温和平 唐丽华 姚远 常想德

摘要：介绍了新疆阿图什市基本地理信息、构造与地震活动、历史地震综合等震线等基本情况。基于无人机遥感获取的阿图什市城区建筑物数据，使用确定性和概率危险性分析方法对城区地震灾害风险进行了初步分析，并提出震灾防御的初步建议。

关键词：阿图什；危险性分析；震害指数；震灾风险

doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2023.03.002

地震灾害风险是指未来一段时间内，某区域由于地震发生导致灾害损失的可能程度。这种损失包括人员伤亡、地震直接经济损失以及地震次生灾害造成的损失等。研究表明在一定的条件下，社会经济发展水平越高，地震灾害造成的损失可能越严重。城市因人口、工程设施、财产高度密集，所以地震灾害的直接损失、间接损失特别严重，是防震减灾的重点。

欧美和日本等地震灾害频发国家的研究机构对致灾因子、承灾体结构易损性、地震动衰减等地震灾害特征开展研究，建立了地震灾害风险评估模型。国内一些学者基于建筑结构分类的易损性模型，结合区域一定超越概率下的地震危险性分析，对城市建筑的抗震能力以及经济和人员损失进行了定量分析^［1-4］。

在《中国地震动参数区划图》中，新疆地震烈度Ⅶ度以上的区域占总面积的58%，包括80%以上的绿洲、大多数重要经济区域^［5］，都处于地震多发的高危区域，70%的城镇历史上都曾遭受Ⅶ度以上烈度地震的袭击。

新疆阿图什市地处南天山及西昆仑地震带交汇的6～7级强震的多发区域，是1902年阿图什8?级地震的极震区，连同1996年阿图什6.7级地震，都曾经使得阿图什市遭受重大的人员伤亡和经济损失。在第五代区划中，阿图什市几乎全境地震动峰值加速度为0.3 g，因此阿图什市面临着大震巨灾的灾害风险。

本文中总结了阿图什市活动构造、历史地震震害、本地化震害矩阵特征，使用确定性和概率地震危险性分析方法，获得不同设防标准下的预测烈度或地震动峰值加速度，加载无人机遥感和现场调查获取的市区承灾体数据，计算得到阿图什市不同地震动影响下房屋震害指数值分布，进而对城区民居的地震灾害风险区域进行初步判定，同时使用本地化模型对设定地震条件下的人员伤亡和经济损失进行初步预测。

1 阿图什市概况

1.1 基本地理信息

阿图什市地处天山南麓、塔里木盆地西缘，是新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州首府所在地。行政区域内海拔高度在1 200～4 560 m之间，由北向南地貌呈梯度变化。其中北部为喀拉铁热克山中高山区域，场地类别为Ⅰ类；中部由哈拉峻盆地与喀拉塔格山低山丘陵区构成，场地主要为Ⅰ～Ⅱ类；南部是喀拉塔格山南麓冲洪积平原区，博古孜河和恰克马克河是其境内两大主要水系，场地类别主要为Ⅱ-Ⅲ类。市辖区域面积1.61×10⁴km²，山地约占总面积的65%，戈壁、荒漠占19%，绿洲面积占16%。

阿图什市辖属1镇6乡共72个行政村，3个街道办事处共21个社区、1个村，城市建成区面积约15 km²。截止2018年底总户籍人口为28.55万人^［6］。其中城镇人口9.63万人，占33.7%；乡村人口18.92万人，占66.3%。

1.2 活动构造与地震活动

阿图什市位于南天山地震带西段，帕米尔弧形构造带东侧，地处塔里木、南天山、帕米尔3个大型构造单元交汇区域，属于南天山地震构造带的喀什—乌恰地震构造区。该构造区是天山地震带现今挤压构造活动最为强烈的区域，与新构造运动相关的地震活动特征明显，强震多发生在盆地边缘及山前地带，以逆冲推覆为特征。

区域内的主要活动断裂有近EW向、NE向和NW向3组，近EW向主要为逆掩及推覆构造，NW向断裂多为右旋逆走滑断裂。区域内断裂现今活动特征明显，切割了第四纪不同时代的地层、水系和河流阶地。主要活动断层有：塔拉斯—费尔干纳、特拱拜孜—阿尔帕雷克、迈丹—沙依拉木、喀拉铁克、阿图什背斜南北翼断裂等。

据统计，自公元1600年以来，阿图什市周围150 km范围内共记录有8级地震1次，7.0～7.9级地震5次，6.0～6.9级地震52次，5.0～5.9级地震297次。区内最大地震是发生在托特拱拜孜—阿尔帕雷克断裂上的1902年阿图什8?级地震。震源机制表明，强震的震源断错与区域构造活动一致，以走滑、逆断及逆走滑为主。

1.3 历史地震综合等震线

阿图什市最早记载的地震破坏从1902年开始，破坏性地震对城市的影响烈度大于等于Ⅴ度的地震有8个，影响烈度大于等于Ⅵ度的有4个（表1），最大的影响烈度达到Ⅹ度，是由1902年阿图什8?级地震造成^［7］。从阿图什市及其邻区范围的历史地震综合等震线，则可得出破坏性地震对市辖区域内影响烈度为Ⅷ-Ⅹ度，对城区影响烈度为Ⅹ度。

2 主城区建筑物数据获取

阿图什市城區主要承灾体数据采取无人机影像获取。其无人机倾斜摄影数据范围位于北纬 39°34′～40°45′、东经 75°30′～78°22′之间。获得数字正射影像航摄面积约28 km²，倾斜三维航摄面积约为16 km²，地面分辨率不低于5 cm。

使用Pix4Dmapper软件自动处理从无人机获取的航空影像，按照生产正射影像图规范生成图像产品；使用Samrt3D倾斜影像数据处理软件进行三维模型、正射影像、数字地表模型和数字高程模型的生成；使用Arcgis10.2软件在1∶500比例尺的阿图什市数字正射影像图的基础上，人工判读勾画建筑物底面，生成民居建筑物分布矢量图层。

在此基础上采用人工现场调查方式，获取建筑物结构等基本信息，最终形成符合规范要求的建筑物基础数据库。结果表明，阿图什市城市主城区范围内民用建筑共计10 537栋，建筑面积7.78×10⁶m²。主要以钢筋混凝土/钢筋混凝土剪力墙、（多层）设防砖混、砖混等结构类型为主，另有少量砖木结构及零星土木结构房屋。

3 地震動影响场预测

3.1 地震危险性确定性分析方法

3.1.1 地震构造法计算结果

根据对区域断裂活动性质、规模、分段、活动性、深浅部构造特征以及与地震活动关系等的调查分析，对阿图什市地震动参数有较大影响的重点断裂、最大潜在地震和历史地震特征见表2，地震构造区和背景地震情况见表3。

采用俞言祥的美国西部基岩地震加速度反应谱衰减关系作为弥散地震基岩水平地震加速度反应谱衰减关系^［8］，

lgA_a=1.297+0.566M-1.723lg（R+1.046e^0.451M） （σ=0.240） .    （1）

式中：A为峰值加速度或反应谱值，M为震级，R为震中距。

根据上述确定的发震构造和地震构造区，按照0.02°×0.02°的网格点计算与主要发震构造及地震构造区的距离，然后应用地震烈度及峰值加速度衰减关系计算地震烈度及地震加速度影响场的分布。同时考虑不确定性因素，在计算时均选择长轴衰减关系，计算得到地震烈度与地震动峰值加速度结果的等值线。在上述计算结果的基础上，考虑到阿图什所在的地震构造区及其弥散地震影响，选取每个网格点上各发震构造及弥散地震计算结果的最大值作为该网格点上应用地震构造法确定的地震烈度或地震动峰值加速度值计算结果。将该结果绘制为等值线，结果表明阿图什市城区的烈度为Ⅹ度，地震动峰值加速度可达9.6 m·s^-2。

3.1.2 历史地震法计算结果

根据前述对场地有影响的历史地震，按照0.02°×0.02°的网格点计算各历史地震对该网格的地震烈度及地面运动峰值加速度。同时考虑不确定性因素，在计算时均选择长轴衰减关系。分别为各次地震的地震烈度与地震加峰值加速度，在各次破坏性地震影响场计算基础上，取每个网格点上8次地震计算结果的最大值作为该网格点历史地震法计算结果，绘制地震烈度与地震动峰值加速度等值线。结果表明阿图什市城区的烈度为Ⅸ度，地震动峰值加速度可达6.8 m·s^-2。

3.2 地震危险性概率性分析方法

场地地震危险性概率分析是在区域及近场区地震活动性和地震构造研究结果的基础上，划分区域潜在震源区，确定地震活动性参数和地震动衰减关系，并对场地进行地震危险性概率分析。

根据泊松过程的基本假定，未来t年内发生n次4级以上地震的概率P，

式中：V₄为4级以上地震的年平均发生率。该值通过对地震带未来百年地震活动趋势预测结果确定，它反映了地震带的地震活动水平。

按照《中国地震动参数区划图》的划分方案，阿图什市共划分33个构造潜在震源区，其中对阿图什市地震危险性分析有重要影响的8个，表4给出了其震级上限；有影响地震带的3个，表5为其地震活动性参数；设防地震、罕遇地震及极罕遇地震，对应的超越概率分别为50年超越概率10%、2%及100年超越概率1%。

按0.02°×0.02°网格大小计算每个网格点（共7 656个点）在上述不同超越概率水平下的地震烈度及地震动峰值加速度的分布。结果表明：阿图什市城区50年超越概率10%的烈度为Ⅷ度，峰值加速度为2.5 m·s^-2；50年超越概率2%的烈度为Ⅷ度，峰值加速度为4.19 m·s^-2；100年超越概率1%的烈度为Ⅸ度，峰值加速度为6.24 m·s^-2。

4 地震灾害风险分析

考虑到建筑物的易损性和结构比均以地震烈度作为参考值，在地震动影响场预测时，本文选择地震烈度作为表征参数。在地震动影响场的强度上，分别采用基本、罕遇、极罕遇三个水准下地震动预测结果作为地震灾害源。综合地震危险性确定性分析方法和概率性分析给出最大可信地震下的地震动强度水平。

4.1 综合烈度下城区建筑震害

在地震动影响场估计的方法上，对基本地震动与罕遇地震动的确定采用地震危险性概率分析方法，对极罕遇地震动的确定采用地震危险性确定性分析法和概率相结合的方法。综合上述2种分析方法的结果，判定阿图什市城区基本地震动影响烈度为Ⅷ度、罕遇地震动影响烈度为Ⅸ度、极罕遇地震动影响烈度为Ⅹ度是合适的。

使用前述无人机遥感获取的城区建筑物数据，对不同结构类型房屋的易损性矩阵熊立红等.天山带承灾体易损性研究，地震行业科研专项201308018子专题研究报告，2015．进行分析^［9-11］，进而计算不同烈度下房屋震害指数值分析阿图什市城区民居的抗震性能。在基本地震动影响下，房屋震害指数值为0.07～0.66。罕遇地震动影响下，房屋震害指数值为0.26～0.75，极罕遇地震动影响下房屋震害指数值为0.43～0.94。

通过分析基本地震动影响与房屋震害指数值分布图可以看出，震灾风险隐患重点区域是城区老旧建筑和抗震措施不达标的自建房（图1）：遭遇基本和罕遇地震作用时，未达到抗震设防要求的老旧建筑存在不同程度震害，城区民居建筑中零星分布的一些土木及砖木结构房屋震害指数较高；当遭遇极罕遇地震动影响时，除高密度城区及其周围的框架结构房屋与具备抗震性能的砖混结构房屋震害指数较低外，其余均偏高。

4.2 设定地震下人员伤亡及经济损失评估

使用地震危险性确定性和概率分析方法计算表明，阿图什市区域内的托特拱拜孜—阿尔帕雷克断裂上存在发生8级地震的可能，事实上1902年该断裂上已发生8?级地震。根据特定断裂或区域内典型地震的复发周期和离逝时间来看，在该断裂上只有极罕遇地震的发生概率（10^-4）可以与之对应。因此在有限的时段内阿图什市区域内发生8级地震的概率不高，因此地震灾害源的使用可对应概率P₅₀=2%条件罕遇地震。综合考虑这些因素，我们将阿图什市设定地震的上限定为7.5级。

根据阿图什市区域内历史地震活动和活动断层的基本情况，选择区域内可能发生地震的若干地点设定地震，合理避让1902年阿图什8?地震震源区一定距离，每个地震间距小于50 km， 按照6.5、7.0、7.5级设定地震分别进行计算，得到各设定地震的人员伤亡和经济损失预估值。

4.2.1 评估方法

（1） 评估区内的人口、经济、建筑物等数据按照实际统计数据；地震烈度衰减关系采用椭圆衰减关系模型，结合新疆本地化的烈度衰减关系参数^［12］。

（2） 根据新疆本地化的结构易损性矩阵确定建筑物直接损失，按照Ⅷ-Ⅹ度的烈度分级，依据历史震害、建筑物损害程度与震亡关系计算经济损失^［13］和人员伤亡。

关于人员伤亡预评估的方法有很多，但地震灾害的实践表明每种方法都存在一定的局限性。根据近年来新疆区内外地震造成人员伤亡的实例，聂高众等人的致死性方法较为可靠。另外除在特殊震例中次生灾害原因造成的人员伤亡，如2014年云南鲁甸地震的地质灾害原因占据较大比重外，地震造成的人员伤亡与震区建筑的结构类型关系密切。考虑到建筑物结构比随时间（经济发展）的变化，近年来的地震震例才有较高的参考价值。因此我们对阿图什市人员伤亡预估是在综合考虑近年的震例，同时参考致死性方法^［14-15］的一个修正后结果。

4.2.2 评估结果

阿图什市辖区内共设定22个地震，7个地震位于人口稠密区域。当遭受6.5级地震时，人口密集地区的人员死亡数量在数人到十数人（城市直下型地震时），最大经济损失约30亿元；当遭受7.0级地震时，人口密集地区的人员死亡数量在十数人到数十人（城市直下型地震时），最大经济损失约160亿元；当遭受7.5级地震时，人口密集地区的人员死亡数量在数十人到百余人（城市直下型地震时），最大经济损失约560亿元。

5 结束语

历史地震对阿图什市城区最大影响烈度为Ⅹ度。地震危险性分析结果表明：阿图什市未来可能遭遇烈度为Ⅷ-Ⅸ的震害，震级上限7.5级的城市直下型地震可能造成百余人的死亡。城区抗震能力不达标的老旧建筑和自建房是地震灾害风险隐患点，因此需要结合实际情况对相关建筑采取拆除或抗震加固措施。

地震危险性确定性和概率性分析方法结果均表明阿图什市市区以北均显示为地震动加速度非常强烈的高烈度区。托特拱拜孜—阿尔帕雷克、阿图什背斜北翼和南翼断裂等活动断裂，以及其历史地震、潜在震源是区域震害的决定性因素。目前对这些活动断层的研究有限，它们与城市间的准确关系尚不清楚，因此亟需开展城市活动断层的展布、危险性分析及危害性评估等工作。

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PRELIMINARY STUDY ON URBAN EARTHQUAKE DISASTER

RISK IN ARTUX， XINJIANG

WEN He-ping，  TANG Li-hua，  YAO Yuan，  CHANG Xiang-de

（Earthquake Agency of XinJiang Uygur Autonomous Region， Urumqi 830011， Xinjiang， China）

Abstract： This paper introduces the basic geographical information， structure and seismicity， historical earthquake integrated isoseismal contours and other basic information about Artux City， Xinjiang. Based on the building data obtained by UAV remote sensing in the urban area of Artux City， the risk of earthquake disaster in the urban area is preliminarily analyzed using the deterministic and probabilistic risk analysis methods， and the basic suggestions for earthquake disaster prevention are put forward.

Key words： Artux City; Risk analysis; Damage index; Earthquake disaster risk