第４４卷㊀第２期２０２２年３月地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报C H I N A E A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GJ O U R N A LV o l ．４４㊀N o ．２M a r c h ,２０２２㊀㊀收稿日期:２０２２Ｇ０１Ｇ２８㊀㊀基金项目:中国地震局地震预测研究所基本科研业务专项(２０２０I E S L Z ０５); 十三五 国家重点研发计划项目(２０１７Y F B ０５０４１０４)㊀㊀第一作者简介:赵怀群(１９９８－),男,硕士研究生,主要从事G I S 技术应用研究.E Ｇm a i l :Z h a o h u a i q u n ＠y e a h ．n e t .㊀㊀通信作者:陈文凯(１９８３－),男,正高级工程师,主要从事G I S ㊁遥感技术应用研究.E Ｇm a i l :c w k ２０００＠y e a h ．n e t.赵怀群,何少林,陈文凯,等．基于余震序列的地震烈度快速评估方法研究 以青海门源６．９级地震为例[J ]．地震工程学报,２０２２,４４(２):４３２Ｇ４３９．D O I :１０．２００００/j．１０００Ｇ０８４４．２０２２０１２８００２Z HA O H u a i q u n ,H ES h a o l i n ,C H E N W e n k a i ,e t a l ．Ar a p i de v a l u a t i o n m e t h o do f e a r t h q u a k e i n t e n s i t y ba s e do nt h ea f t e r s h o c k s e q u e n c e :a c a s e s t u d y o fM e n y u a n M ６．９e a r t h q u a k e i nQ i n g h a iP r o v i n c e [J ]．C h i n aE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g J o u r n a l ,２０２２,４４(２):４３２Ｇ４３９．D O I :１０．２００００/j．１０００Ｇ０８４４．２０２２０１２８００２基于余震序列的地震烈度快速评估方法研究以青海门源６．９级地震为例赵怀群１,何少林１,陈文凯１,司宏俊２,尹欣欣１,张㊀灿１(１．中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州７３００００;２．东京大学地震研究所,日本东京１６３－８００１)摘要:地震烈度快速评估产品是破坏性地震发生后应急工作黑箱期 内研判灾情的重要依据.文章基于青海门源６．９级地震震后２h 内的余震序列,采用最短断层距地震动衰减模型快速评估地震烈度.研究结果显示:利用震后３０分钟内的余震序列得到的烈度分布可以初步判定重灾区及灾区范围,但灾区范围略小于实际调查结果;利用１．５h 内的余震序列得到的烈度分布与现场调查结果比较吻合,２h 内余震序列计算结果未发生明显改变.利用精定位的余震序列得到的地震烈度比常规余震序列得到的结果更精确,但需要选择合适的精定位方法.在此次地震中,使用余震序列评估的烈度范围表现出烈度越大准确度越高的特点,使用该结果确定的重灾区范围是比较准确的.该方法丰富了现有的烈度快速评估体系,但还需深入研究其适用范围和条件.关键词:地震烈度;余震;最短断层距;地震动衰减模型;地震应急;青海门源６．９级地震中图分类号:P ３１５．５㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１０００Ｇ０８４４(２０２２)０２－０４３２－０８D O I :１０．２００００/j．１０００Ｇ０８４４．２０２２０１２８００２Ar a p i d e v a l u a t i o nm e t h o d o f e a r t h q u a k e i n t e n s i t y ba s e d o n t h e a f t e r s h o c k s e q u e n c e :a c a s e s t u d y o fM e n yu a n M ６．９e a r t h q u a k e i n Q i n gh a i P r o v i n c e Z H A O H u a i q u n １,H ES h a o l i n １,C H E N W e n k a i １,S IH o n g ju n ２,Y I N X i n x i n １,Z H A N GC a n １(１．L a n z h o uI n s t i t u t e o f S e i s m o l o g y ,C E A ,L a n z h o u７３００００,G a n s u ,C h i n a ;２．S e i s m o l o g i c a lR e s e a r c hI n s t i t u t e I n c ．,T o k y o １６３－８００１,J a pa n )Ab s t r ac t :T h e r a p id a s se s s m e n t p r o d u c t of e a r t h q u a k e i n t e n s i t y i s a n i m p o r t a n t b a s i s f o r j u dg i n gt h ed i s a s t e rs i t u a t i o nd u r i n g t h e＂b l a c kb o x p e r i o d ＂o fe m e r g e n c y r e s po n s ea f t e rad e s t r u c t i v e e a r t h q u a k e ．B a s e do n t h e a f t e r s h o c ks e q u e n c ew i t h i n２ha f t e r t h e M ６．９e a r t h q u a k e i n M e n y u a n ,Q i n gh a i P r o v i n c e ,w e u s e d a g r o u n dm o t i o n a t t e n u a t i o nm o d e lw i t h t h e s h o r t e s t f a u l t d i s t a n c e t o r a p i d l y e v a l u a t e t h e e a r t h q u a k e i n t e n s i t y i n t h i s p a p e r ．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e i n t e n s i t y di s Ｇt r i b u t i o no b t a i n e db y u s i n g t h e a f t e r s h o c ks e q u e n c ew i t h i n３０m i n u t e s a f t e r t h e M６．９m a i n s h o c k c a n p r e l i m i n a r i l y d e t e r m i n e t h e h a r d e s t s t r i c k e n a r e a a n d t h e d i s a s t e r a r e a s,b u t t h e s c o p e o f d i sＧa s t e r a r e a s i s s m a l l e r t h a nt h ea c t u a l s u r v e y r e s u l t．T h e i n t e n s i t y d i s t r i b u t i o no b t a i n e db y u s i n g t h e a f t e r s h o c k s e q u e n c ew i t h i n１．５h i s c o n s i s t e n tw i t h t h e f i e l d i n v e s t i g a t i o n r e s u l t s,a n d t h e c a lＧc u l a t i o n r e s u l t s u s i n g t h e a f t e r s h o c k s e q u e n c ew i t h i n２hh a v e n o o b v i o u s c h a n g e．T h e s e i s m i c i nＧt e n s i t i e s o b t a i n e du s i n g t h e r e l o c a t e da f t e r s h o c ks e q u e n c e a r em o r ea c c u r a t e t h a nt h o s eo b t a i n e d f r o mt h e c o n v e n t i o n a l a f t e r s h o c ks e q u e n c e,b u t a s u i t a b l e r e l o c a t e dm e t h o dn e e d s t ob e s e l e c t e d．I n t h i s e a r t h q u a k e,t h e i n t e n s i t y r a n g e e v a l u a t e db y u s i n g t h e a f t e r s h o c k s e q u e n c e s s h o w s a c h a rＧa c t e r i s t i c t h a t t h e a c c u r a c y i s h i g h e rw i t h g r o w i n g i n t e n s i t y,a n d t h e h a r d e s tＧh i t a r e a s d e t e r m i n e d u s i n g t h e r e s u l t a r e a c c u r a t e．T h e p r o p o s e dm e t h o d e n r i c h e s t h e e x i s t i n g s y s t e mo f r a p i d i n t e n s i t y a s s e s s m e n t,b u t i t s a p p l ic a b i l i t y a nd c o n d i t i o n s ne e d t ob ef u r t h e r s t u d i e d．K e y w o r d s:s e i s m i ci n t e n s i t y;a f t e r s h o c k s;s h o r t e s tf a u l td i s t a n c e;g r o u n d m o t i o na t t e n u a t i o n m o d e l;e a r t h q u a k e e m e r g e n c y;M e n y u a n M６．９e a r t h q u a k e i nQ i n g h a i P r o v i n c e０㊀引言北京时间２０２２年１月８日１时４５分,青海省海北藏族自治州门源回族自治县(３７．７７ʎN,１０１．２６ʎE)发生６．９级(M W６．６)地震,震源深度１０k m.地震发生后,青海㊁甘肃两省应急部门迅速开展应急响应工作.各级政府和应急管理部门对灾情信息具有迫切需求,要求有关部门能在最短时间内研判灾情,辅助决策者做出科学决策并实施行动.破坏性地震发生后的７２小时被认为是应急救援的黄金时段,而震后数小时,特别是０~２小时是获取灾情信息的 黑箱期 ,这一时间内主要通过地震台网和互联网收集灾情数据并作简要分析[１].地震烈度反映了地震引起的地面震动及其影响的强弱程度[２],因此,地震烈度快速评估图是部署应急工作的重要依据.目前,已有的地震应急指挥决策系统将烈度初步评估图作为重要产出.地震烈度经验模型成为国内研究热点,我国使用最多的是基于震中距的烈度衰减关系,该模型在７．０级以上的大地震中得到的重灾区与实际结果差异较大,并且容易受到区域和震例的影响[３Ｇ５].针对国内地震烈度研究重点关注震中距模型,而断层距模型应用和研究相对较少的现状,陈文凯等[６Ｇ７]引入了基于日本地区强震动观测数据拟合得到的地震动衰减模型,并与震源破裂过程结合,提出了利用反投影能量点和最短断层距地震动衰减关系快速获得地震烈度的技术思路,该方法在２０２１年青海玛多７．４级地震中得到了验证,为应急工作提供了有效的数据支撑.张灿等[８]将最短断层距地震动衰减模型结果应用到地震灾害情景模拟中,进一步验证了该模型在中国历史地震烈度评估中的适用性.地震发生后,地震观测台站可以记录大量余震信息,余震数据在地震重灾区判定中得到了较多应用.A I技术的发展大大提高了拾取余震的数据量和精度,余震分布和重新定位的主震使我们能够洞察主要发震断层和次级断层的复杂结构[９Ｇ１０].余震的空间分布似乎总表现出沿主震断层分布的趋势, K i s s l i n g e r等[１１Ｇ１２]认为主震发生后短时间内的余震发生在主震破裂面上,其分布可以反映主震破裂面的基本特征.科学界广泛认为主震引起的应力变化导致了余震的发生.M e n d o z a等[１３]的研究指出余震的空间分布既反映了同震最大位移区外围滑动的延续,也反映了主震破裂边界附近次级断层的活化. Y i n等[１４]对２００８年汶川地震中余震演化和分布的研究也表明主震发生后触发了余震,早期余震主要分布在主震滑动边界以下或周围区域,并且断层的几何形状通常限制了前２４小时内的早期余震的发生.N e o等[１５]的研究表明余震区的面积是主震破裂区一个很好的一级近似,余震的空间分布代表了主震破裂和持续震后滑移的应力释放,早期余震也通常小于整个地震持续时间内的余震比,余震倾向于集中在主震破裂的边界附近.O z a w a等[１６]在对复杂断层带主震和余震序列模拟中发现非常早期的余震是主震破裂程度的一个很好的指标,根据约束良好的余震位置来估计主震断层面的长度是合理的.尽管余震可能是由主震破裂后引起的次级断层应力变化导致,但大多数沿断层两侧展布的余震分布在主断层轨迹的１~１．５k m范围内[１７].前文所述研究中对早期余震的时间界定比较模糊,本文将早期余震的时间限制在震后０~２h内,并认为该时３３４第４４卷第２期㊀㊀㊀赵怀群,等:基于余震序列的地震烈度快速评估方法研究 以青海门源６．９级地震为例㊀㊀㊀间段内的余震序列可以粗略刻画出主震破裂的大致趋势,用其代替地表破裂数据,通过最短断层距地震动衰减模型计算的烈度结果可以满足震后 黑箱期灾情信息服务需求.我们在此次青海门源６．９级地震应急响应阶段,使用该方法进行了地震烈度初步评估,并对结果进行了验证分析.１㊀灾区概况与数据获取此次地震震中所在的门源回族自治县(下称门源县)位于青海省东北部,地处祁连山系东端,地形复杂,该区域地震频发.２０１６年门源县发生６．４级地震,已有研究认为２０１６年的地震对本次地震发生具有一定的促进作用[１８].门源县与甘肃省张掖市㊁武威市相接,是中国 一带一路 建设中联通东西㊁沟通南北的重要区域,地震对河西走廊范围内的交通和 西气东输 等工程设施造成了比较严重的影响, 丝绸之路经济带 沿线区域中强地震高发,需要高度关注这一区域的地震安全,地震发生后能够迅速准确判断灾情㊁进行应急响应意义重大.我们获取了甘肃省地震台网记录的门源县６．９级地震后２h内的余震信息,并将这些数据用于地震烈度初步评估,余震空间分布如图１所示.图１㊀２０２２年青海门源６．９级地震震后２h余震分布图F i g．１㊀A f t e r s h o c k s d i s t r i b u t i o nm a p w i t h i n２ha f t e r t h e２０２２M e n y u a n M６．９e a r t h q u a k e i nQ i n g h a i P r o v i n c e２㊀研究方法２．１㊀最短断层距模型本文采用的基于最短断层距的地震动衰减模型综合考虑了地震震级㊁断层种类和场地特性三个因素[１９],是司宏俊等[６,２０]由日本强震动观测数据拟合得到的距离衰减式,该模型形式简单㊁参数较少㊁方便计算,经历史震例和实际地震应急工作检验,适用于中国西部地区中强地震的烈度评估.计算时,根据W e l l s震级与破裂长度经验公式获取研究区范围,然后格网化研究区域,输入地表破裂数据后,判断与格网中心距离最近的地表破裂点,以此计算各中心点的地震动参数.在此次地震烈度初步评估中,我们以主震发生后２h内的余震数据代替了实际地表破裂数据或反投影得到的能量点.模型如下:R n＝(x１－x２)２＋(y１－y２)２＋h２㊀(１)R＝R２n＋h２㊀(２) l g P G A＝０．５０M W＋０．００４３D－l g(R＋０．００５５ˑ１０(０．５M W))－０．００３R＋０．６１(３) l g P G V＝０．５８M W＋０．００３８D－l g(R＋０．００２８ˑ１０(０．５M W))－０．００２R－１．２９(４)l g AMP＝１．８３－０．６６l g v S３０㊀(５)P G V v S３０＝AMP P G V㊀(６)其中空间格网中心点的坐标为(x１,y１),余震坐标为(x２,y２);h为覆盖土层的厚度(k m),取值为１; R n为震源距离,R为断层最短距离(k m);P G A为地震峰值加速度(c m/s２)㊁P G V为地震峰值速度(c m/s),M W为门源地震矩震级,取值为６．６;D为震４３４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２２年源深度(k m ),取值为１０;AMP 为地形放大系数,v S ３０为地表下３０m 深度范围内的等效剪切波速.２．２㊀基于最短断层距模型烈度评估方法的探索目前,我们已经构建了以最短断层距地震动衰减关系为核心的地震烈度评估体系,实现了根据实地调研的地表破裂数据和远场地震台网反投影获得的能量点快速估计地震动范围.在２０２１年青海玛多７．４级地震㊁海地７．３级地震㊁墨西哥７．１级地震等国内外破坏性大地震的烈度评估中,使用该方法体系均得到了比较准确的烈度结果,为国内外地震应急工作提供了科学的数据参考①,如图２中所展示的青海玛多７．４级地震烈度评估结果.图２㊀基于断层距的地震动衰减模型的烈度评估方法体系F i g ．２㊀I n t e n s i t y a s s e s s m e n tm e t h o d s y s t e mu s i n g th e f a u l t d i s t a n c e Ｇb a s e d g r o u n dm o t i o na t t e n u a t i o nm o d e l ㊀㊀实地调研的地表破裂数据往往要在地震发生后几天内获得,不能满足地震 黑箱期 内对烈度结果的需求.因此地震应急阶段主要采用反投影技术得到震源破裂结果[２１Ｇ２３]或地表破裂经验公式计算的破裂长度进行烈度评估,反投影采用的数据主要来自欧洲地震台网或其他国家台网实时观测数据.为丰富现有的方法体系,探究近场台网数据在地震应急工作中的应用,我们拟使用余震数据对门源６．９级地震烈度进行初步评估(如图２中红色框所示).３㊀结果分析３．１㊀不同时段余震评估的烈度结果我们使用门源６．９级地震震后２h 内的余震代替地表破裂数据,以０．５h 为间隔计算了四个时段内的烈度分布.如图３所示,用于对比的等震线来源于应急管理部中国地震局发布的地震烈度图,烈度评估结果与实地调研后绘制的等震线总体较吻合,可以初步判断重灾区分布.计算结果显示四个时段内各烈度范围动态增大,震后０．５h 内余震计算结果显示震中附近存在范围较小的Ⅸ度区,各烈度区范围均小于实际调研的烈度范围;震后１h 内余震计算的Ⅸ度区范围扩大,长度基本与已发布的等震线Ⅸ度区域一致;震后１．５h 内余震数目增多,并向主震断裂两侧展布,但主要集中于震中附近,Ⅸ度区域的计算值与等震线较一致,Ⅷ度区范围扩大,但未超过调研结果的Ⅷ度范围;２h 内余震计算的烈度较１．５h 内余震计算结果未发生明显变化,Ⅸ度区发生微小改变,此时余震慢慢向主震破裂及其周围区域填充.在处理余震数据过程中,我们发现此次地震０．５h 以后已经有零星的余震在距离震中非常远的地点出现,见图１中主震下方分布较远的余震,其明显偏离主震断层,应为主震发生后导致次级断层的应力变化所致.我们将此类明显远离震中余震簇集区域的零星余震视为 噪声 ,并在评估地震烈度时５３４第４４卷第２期㊀㊀㊀赵怀群,等:基于余震序列的地震烈度快速评估方法研究 以青海门源６．９级地震为例㊀㊀㊀①陈文凯和卓明的个人通讯图３㊀不同时段余震计算结果(地理底图来源于全国地理信息资源目录服务系统,网址w w w．w e b m a p．c n )F i g．３㊀A f t e r s h o c kc a l c u l a t i o n r e s u l t s f o r d i f f e r e n t t i m e p e r i o d s 予以排除,否则,烈度评估结果会出现明显的偏差.３．２㊀基于余震的烈度评估结果检验(１)烈度变化趋势沿地表破裂线方向绘制模型计算结果和实地调研烈度的剖面线,如图４(b )所示,剖面线展示了模型结果和实地调研烈度的变化趋势.对于２０２２年门源６．９级地震,基于余震的烈度评估结果与实地调研结果总体变化趋势一致,当实地调研的烈度值大于６时,模型结果与实调烈度的分布范围比较相似,高烈度区域的范围变化更相似,并且模型计算结果的范围小于实调烈度的范围.在烈度评定工作中会综合考虑震灾现象和区域社会经济等因素,导致绘制的烈度图与模型计算结果存在偏差,这种现象是合理的,说明基于余震的烈度评估方法对于本次地震是适用的,并且该模型结果对于重灾区的判定具有非常高的参考价值.图４㊀地震烈度剖面图F i g ．４㊀S e i s m i c i n t e n s i t ypr o f i l e ６３４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２２年㊀㊀(２)仪器烈度检验２０２２年青海门源６．９级地震发生后,青海㊁甘肃两省位于震中附近的强震动台站记录到了此次地震的强震动数据,并生成了仪器烈度分布图.本文从中国地震局工程力学研究所获取了其中７８个台站的仪器烈度结果,与模型预测结果的图层进行叠加.如图５(a )所示,仪器烈度值与模型结果总体相似,即使个别台站测定烈度与计算烈度不一致,其也在模型计算结果因受场地效应影响而向外延伸的方向上,如图５(a )中西北方向２个烈度值为７的台站分布在模型Ⅶ度区向外突出的方向上,可以猜测该处的仪器烈度分布异常主要是由场地效应导致.图５㊀仪器烈度检验F i g ．５㊀I n s t r u m e n t i n t e n s i t y te s t ㊀㊀本文按已发布的等震线范围对仪器进行分类,共分为Ⅷ度以上㊁Ⅶ度以上㊁Ⅵ度以上烈度区内的台站,以及全部的台站,统计了各台站位置处的实测值和模型预测值,计算了它们之间的R M S E 和R ２,结果如图５(b )所示.R M S E 又称标准误差,用来衡量模型预测值与实测值之间的偏差,值越小表示模型预测越精确;R ２也称决定系数,是反映模型拟合优度的重要统计量,其值越大表示模型预测越准确.针对此次门源６．９级地震台站实测与模型预测的结果,R M S E 和R ２反映了该模型在判定重灾区中具有较高的准确性,随着与震中位置距离的扩大,模型预测的烈度值精度下降,说明利用早期余震序列与司宏俊版地震动衰减关系预测的地震烈度可以用于判断重灾区范围,为震后 黑箱期 内的应急工作提供相对精确的数据支持.３．３㊀基于精定位余震的烈度评估采用双差精定位方法得到余震序列常用于研究发震断层的结构和性质,重定位后的余震空间分布更紧凑㊁大致沿断层分布,展示了地震序列的动态触发过程.本文使用了根据H y p o D D 双差算法得到的相对定位余震序列,利用基于最短断层距离的地震动衰减模型计算的烈度结果如图６所示,精定位图６㊀精定位余震计算结果F i g．６㊀C a l c u l a t i o n r e s u l t s o f r e l o c a t e da f t e r s h o c k s ７３４第４４卷第２期㊀㊀㊀赵怀群,等:基于余震序列的地震烈度快速评估方法研究 以青海门源６．９级地震为例㊀㊀㊀余震评估的烈度分布与常规余震评估结果总体相差不大,但是精定位余震得到的高烈度区域更紧凑,２h内精定位余震计算的Ⅸ度区范围更接近实地调研结果,有助于更准确地判定重灾区分布,并省略了筛选 噪声 余震的步骤.此外,精定位方法影响了烈度评估的准确性,本文使用的精定位余震计算的Ⅸ度烈度范围较实调结果明显向下方偏移.在烈度评估过程中,我们还使用了其他精定位方法得到的余震序列,获取的烈度分布则相对适中.因此,需要提高余震定位的精度,选择更合适的精定位方法.４㊀结论与讨论本文利用早期余震序列对２０２２年青海门源６．９级地震烈度进行初步评估,是对以基于最短断层距的地震动衰减模型为核心的地震烈度评估方法体系的完善.中强地震发生后数小时内的 黑箱期 ,灾区数据较少,主要依靠经验模型评估受灾情况.本文尝试将震后２h内的余震序列代替地表破裂数据,利用地震动衰减模型评估青海门源６．９级地震的烈度分布,发现模型评估结果比较符合实地调研结果,并且高烈度区域的预测结果比低烈度区域的预测结果更精确.该方法对此次地震是适用的,可以辅助判定地震重灾区的分布.常规发布的余震序列数据量小,且非常分散,在使用基于最短断层距离的地震动衰减模型前需要剔除 噪声 余震,使用此类余震序列计算得到的高烈度范围通常较大.精定位的余震序列空间分布更紧凑,大致沿断层分布,使用精定位余震得到的烈度分布范围也更精确,但该方法受到余震精定位方法和精度的限制,需要选择合适的精定位技术.依据陈文凯等[６]的研究和已积累的震例计算结果,本文所用方法可能适用于M Wȡ６．５㊁有明显地表破裂,且破裂形式简单清晰的地震.余震的触发机制复杂,将时间限制在震后２h内是为了获得能大致刻画主震破裂特征的余震序列,避免引入过多分布较远的 噪声 ,但当出现地震发生机制复杂㊁有共轭断层㊁地震震级较小或无明显的地表破裂等情况时,本文所用的方法可能并不适用.在未来的工作中我们将利用全球中强地震震例进行规律性探索,找到利用极早期余震评估地震烈度的适用条件和规律.致谢:感谢中国地震局工程力学研究所为本研究提供数据支持.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀聂高众,安基文,邓砚．地震应急灾情服务进展[J]．地震地质,２０１２,３４(４):７８２Ｇ７９１．N I EG a o z h o n g,A NJ i w e n,D E N G Y a n．A d v a n c e s i n e a r t h q u a k ee m e r g e n c y d i s a s t e r s e r v i c e[J]．S e i 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