2017年松原宁江M4.9地震烈度评定及震害分析

张仁鹏，冯靖乔，雷焕珍，马 飞，王佳蕾

(1.吉林省地震局，吉林 长春 130117；2.长春市地震速测速报中心，吉林 长春 130012)

0 引言

2017年7月23日07时13分30秒，在吉林省松原市宁江区(45.30°N，124.81°E)发生M4.9地震，震源深度12km。震中宁江区震感强烈，白城、松原、长春震感明显，宏观震中为宁江区伯都乡，主要涉及松原市宁江区的伯都乡、新城乡等乡镇。烈度调查结果显示极震区烈度为Ⅵ度,等震线总体呈北东方向展布,长轴直径约20.0km,短轴直径约9km,Ⅵ度区的面积约为133 km2。全区受灾人口达20474人，7029户民房受损，其中一般损坏6221户，严重损坏808户，造成经济损失5400万元左右。

本次地震发生在松原市宁江区伯都乡，震中更靠近城市，危害性更大。地震烈度是根据现场调查结果，结合震区地质构造背景、震源机制、余震分布和强震动记录等技术信息来确定的。本文着重提出对快速、准确的宏观烈度调查工作有帮助的仪器微观烈度的使用，并分析震区房屋震害特点，研究其破坏成因，为震区房屋修建改造提出参考。

1 地震构造背景

此次地震发生在松原市宁江区辖区，该地区位于东北断块区松辽断陷带中央坳陷区内。震区的地貌为宽广平坦的平原区。松嫩中断(坳)陷带是一个大型的中、新生代内陆断(坳)陷盆地。其附近地区主要断裂分布及历史地震分布见图1。

坳陷区的边界断裂发育，东界为依兰-伊通断裂，西界为嫩江断裂，南界为赤峰-开原断裂，北界为讷莫尔河断裂[1]。基底由古生代变质岩系组成，中、新生代形成大型断陷-拗陷型盆地，两翼相对不对称，东翼缓、西翼陡，沉降幅度也是东浅西深。区域内的松辽断块拗陷主要包括：南部拗陷、北部拗陷及松辽分水岭隆起三部分。震中区断(坳)陷盆地基底之上的中生代沉积层厚约4000m。上部第四系沉积层在震中区厚度约80m。深部地质构造单元位于松辽平原上地幔隆起区北北东向中央隆起带的东部斜坡带上[1]。本次宁江M4.9级地震位于扶余-肇东北东向断裂和查干泡-道字井北西向断裂的交汇部位附近。

2 地震烈度

2.1 现场调查宏观烈度

图1 区域主要断裂及历史地震震中分布图Fig.1 Distribution of major faults and historical earthquakes in the study region

序号调查点房屋类型破坏等级(%)严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好平均震害指数估计烈度1新立村砖木结构——7.792.30.0154Ⅴ度强2刘焕屯砖木结构——6.793.30.0134Ⅴ度强3永清村砖木结构1.4432.462.20.09Ⅵ度4仲士村砖混结构—203941砖木结构—2741320.06Ⅵ度5后山屯砖木结构—294328砖墙彩钢结构—2642320.08Ⅵ度6土城子屯砖木结构—184537砖墙彩钢结构—1340470.054Ⅵ度7筑城砖厂砖木结构—827650.024Ⅵ度8前疙瘩砖木结构—1738450.051Ⅵ度弱9八家子砖木结构—————Ⅴ度强10罗斯村砖木结构—————Ⅴ度11新立屯砖木结构—————Ⅴ度强

地震现场调查工作队人员依据《地震现场工作：调查规范》[2-3]和《中国地震烈度表》的规范要求，对震区3个县(区、市)12个乡镇46个村屯进行了实地调查，部分调查结果见表1。根据房屋(户)调查统计结果显示，砖木结构房屋在震区中占比96%，土房占比2%，砖混和钢混占比2%，由于震区大部分的房屋是以砖木结构为主，因此调查以砖木结构房屋的破坏作为地震破坏的主要标志，根据调查结果通过平均震害指数公式(1)[4]，得出平均震害指数D，结合震区地质构造背景、震源机制、余震分布和强震动记录等信息，确定了此次地震的烈度分布[2](图2)。

图2 2017年7月23日松原宁江M4.9地震烈度图Fig.2 Intensity map of Ningjiang M4.9 earthquake on Jul.23, 2017

各类房屋平均震害指数D计算公式：

(1)

式中：di为 房屋破坏等级i的震害指数；λi为 破坏等级为i的房屋破坏比，用破坏面积与总面积之比或破坏栋数之比表示。

图3 宁江M4.9地震加速度时程记录Fig.3 Acceleration time-history of Ningjiang M4.9 earthquake

此次地震灾区宏观调查最高烈度为Ⅵ度,等震线总体呈北东方向展布,长轴直径约20.0km,短轴直径约9km,Ⅵ度区的面积约为133 km2,主要涉及松原市宁江区的伯都乡、新城乡、毛都站镇、大洼镇4个乡镇。除此之外,在Ⅵ度区之外的一些地区也有房屋受到震害,主要是老旧的房屋出现受损现象。

2.2 仪器微观烈度

此次地震吉林省内共有9个强震台站接收到数据，由于仪器灵敏度在安装时出现问题，在数据分析过程中用SMAIAS强震数据分析软件对数据灵敏度进行合理调整，确保数据清晰、可用。离震中最近的是风华台，距离是16.7km，最远的是公主岭台，距离震中237km；仪器微观烈度最大的是达里巴台，微观烈度是6.4度，最小的是公主岭台，微观烈度是3.3度。所有台站都在宏观烈度调查Ⅵ度圈外。图3是距离震中最近的风华台和达里巴台两个台站的加速度时程。

表2是强震记录数据经过强震数据分析软件校正后分析得出的仪器各个分向峰值加速度和微观烈度[5]。SMAIAS强震数据分析得出的仪器微观烈度有两种计算方法，本文采用袁一凡提出的方法[6]。

表2 宁江M4.9级地震仪器峰值加速度(校正后)与微观烈度

图4 宁江M4.9地震仪器位置及仪器烈度Fig.4 Location of strong motion instrument and microscopic instrument intensity recording the Ningjiang M4.9 earthquake

袁一凡根据国内外地震资料和烈度关系的统计分析，分别给出地震加速度峰值、主频率、持续时间、四个频点的反应谱同地震烈度关系的隶属度函数。对峰值、主频率、持续时间三要素进行加权平均得到三要素的隶属度。对8Hz、5Hz、2Hz、1Hz 的反应谱取加权系数0.1、0.4、0.1、0.4 做加权平均计算出反应谱的隶属度。将三要素隶属度和反应谱隶属度分别取加权系数为0.4 和0.6，得到综合判定结果。最后对综合判定结果进行加权计算，本文微观烈度采用一次加权计算得出的参考仪器微观烈度值[6]。

图4是强震仪器位置和微观仪器烈度。对比图2和图4可见[7]，此次地震仪器烈度Ⅵ度的台站都在宏观烈度圈外，基本可以确定仪器烈度会大于宏观烈度。总结仪器微观烈度的分析过程及结果，发现仪器微观烈度相对宏观烈度得出结果速度更快，能更直观的表现出仪器位置的震感强度，可以为宏观烈度的调查提出一定的借鉴。在台站的分布密度和位置比较合理情况下，更能根据仪器微观烈度和峰值加速度情况为震害调查和震灾救援工作提供有利的帮助。

3 震害特征分析

此次地震震区建筑物主要分4类[8]：砖木结构、土木结构、砖混和钢混结构。地震中老旧房屋(房龄15年以上的)受损明显，出现承重墙外闪，承重墙裂缝等破坏现象；而近年来新建房屋(房龄10年以内)多数只受到轻微破坏[9]。

3.1 砖木结构房屋

本次地震震区中砖木结构是由砖墙、简易木屋架平顶或人字屋架，瓦屋面、轻质石棉瓦屋面或轻钢屋面组成，该类房屋一般都由住户自行设计和建造，十分不规范[9]。

现场调查显示：(1)砖木结构房屋墙体一般都是50墙和37墙，50墙破坏程度远小于37墙；(2)砖木结构房屋的承重墙建筑材料主要是实心砖和砂浆：实心砖抗剪强度低，延缩性差，在地震中容易出现裂缝(图5)。砂浆强度很大程度影响墙体的抗震能力，当地自建房屋的砂浆一般都用当地“黑油砂”或是自己搅拌的砂浆，地震后墙体出现沿着灰缝或是交叉缝开裂、房角和烟囱掉落等问题；(3)老旧房屋(房龄15年以上的)一般都没有没圈梁，这类房屋在地震时主要出现的问题是墙体外闪(图6)；(4)震区中老旧房屋(房龄超过15年的)的破坏明显多于新建房屋的破坏[10]。

图5 门口上方墙体出现裂缝(土城子村)Fig.5 Cracks on the wall above the door In Tuchengzi Village

图6 砖木结构承重墙外闪(伯都村)Fig.6 The brick and timber structure of the wall flas in Bodu Village

统计结果显示，Ⅵ度区内受到破坏的砖木结构房屋，主要的破坏特征是门口、窗口上方或下方墙体出现裂缝；承重墙外闪；致间墙与承重外墙联接处被拉开、形成裂缝；房角或烟囱坠落或掉砖；室外或室内的墙面磁砖、地面地砖有掉落、破碎，破坏的原因主要来自于是墙体的厚度、建筑材料强度、是否有圈梁、是否经过正规设计和房屋老旧程度等问题。

3.2 土木结构房屋

此次地震震区中土木房屋主要为木框架与土坯墙混合承重房屋，另有部分砖挂面、土墙搁梁/檩房屋，即房屋正面为砖墙，其余三面为土坯墙的简易木檩平顶房，主要由砖墙和土坯墙共同承重[11]。

现场调查发现：(1)土木房的墙体为了保暖一般砌的较厚，但由于它的主要材料都是土坯和木框架，粘合材料是粘土，这种材料的抗震性能极低，地震时出现墙开裂问题(图7)；(2)此类房屋基本都没有圈梁，房屋抗震能力非常差，地震时出现后墙倾斜问题；(3)此类的房屋普遍都有超过30年的房龄，房屋各个部件都有老化问题，地震时发生棚顶掉落等问题(图8)。

图8 土坯房承重墙开裂(松林村)Fig.8 The adobe wall is cracked( in Songlin Village

调查结果显示Ⅵ度区内大部分土木房屋都受到破坏，主要的破坏特征是墙体开裂变形、后承重墙外闪、两墙连接处开裂等，主要的破坏原因来自于建筑材料不行、无上下圈梁和年久失修部件老化等问题。

3.3 砖混和钢混结构房屋

砖混结构房屋[12]一般都是经过正规的建筑设计，主要的承重构件由砖墙或砖柱、钢筋混凝土楼板和屋顶组成，房屋一般都存在圈梁和构造柱等措施，增强了房屋抗震能力。钢混结构房屋主要由柱、梁、墙、楼体、楼板、屋面板等用钢筋混凝土制成作为承重构件，非承重墙一般都用砖或其它材料进行填充，这类结构房屋都是经过正规设计和正规的建造程序建造的，材料优质，整体性强，在震区这类结构房屋抗震性能最好。

此次地震震区中砖混和钢混结构房屋主要是存在于市区内及乡镇的办公楼、学校和企业，由于本次地震震级相对较小，故这两类结构的建筑基本没有破坏，在常家围子村发现一栋钢混结构房屋的墙皮开裂、凸起问题。

4 现场调查发现的问题及建议

自2013年松原前郭M5.8震群型地震后，本次松原宁江M4.9地震是吉林省最大的地震，并且地震震中区相对更靠近城市，近几年该地区地震频发，每次地震的地震现场调查工作都是地震工作的重要一环。根据本次地震现场工作遇到的一些情况，对地震现场工作等方面提出了一些思考和建议。

(1)这次地震只给出了人员调查的地震宏观烈度，对仪器的微观烈度使用度不高。从仪器微观烈度结果来看，仪器微观烈度能直观明确的了解台站布设区域的地震强度，但仪器微观烈度要大于现场宏观调查烈度，要根据多次地震结果找一个适合本地区的仪器微观烈度计算参数，使得仪器烈度的参考价值更高更准确。

此次地震期间触发的强震台只有9个，基本都分布在震区南侧，仪器数量较少，分布相对不合理。今后吉林省还有80多个强震台建设项目，要根据近几年多次地震结果合理布设松原地区的强震仪器。

(2)在此次地震之前就已遭受破坏的建筑，例如在2013年松原前郭M5.8震群型地震期间，该地区的老旧房屋受到了轻微的破坏，对此类房屋破坏等级的判定需进行规范研究。

(3)在这次地震调查中发现松原二桥的桥头连接处缝隙加大，虽然桥体没有发生破坏，但如果发生更大的地震使非建筑类的单体构件发生破坏，其破坏情况对该地区烈度的影响也需进一步研究。

5 结语

通过对宁江M4.9地震烈度评定和震害特征的总结，对该地区地震烈度评定和松原市农村建筑抗震设防能力的提高提出一些建议：

(1)根据本地区多次地震的仪器微观烈度和宏观烈度对比分析，研究本地区的仪器微观烈度计算参数，提高仪器微观烈度的使用价值，加强仪器分布的合理性。

(2)在地震中已处于“危房”状态的房屋，建议对其及时做出处理，避免二次灾害。农村要加大泥草房改造工程的速度，争取实现泥草房零的目的。

(3)为农村提供经济、实用、符合当地建筑特点的建造房屋设计图，提高农居设计图的宣传，保证施工质量，对受损房屋提供合理的房屋改造、加固方案，确保提高震区房屋抗震能力，实现农居大震不倒、中震可修、小震不坏的宗旨。

(4)近几年松原地区地震频发，应该加强地震防震减灾能力建设、加强防震减灾宣传、加强应急技术系统和抢险救援队伍建设、加强房屋抗震设防监管和加强对居民地震科普知识和防震减灾知识的宣传教育，提高居民对地震的认识、提升居民对地震的警觉和减少对地震来临时的恐慌。

致谢：感谢吉林省地震局和中国地震局工程力学研究所地震现场工作队工作人员对松原宁江4.9级地震宏观烈度评定的辛勤工作。