2018, Vol. 39
确定地震动衰减关系是地震危险性分析的一项重要内容，在缺少强震记录的地区，一般采用转换方法确定地震动衰减关系，而转换方法需要首先建立适合本区的地震烈度衰减关系（胡聿贤，1999；俞言祥等，2006）。而且，地震烈度衰减关系在震害快速评估中同样具有重要作用。地震发生后，在计算地震影响场过程中，首先需要根据本地区地震烈度衰减关系给出不同烈度区分布范围，进而依据地震烈度分布快速估算震害损失，提出应急救援决策和救援方案，合理布置救援力量，使震害损失降到最低（丁娟等，2015）。
目前，在公开发表的成果中，针对江苏地区地震烈度衰减关系开展的研究相对较少，因此，江苏地震应急指挥系统和江苏地区地震危险性分析均采用范围较大的中国东部地震烈度衰减关系（汪素云等，2000）。该衰减关系是利用中国东部地区68次5.0—7.9级地震烈度等震线资料统计得到的，震例资料截止时间为1990年，数据源中有3/4以上地震发生在华北地区，5.0级以下地震资料并不在统计回归范围内，因而5.0级以下地震烈度只能靠外推方法估计（吕坚等，2009）。
地震对特定地点的影响和破坏，主要受地震的震源性质、传播距离和传播介质特性的影响和控制（胡聿贤，1999）。在不同地区，地震孕育和发生的构造背景、构造应力场、介质非均匀性及几何扩散、阻尼吸收和非弹性衰减等均有较大不同（范小平等，2009；何奕成等，2016），地震能量的释放和传播方式以及效果也有很大不同，因此地震烈度衰减关系具有强烈的地区性。从地震构造背景看，江苏及邻区（29°—38°N，115°—122°E）位于中国东部，涉及华北断块区的冀东—渤海断块、鲁西断块、胶辽断块、徐淮断块，扬子断块区的下扬子断块，秦岭—大别断褶系的大别断褶带，苏鲁断褶带以及华南断褶系，地质构造复杂。在地震带划分上，江苏及邻区隶属中国东部强震区，涉及华北平原地震带、郯庐地震带、长江中下游—南黄海地震带。区内发生的破坏性地震震级大多小于6.0，根据现场调查结果，发现本区在地震发生时具有较强的地表效应，3.0—4.0级地震在震中区烈度会达到Ⅴ度，4.0级左右地震可达Ⅵ度，5.0级左右地震有时能达到Ⅶ度，具有明显的小震致灾、小震大灾的特点，而中国东部地震烈度衰减关系选取的震例截至1990年，缺少5.0级以下震例资料，对该震级范围的值均为外推值、估计值，合理性和可靠性值得考虑（李小军，2006），可见中国东部地区地震烈度衰减关系无法体现江苏地区地震灾害特点。江苏地震应急指挥系统实际运行表明，当震级较小时，应急指挥系统给出的结果与实际结果存在一定偏差，在一定程度影响了地震应急辅助决策的制定。
选取1937—2015年发生在江苏及邻区的59次地震，烈度值均在Ⅳ度以上，采用椭圆长短轴联合衰减模型（陈达生等，1989；王继等，2008；肖亮等，2011），应用多元稳健回归方法，得到本地区地震烈度衰减关系。
1 研究资料与方法 1.1 等震线资料选取利用地震烈度等震线资料拟合烈度衰减关系时，对所选用的地震要求震级和烈度均独立测定，因此只能选用有近代仪器测定震级的地震（中国地震局震害防御司，1999）。依据此原则，查阅《中国近代地震目录（公元1912—1990年，MS≥4.7）》（中国地震局震害防御司，1999）、《中国震例》（张肇诚等, 1988, 1990, 1999, 2000；陈棋福等，2002）、《中国地震年鉴》（中国地震年鉴编辑部，1991—2004)）、《江苏地震志》（江苏省地震局，1987）等资料，考虑到江苏及邻区3级左右地震即可造成局部Ⅴ度的破坏，选用1937—2015年该区59次MS≥3.0地震，震中范围为（29°—38°N，115°—122°E），震中分布见图 1。所选地震等震线均根据现场调查资料给出，可靠性较高。对所选59个地震，将每次地震的等震线图数字化，利用长轴可转向方法（国家地震局，1996）量取，得到120条等震线数据。表 1给出59个地震120条等震线资料，表中长轴和短轴数据为椭圆等震线的长半轴和短半轴长度，单位千米。相应地震震级范围对应烈度等震线数据统计见表 2。
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图 1 用于统计的地震震中分布 Fig.1 Epicenter location of the earthquakes for statistics |
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表 1 江苏及邻区等震线资料 Tab.1 Seismic intensity data used in Jiangsu and its adjacent areas |
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表 2 地震震级和烈度分布 Tab.2 List of distribution of earthquake magnitude and intensity |
从江苏地区实际震例统计发现，本区地震等震线均呈椭圆或近似椭圆形。因此，在进行回归分析时，采用椭圆长、短轴联合衰减模型（陈达生等，1989；王继等，2008；肖亮等，2011）。联合衰减模型的衰减关系为
| $ I = a + bM - {c_1}\ln \left({{R_{\rm{a}}} + {R_{{\rm{0a}}}}} \right) - {c_2}\ln \left({{R_{\rm{b}}} + {R_{{\rm{0b}}}}} \right) - {d_1}{R_{\rm{a}}} - {d_2}{R_{\rm{b}}}{\rm{ + }}\varepsilon $ | (1) |
式中：I为地震烈度，M为震级；R0a、R0b的物理意义是考虑震源体尺度的，其作用是使地震烈度在震中区变化缓慢，客观上起到近场饱和作用（胡聿贤，1999）。Ra、Rb分别是烈度为I的椭圆等震线的长半轴和短半轴长度；a、b、c1、c2、d1、d2均为回归系数，ε为回归分析中表示不确定性的随机变量，通常假定为对数正态分布，其均值为零，均方差为σ。
通常，在极震区范围内任意一点均具有相同的烈度值，同时，在远场时，发震构造影响趋于消失，等烈度线趋于圆形。为了使衰减曲线达到此要求，参照汪素云等（2000）的做法，对烈度衰减曲线进行近场和远场补点，远场补点时取有感半径作为远场控制点（汪素云等，1993）。
2 地震烈度衰减关系结果应用表 1给出的等震线资料，根据公式(1)利用多元稳健回归方法（王晓军等，2012；刘军等，2014；何奕成等，2016）进行统计，R0a、R0b的选取通过回归搜索过程中使衰减公式中的σ最小原则确定（周中红等，2011）。按此原则，取R0a = 17，R0b = 11，得到江苏及邻区地震烈度衰减关系公式，即
| $ \begin{array}{l} {\rm{长轴}}\;\;\;\;\;\;\;\;{I_{\rm{a}}} = 4.5195 + 1.2662M - 1.4373\\ \ln \left({{R_{\rm{a}}} + 17} \right) - 0.0012{R_{\rm{a}}}\;\;\sigma = 0.533 \end{array} $ | (2) |
| $ \begin{array}{l} {\rm{短轴}}\;\;\;\;\;\;\;\;{I_{\rm{b}}} = 3.7976 + 1.2662M - 1.3972\\ \ln \left({{R_{\rm{b}}} + 11} \right) - 0.0004{R_{\rm{b}}}\;\;\sigma = 0.533 \end{array} $ | (3) |
研究区相应的地震烈度衰减曲线见图 2。从图 2可以看出，长轴方向和短轴方向的烈度衰减曲线在近场和远场基本趋于重合，说明该模型是较合理的。研究区地震烈度衰减曲线与实际等震线数据点拟合对比见图 3。从图 3可以看出，本文结果与表 1给出的实际等震线数据拟合程度较好，能较好地表现不同震级地震烈度的分布情况，说明式(2)和式(3)是可靠的。从图 3还可以发现，本文数据大多集中在MS＜6.0及震中距小于300 km的范围，在此范围所得的结果具有较强的可靠性。
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图 2 江苏及邻区地震烈度衰减曲线 Fig.2 Simulated curves of seismic intensity attenuation law in Jiangsu and its adjacent areas |
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图 3 江苏及邻区等震线资料与拟合曲线对比 (a)长轴；(b)短轴 Fig.3 Magnitude and distance scaling of the attenuation law of intensity in Jiangsu and its adjacent areas |
汪素云等（2000）对中国东部地区68个地震烈度等震线资料进行统计分析，得到中国东部地震烈度衰减关系，与本文给出的江苏及邻区地震烈度衰减关系进行对比，见图 4。
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图 4 本研究结果与中国东部地区地震烈度衰减关系对比 (a)长轴；(b)短轴 Fig.4 Comparison of seismic intensity attenuation law between this study and Eastern of China |
从图 4可以看出，两者随距离的衰减规律大致相同，对于6.0级以下地震，长轴方向和短轴方向的烈度衰减曲线无论在近场还是远场，本文结果均明显高于中国东部的结果，这与本区小震致灾、小震大灾的特征相符。当震级取6.0时，长轴和短轴方向的衰减曲线具有一定的复杂性，表现在：①从长轴方向看，震中距小于30 km时两结果接近，震中距大于30 km时，本文结果略高；②从短轴方向看，震中距小于200 km时，本文结果略高于中国东部结果，震中距大于200 km时，本文结果略小。当震级取7级时，本文结果略低于中国东部结果。
4 结束语采用椭圆长短轴联合衰减模型，利用多元稳健回归方法，统计得到江苏及邻区地震烈度衰减关系。所选震例具有较为详细的宏观调查资料，增加近十几年发生在研究区及邻区的破坏性地震资料，使回归分析得出的衰减关系可以较好地反映研究区地震烈度衰减特性。其结果不仅能完善江苏地震应急指挥系统，在地震危险性分析等其他领域也有广泛意义。
受地震数据限制，本文给出的结果在地震震级小于6.0且震中距300 km范围内具有较强的可靠性。
江苏省地震局高德潜高级工程师对本研究给予指导，在此表示衷心感谢。
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