震發(fā)震原因探析

2.1 重慶地區(qū)中強(qiáng)地震發(fā)震原因

前人研究表明(丁仁杰，李克昌，2004)，重慶地區(qū)以北東向的斷裂構(gòu)造為主導(dǎo)，斷裂分為基底斷裂、基底斷裂相關(guān)聯(lián)的地表斷裂和發(fā)育在背斜核部的蓋層斷裂三類。不同類別的地震具有不同級(jí)別的發(fā)震能力。其中具有較強(qiáng)地震背景的是控制性基底斷裂帶。重慶地區(qū)主要基底斷裂為華鎣山基底斷裂、方斗山基底斷裂帶、七曜山—金佛山基底斷裂、彭水基底斷裂和長(zhǎng)壽—遵義基底斷裂，見(jiàn)圖10。這些基底斷裂帶對(duì)重慶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、沉積建造、地震活動(dòng)有著重要的控制作用，具有發(fā)生6級(jí)地震的構(gòu)造條件。南川51/2級(jí)地震就是發(fā)生在兩條基底斷裂的相交部位。重慶地區(qū)與基底斷裂相關(guān)聯(lián)的地表斷裂與基底斷裂或平行靠近、或重疊、或斜交，或深部同根，這些斷層的最后活動(dòng)時(shí)代多在中更新世時(shí)期，個(gè)別在晚更新世時(shí)期仍有活動(dòng)，是基底斷裂在蓋層內(nèi)伴生次級(jí)構(gòu)造。這類斷裂構(gòu)成本地區(qū)特殊的構(gòu)造型式，是榮昌一系列地震、彭水43/4級(jí)地震的發(fā)震原因。發(fā)育在背斜核部的蓋層斷裂最后活動(dòng)多在距今20萬(wàn)年之前，晚更新世以來(lái)活動(dòng)減弱。地表斷層、“隔擋式”褶皺、及褶皺之下潛伏的底腹斷層構(gòu)成的構(gòu)造統(tǒng)一體，即斷層褶皺帶，是一個(gè)具有區(qū)域代表特征的地震構(gòu)造組合。如雞冠石發(fā)生過(guò)幾次4級(jí)左右地震，統(tǒng)景發(fā)生過(guò)5.2級(jí)和5.4級(jí)地震，統(tǒng)景的5.4級(jí)地震是有記載以來(lái)發(fā)生在這一類斷層褶皺帶上的最大地震。值得重視的是黔江斷裂帶(南段諸佛江斷裂、中斷筲箕灘斷裂、北段龍?zhí)秹螖嗔?是否切割基底，沒(méi)有相關(guān)資料闡述，但在其附近分布有4個(gè)5級(jí)以上地震，其中兩個(gè)有明確的房屋破壞或巨大地震地質(zhì)災(zāi)害記載，震級(jí)在6級(jí)左右，從歷史地震重演原則判斷具有發(fā)生6.5級(jí)地震的構(gòu)造背景。除了構(gòu)造因素外，人類開(kāi)采活動(dòng)也會(huì)促發(fā)地震發(fā)生。例如2010年遂寧-潼南5.0級(jí)地震就是在汶川地震后，該地區(qū)處于應(yīng)力調(diào)整期，加之天然氣開(kāi)采最終導(dǎo)致了該斷層擴(kuò)展背斜下方的逆斷層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)發(fā)生了此次5.0級(jí)地震。隨著重慶地區(qū)頁(yè)巖氣的開(kāi)采，人類活動(dòng)引起的地震問(wèn)題也值得關(guān)注。2016年8月11日墊江4.4級(jí)地震附近都沒(méi)有斷裂分布，震源極淺，黃世源(2017)認(rèn)為該地震是區(qū)域應(yīng)力作用下，地表蓋層內(nèi)局部層間產(chǎn)生滑脫作用而發(fā)生的淺地表地震。2017年11月23日武隆5.0級(jí)地震發(fā)生在武隆的火爐鎮(zhèn)，附近沒(méi)有斷裂分布，以往以小震活動(dòng)叢集分布呈現(xiàn)，這次地震突破了地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)部門的中期預(yù)測(cè)結(jié)果，是重慶地區(qū)近20年來(lái)震級(jí)最高的一次地震，是區(qū)域應(yīng)力作用下，重慶地區(qū)的陷褶束、斷褶帶薄弱部位的應(yīng)力調(diào)整。

2.2 重慶地區(qū)中強(qiáng)地震震源機(jī)制解

表3和圖10給出了1989年以來(lái)重慶發(fā)生的中強(qiáng)地震的震源機(jī)制解，從中我們也可以看出地震與構(gòu)造的關(guān)系。1989年統(tǒng)景5.2、5.4級(jí)地震、2010年四川遂寧重慶潼南5.0級(jí)地震、2017年武隆5.0級(jí)地震，發(fā)生在遠(yuǎn)離基底斷裂和地表斷層的位置，但震源節(jié)面方向與震區(qū)背斜構(gòu)造方向北東向保持一致，說(shuō)明發(fā)震有可能受到背斜與底腹斷層的控制。1997年以來(lái)所有發(fā)生在榮昌的中強(qiáng)地震，位于華鎣山基底斷裂在榮昌的地表斷層。2016年墊江4.4級(jí)地震震區(qū)主體構(gòu)造方向?yàn)楸北睎|，但計(jì)算得到的震源節(jié)面為近東西方向(黃世源，2017)，與主體構(gòu)造方向有明顯差異，說(shuō)明此次地震與構(gòu)造無(wú)關(guān)?？傮w來(lái)說(shuō)，本地區(qū)地震以逆斷層活動(dòng)和兼逆走滑斷層活動(dòng)為主。

表3 重慶地區(qū)中強(qiáng)地震震源機(jī)制解

①中國(guó)地震局地球物理研究所；②秦娟(2014)；③重慶市地震局

3 小結(jié)

本文討論了重慶地區(qū)中強(qiáng)地震的災(zāi)害特征，震級(jí)與震中烈度關(guān)系、震級(jí)與受災(zāi)面積關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與死亡人數(shù)關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與受傷人數(shù)關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與倒塌房屋數(shù)量關(guān)系、震級(jí)(震中烈度)與直接經(jīng)濟(jì)損失的關(guān)系，進(jìn)行了發(fā)震原因的分析。實(shí)際發(fā)生地震時(shí)，可以結(jié)合重慶地區(qū)震害經(jīng)驗(yàn)回歸曲線和社服系統(tǒng)計(jì)算得到的預(yù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行綜合考慮。對(duì)重慶地區(qū)地震預(yù)評(píng)估工作和災(zāi)害損失評(píng)估工作將起到積極的作用。下一步，我們應(yīng)該在地震發(fā)生后的應(yīng)急工作中，及時(shí)、細(xì)化的收集災(zāi)情信息，對(duì)比分析人員傷亡情況，倒塌房屋結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)環(huán)境等因素，做好災(zāi)害損失評(píng)估報(bào)告和科學(xué)考察，切實(shí)履行服務(wù)社會(huì)、服務(wù)政府的行政職責(zé)。