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2017年九寨沟7.0级地震灾害特点浅析
2017年九寨沟7.0级地震灾害特点浅析
李皓*1) 刘金龙2) 江小林3) 吕国军1) 李姜1)
1)河北省地震局,石家庄 050021;
2)中国地震局工程力学研究所,哈尔滨 150080;
3)四川省地震局,成都 610041
 [收稿日期]: 2017-12-20
摘要

2017年8月8日21时19分,四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县发生7.0级地震,本文就各烈度区特征、宏观震害、建筑物震害、地质灾害和生命线震害等进行了分析,初步得出本次地震的一些震害特点。本次地震震级大,震源深,有感范围广,极震区烈度达Ⅸ度,余震频发,余震最大震级4.8级。灾区属于高山峡谷区,地震引发的次生地质灾害较为严重,是导致人员伤亡的主要原因。震中位于2008年汶川8.0级地震时的重灾区,建筑物基本经过重建,抗震性能较好;九寨沟城镇和景区内大部分房屋采用钢筋混凝土结构,由于地区和民族习惯,农村民居基本为抗震性能较好的穿斗木构架房屋,灾区建筑物受损多而倒塌少,避免了重大人员伤亡,死亡人数低于该区域历史上7级以上地震。这次地震经验表明,严格按照国家抗震设计规范、满足抗震设防要求并且保证施工质量的建筑物,具有抗御设防烈度地震的作用,不会发生严重破坏和整体垮塌,也就不会造成大量的人员伤亡。



引言

中国地震台网测定,2017年8月8日21时19分,四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县(33.20°N,103.82°E)发生7.0级地震,震源深度20km,造成29人死亡,1人失踪,543人受伤。此次地震四川省灾区涉及5个县(九寨沟县、平武县、松潘县、若尔盖县、红原县)、44个乡镇,其中九寨沟县15个(漳扎镇、马家乡、陵江乡、黑河乡、大录乡、南坪镇、白河乡、双河镇、保华乡、罗依乡、勿角乡、玉瓦乡、草地乡、郭元乡、永和乡),平武县7个(白马藏族乡、虎牙藏族乡、黄羊关藏族乡、阔达藏族乡、木皮藏族乡、木座藏族乡、水晶镇),松潘县14个(川主寺镇、山巴乡、水晶乡、黄龙乡、大姓乡、大寨乡、进安回族乡、进安镇、牟尼乡、青云乡、十里回族乡、小河乡、燕云乡、施家堡乡),若尔盖县7个(包座乡、阿西茸乡、阿西乡、巴西乡、班佑乡、求吉乡、热尔乡),红原县1个(色地乡)。受灾面积13355km2,灾区人口约148420人。

地震发生后,中国地震局启动国家Ⅱ级地震应急响应,派出由中国地震局、四川省地震局、甘肃省地震局等18家单位组成的地震现场工作组,赶赴震区指导和帮助地方做好抗震救灾工作(袁一凡等,2005)。现场工作历时8天,共派出工作队69组次,总行程1.2万余千米,采用抽样调查、单项调查和抽样核实等方法,共调查315个调查点,选取了97个抽样点(图 1)。在一天半的时间内,通过反复核实完成了此次地震烈度图的绘制工作。同时,根据《地震现场工作 第三部分:调查规范》(GB/T 18208.3—2011)、《地震现场工作 第四部分:灾害直接损失评估》(GB/T 18208.4—2011[1])和《中国地震烈度表》(GB/T 17742—2008),对此次地震灾害损失进行了计算分析,并将评估结果及时反馈,为抗震救灾及灾后重建提供了依据。


图 1 四川九寨沟地震抽样调查点 Fig. 1 Sampling survey sites of the Jiuzhaigou MS 7.0 earthquake in Sichuan Province

此次地震灾害具有明显特点:①震级高,达到7.0级,是四川省继汶川地震、芦山地震后的又一次强烈地震;②受灾地点特殊,九寨沟县是汶川特大地震的重灾县,也是自然遗产九寨沟景区的所在地;③直接灾害损失较小、次生灾害严重,地震造成部分基础设施、城乡住房不同程度受损,但由于滑坡等次生地质灾害,造成了旅游生态环境严重破坏和人员伤亡;④余震频发,造成灾害叠加,致使次生灾害加重,截至8月16日8时,累计发生余震4432次,其中4.0—4.9级地震3次,3.0—3.9级地震28次,最大余震4.8级;⑤人员疏散任务重,由于震中距离九寨沟风景区较近,正值旅游旺季,景区有8万余名游客和外来务工人员,疏散压力大。

本文对此次地震的震害现象进行了研究分析,并开展了初步讨论。

1 灾区基本概况

九寨沟县隶属于四川省阿坝藏族羌族自治州,位于青藏高原东部边缘,阿坝州东北部。东、北与甘肃省文县、舟曲县、迭部县交界,西、南与四川省若尔盖县、平武县、松潘县接壤,县城海拔1390m。全县幅员面积5290km2。九寨沟县地势西高东低,以高山为主,兼有部分山原和零散平坝,属高山深谷地槽区。东、西、南有明显的活动断层,西部有岷江断裂带,南有雪山断裂带和虎牙断裂带,北部有秦岭纬向构造带。该县属高原湿润气候,山顶终年积雪。气候冬长夏短,夏无酷暑,冬无严寒,春秋温凉;按海拔高度分为暖温带半干旱、中温带和寒温带季风气候;年平均气温12.7℃,年平均降水量550mm。

2 灾区构造背景

此次7.0级地震发生在四川九寨沟县境内,位于九寨沟景区日寨沟北约7km的沟谷中。震区的活动断裂主要包括东昆仑断裂东段塔藏断裂、虎牙断裂。该断裂位于西部强隆区与东部弱升区的边界地段,断裂两侧夷平面高程不同,东侧海拔3000—3500m,西侧4200—4500m,垂直断错幅度达1000m左右,为全新世活动断裂。断裂南端始于平武县的银厂,向北经虎牙关、丰岩堡、火烧桥、小河至龙滴水,于龙滴水错切雪山断裂后向NW沿三道片附近的褶皱断续出露。从一系列中强震沿断裂总体展布方向呈NW向条带状分布的特征来看,该断裂可能向北隐伏延伸。断裂地表出露长达60km。断裂北段走向由NW转为SN,倾向E,倾角40°—80°;南段走向由SN转为NNW,倾向SW,倾角由北往南自70°转为30°。断裂总体走向NNW,表现了一定的枢纽性、显压性特征。断裂以东主要为前震旦系碧口群变质火山岩系和部分古生代底层,断裂以东主要为上古生界和三叠系。断裂呈单条展布,仅在中段发育有一些分支次级断裂与主干断裂相交。估计的断裂平均水平滑动速率为1.4±0.1mm/a,垂直滑动速率为0.3mm/a。历史上曾发生过1630年松潘小河6½级地震和1976年松潘、平武间7.2级强震群。

东昆仑断裂带是青藏高原内部划分巴颜喀拉块体与甘南块体的重要边界。该断裂带西起青新交界鲸鱼湖以西,往东经库赛湖、东西大滩、秀沟纵谷、阿拉克湖、托索湖、下大武、玛沁,东延至甘肃省玛曲以东,是1条长期发展的区域深、大断裂带。同时,该断裂带也是晚第四纪强烈活动的断裂带。沿整条断裂带均可见全新世以来古地震的多期活动现象。

塔藏断裂为东昆仑断裂东段的一部分,断裂西起于阿西附近,沿若尔盖盆地的北边缘经求吉、东北、拉来坝,在拉来坝至塔藏之间,断裂分为2支,向南东延伸至务角以东逐渐消失,水平走滑速率为1.9—2.3mm/a。

3 强震动记录

截至2017年8月9日12时20分,共收到强震动记录事件67组。其中,九寨漳扎台震中距最小,为11.4km,获取到的记录加速度峰值超过1900gal,地震动水平分量卓越频率约为5Hz、竖向分量约为8Hz,但强震动持时较短,仅约不足10s。九寨白河强震台震中距30.5km,东西、南北、垂直向加速度峰值分别为-129.5gal、-185.0gal、-124.7gal,速度峰值较小,分别为-3.9cm/s、6.6cm/s、2.5cm/s,地震动水平分量卓越频率约为3Hz、竖向分量约为12Hz,强震动持时约15s。从峰值最大的3组主震强震动记录看(图 2),持时短、频率高是此次地震破坏程度偏轻的原因之一。


图 2 强震动台地震加速度记录(引自中国地震局工程力学研究所) Fig. 2 Earthquake acceleration records of the strong motion
4 地震烈度图

本次地震的烈度图划分依据《中国地震烈度表》(GB/T 17742—2008)(中国地震局工程力学研究所等,2009),根据区内不同类型结构房屋和生命线工程破坏情况及人体感觉强弱等,通过大范围详细调查,给出了烈度分布图,如图 3所示(中国地震局,2017)。此次地震的最大烈度为Ⅸ度,等震线长轴总体呈北北西走向,Ⅵ度及以上区域总面积为18295km2,其中四川省约13355km2,约占73%。地震共造成四川省、甘肃省8个县受灾,包括四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县、若尔盖县、红原县、松潘县,绵阳市平武县;甘肃省陇南市文县,甘南藏族自治州舟曲县、迭部县。


图 3 四川九寨沟7.0级地震烈度图 Fig. 3 Seismic intensity map of the Jiuzhaigou MS 7.0 earthquake in Sichuan Province

Ⅸ度区涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县漳扎镇,面积139km2

Ⅷ度区涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县漳扎镇、大录乡、黑河乡、陵江乡、马家乡,面积778km2

Ⅶ度区涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县、若尔盖县、松潘县,绵阳市平武县,面积3372km2

Ⅵ度区涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县、若尔盖县、红原县、松潘县,绵阳市平武县;甘肃省陇南市文县,甘南藏族自治州舟曲县、迭部县,面积14006km2。其中四川省Ⅵ度区面积为9066km2,约占65%。

5 建筑物震害特点

本次地震造成四川灾区44个乡镇房屋不同程度受损,房屋结构类型主要包括框架结构、砖混结构及木结构房屋。框架结构和砖混结构房屋是灾区的主要建筑结构形式,具有一定抗震设防措施,抗震性能较好;农村房屋多为穿斗式木架构,抗震性能较好,另外还有极少量的砖木和石木房屋,抗震性能一般,缺少抗震设防措施。在地震中,房屋发生严重破坏和整体垮塌的情况很少(周军学等,2017)。房屋在不同烈度区的震害特征如下:

(1)Ⅸ度区:少数木结构房屋倒塌毁坏,维护墙多数倒毁,贯穿性开裂现象普遍;砖混结构房屋部分毁坏,墙体X型裂缝贯通,多数墙体开裂明显;框架结构部分房屋出现构造柱位错,少数出现断裂现象,墙体开裂普遍(如图 4九寨天堂酒店),填充墙部分出现X型裂缝贯通(如图 5漳扎镇漳扎村)。


图 4 框架结构房屋外墙倒塌 Fig. 4 Collapse of frame structure exterior wall

图 5 框架结构房屋X剪切裂缝 Fig. 5 X-shaped fractures in frame structure

(2)Ⅷ度区:木结构房屋部分墙体倒塌、倾斜、变形,贯穿性开裂现象普遍(如图 6漳扎镇中查村);砖混结构房屋部分毁坏,部分墙体开裂明显(如图 7漳扎镇扎如村);框架结构房屋梁柱结合部出现较大纵向、横向裂缝,填充墙裂缝较大。


图 6 砖木结构倒塌 Fig. 6 Collapse of brick-wood structure

图 7 砖混结构X裂缝 Fig. 7 X-shaped fractures in brick concrete structure

(3)Ⅶ度区:木结构房屋个别墙倒,部分墙体局部倒塌,多数墙体开裂(如图 8白河乡燕子垭村);砖混结构房屋个别墙体开裂严重,多数墙体轻微破坏或完好(如图 9白河乡乡政府);框架结构房屋个别梁柱出现细微裂缝,少数填充墙开裂。


图 8 木结构墙斜裂缝 Fig. 8 Cracks on wood structure wall

图 9 砖混结构房屋裂缝 Fig. 9 Cracks in brick concrete structure building

(4)Ⅵ度区:木结构房屋个别墙体开裂严重,旧裂缝开裂加宽(如图 10勿角乡英各村);砖混结构房屋,个别墙体出现裂缝(如图 11建安镇外城村);框架结构房屋个别墙体出现细微裂纹,绝大多数基本完好。


图 10 木结构墙体开裂 Fig. 10 Cracking of wood structure wall

图 11 砖木结构裂缝 Fig. 11 Cracks in brick and wood structure

此次地震震级大,但房屋破坏较轻,并没有造成大量房屋毁坏。九寨沟县城及景区多为多层建筑,其中5层左右建筑较多,高层建筑较少,多为钢混结构,具有一定抗震设防措施。周边乡镇多为民房,结构形式以土结构和砖混结构为主,缺少抗震设防措施,从震害较重的沟口村、漳扎村、中查村(Ⅸ度区)及上四寨、红岩林场、九寨天堂、甲蕃古城(Ⅷ度区)等村镇的调查情况看,重灾区建筑震害主要表现为:从主体结构层面上看,砖混结构震害最重、底框砌体结构震害较重、钢筋混凝土框架结构震害较轻、穿斗木结构震害最轻;从围护墙、填充隔墙、屋面等建筑非结构构件层面看,穿斗木结构震害最重、钢筋混凝土框架结构震害次重、底框砌体结构震害较轻、砌体结构震害最轻(吕国军等,2016)。非结构构件破坏规律表现出恰好与结构构件破坏规律相反的特征。值得注意的是,由于当地气候民俗特点及政府规划要求,处于重灾区的漳扎镇藏族居民多从事旅游业,自行建造各类结构房屋用于经营客栈,其屋面多采用人字坡屋面,无论房屋为3层、4层或5层,顶层多采用无任何抗震构造措施的硬山搁檩型式,导致房屋顶层墙体破坏严重、屋面普遍梭瓦、屋脊塌落(吕国军等,2017);而由于穿斗木结构房屋的传统建造工艺限制,其外墙破坏倒塌普遍、屋面破坏严重。藏民几乎家家户户在自家楼上设置的较具特色的佛堂兼客厅,更是在地震中表现出电视机翻倒,茶具、瓷器、铜器等摔落满地的情况,且楼层越高越明显。这些现象充分说明此次地震强震动记录短周期成分突出的特征,也进一步印证和解释了自振频率较高的砖混结构、穿斗木构架结构的石或砖砌外围护墙、外墙贴砌的装饰性石墙板(青石片墙)、玻璃门、玻璃墙、瓷砖以及对加速度敏感的浮放电器、家具等非结构构件破坏现象突出的特征(帅向华等,2014)。

6 次生地质灾害主要特征

在Ⅵ度及以上区域所涉及的九寨沟、松潘、红原、若尔盖及平武等5县,累计排查核实崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害隐患点1665处。

九寨沟地震发震构造为塔藏断裂的南支,次生地质灾害的分布受地震和构造的控制,主要集中发生在北西向发震断裂带与南北向挤压构造带踊共轭交叉部位,基本与走滑断层走向平行,在九道拐沿白河景区以及日则沟老虎嘴、熊猫海、箭竹海一带较为集中,绝大多数位于Ⅶ度、Ⅸ度区。根据现场调查和卫星、航拍影像解译,九寨沟7.0地震诱发的地质灾害主要以崩塌、滚石和滑坡为主;规模大的滑坡较少,多为高位的崩塌、滚石。高位的地质灾害主要集中在距发震断裂约4km的范围内,包括日则沟熊猫海至镜海段,丹祖沟、则查洼沟上季节海至下季节海段及树正沟犀牛海段;低位的地质灾害主要集中分布在公路边坡附近。根据汶川、芦山及鲁甸地震及国外经验,震后降雨诱发泥石流、滑坡的高易发性将持续相当长的一段时间,特别是震后5年以内,将是地质灾害高发易发期。一些目前尚未发现的震裂山体和不稳地斜坡,未来可能在强降雨激发下失稳破坏,威胁景区内游客、居民点、基础设施和景观。

九寨沟地震次生灾害表现为规模相对较小、数量多、厚度浅,集中连片等特点。由于本次地震的震源深度较汶川地震和雅安地震更深,虽然波及影响面较大,但是对震中地区能量释放较小,地表破坏相对较弱。此次发震构造推测为塔藏断裂南侧分支和虎牙断裂北段。由于发震断裂带为北西向断裂,具有走滑性质,因此大规模的地质灾害较逆冲兼走滑性质的汶川地震少。地质灾害主要集中发生在北西向发震断裂带五花海断层与南北向挤压构造的九寨沟断层和则查洼沟断层共轭交叉部位,表明次生地质灾害的分布规律受到地震和构造的控制。

7 生命线震害特征

生命线系统主要包括供水、排水系统工程;电力、燃气及石油管线等能源供给系统工程;电话和广播电视等情报通信系统工程;大型医疗系统工程以及公路、铁路等交通系统工程等,主要震害特征如下:

(1)电力系统:部分电站电线杆折断、倒伏、倾斜、线路损坏。地震造成阿坝电网110kV九寨沟(甘海子)变电站及多条输电线路停运,其中,黄龙乡1900余户停电。九寨沟县因地震停运29条10kV线路。九寨沟县到川主寺110kV川九线供电线路跳闸,松潘县35kV城南变电站、35kV南黄线跳闸,九寨沟县城部分地区供电中断。

(2)交通系统:道路受阻严重,如S301线九寨沟县境内有大巴车被落石砸中;县、乡、村道路路面开裂,地基塌陷,道路护栏受损严重;部分桥墩出现裂缝,护桥栏开裂,九寨沟景区内部分游客步道桥垮塌;部分涵洞顶部出现裂缝。

(3)通信系统:部分通讯站受损,电线杆损毁,电标倒塌,通讯短时间中断。

(4)水利系统:供水池、供水管、水渠等因山体滑坡体而出现破损、阻塞等现象,出现供水不足。

8 震害特点分析

(1)此次地震震级大,达到了7.0级,属于大地震;震源偏深,达到20km;此次地震影响范围除四川省外,还包括甘肃省部分地区。

(2)房屋破坏较轻。由于九寨沟在2008年汶川8.0级地震后,房屋建筑的抗震设防烈度已提高到Ⅷ度(李志强等,2008)。重建房屋抗震性能良好,基本没有发生严重破坏现象。正规设计的框架、砖混结构主体结构构件破坏较轻,但房屋装修等非结构构件造成的破坏和人员伤亡较重,应引起重视。另外。周边的乡镇以穿斗式屋架、土木和砖石结构为主,缺少抗震设防措施的房屋,破坏严重。此次地震断层初步判断为隐伏断层,且没有直接穿过城镇、村庄等建筑聚集地,没有造成如汶川地震中的北川县城和玉树地震中的结古镇几乎所有建筑物被摧毁而导致大量人员死亡的惨烈结果。

(3)地震地质灾害较重。震区属于高山峡谷区,地震引发的次生地质灾害较为严重,导致人员伤亡和部分道路交通中断,增加了救援和人员转移安置难度。

(4)地震人员伤亡少。房屋破坏较轻是本次地震人员伤亡少的主要原因;另外,重灾区除景区人口集中外,其它区域村寨稀疏,总体人口密度较低,九寨沟县约为12人/km2;地震发生的时间在晚上9点19分,绝大多数游客已回到抗震性能较好的宾馆,有效避免了山体崩塌、滑坡造成的更大人员伤亡;地方政府应急处置有力有序,人员搜救、伤员救治和群众疏散转移安置及时高效;经过汶川地震和芦山地震,民众防震减灾意识和自救互救能力相对较高。

(5)自然生态破坏较重。地震对世界自然遗产九寨沟的诺日朗瀑布、五花海等旅游景观和旅游基础设施造成较严重破坏,对当地生态环境造成较严重影响。

致谢: 本文资料部分来自四川九寨沟7.0级地震现场工作队,感谢工作队全体人员的辛勤努力。
参考文献
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Characteristic Hazard Analysis of the Jiuzhaigou MS 7.0 Earthquake in 2017
Li Hao*1), Liu Jinlong2), Jiang Xiaolin3), Lü Guojun1), Li Jiang1)
1) Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China;
2) Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China;
3) Sichuan Earthquake Agency, Chengdu 610041, China
Abstract

At 21:19 on August 8, 2017, a MS7.0 earthquake occurred in Jiuzhaigou County, Sichuan Province. In this paper, we analyze the features, intensity damage, geological disasters and earthquake damage to buildings, lifelines, preliminary draw the some features of earthquake disaster. The earthquake has a large magnitude, deep seismic source, a wide range of impact. The intensity of the epicenter area reaches Ⅸ degree, and the aftershock is frequent and the maximum magnitude of aftershock is 4.8. The disaster area belongs to the alpine gorge area, where the secondary geological disasters triggered by the earthquake is more serious, which is the main cause of casualties. After the Wenchuan earthquake most houses in Jiuzhaigou towns are build with reinforced concrete structure, which leads to the relatively low casualties than other MS 7.0 earthquake in history. The earthquake experience shows that, in strict accordance with the norms of seismic design, meet the anti-seismic requirements and ensure the construction quality of the building, is able to resist the effects of seismic fortification intensity, decrease serious damage and collapse, and reduce casualties efficiently.



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2017年九寨沟7.0级地震灾害特点浅析
李皓*1) 刘金龙2) 江小林3) 吕国军1) 李姜1)
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20180319