第八章宏觀地震學

——第一節、地震烈度

地震烈度是地震引起的地震動及其對人、人工結構、自然環境影響的強弱程度，也間接反映了地震動本身的強烈程度。第八章宏觀地震學

——第一節、地震烈度1烈度的不同定義河角廣：人體感覺到的某個地點的地震強度李善邦：某個地點受地震動影響表現出的強弱程度里克特：就某一地點的震動而言麥德維杰夫：某一地點的地面震動斯坦伯魯格：地震影響的隨意尺度紐馬克等：地方性的地震破壞度量烈度的不同定義河角廣：人體感覺到的某個地點的2

一次地震只有一個量度地震釋放能量大小的震級，但一次地震的不同地點有不同的烈度值。地震烈度受震級、距離、震源深度、地質構造、場地條件等多種因素的影響；一般情況下，震源附近的震中地區烈度最高，稱為震中烈度；距震源越遠烈度越低。震中烈度隨震級增加而增大，震級相同時則震源深度越淺震中烈度越高。烈度只取整數值。一次地震只有一個量度地震釋放能量3震級和烈度的區別和聯系首先，震級和烈度的含義不同。震級是衡量地震本身釋放能量大小的級別。地震釋放的能量越大，震級就越大。一次地震只有一個震級。烈度是指某地區受地震影響的強弱或破壞程度。破壞越嚴重，烈度就越大。區別震級和烈度的區別和聯系首先，震級和烈度的含義不同。4震級和烈度的區別和聯系其次，確定震級和烈度大小的依據不同。震級是根據地震臺站的儀器記錄，按一定公式推算得出。地震烈度的大小，是根據地震發生時人的感覺及室內擺設的動搖情況，以及房屋和其他建筑物的破壞輕重程度，還有地面破壞現象等來確定。區別震級和烈度的區別和聯系其次，確定震級和烈度大小的依據不同。5震級和烈度的區別和聯系地震震級與地震烈度有一定聯系。烈度大小與地震震級大小、離震中的遠近、震源深淺、當地的地質構造、場地條件等因素有關。總的說來，地震震級越大，烈度越大；距震中越近，震源越淺、烈度也就越大。聯系震級和烈度的區別和聯系地震震級與地震烈度有一定6地震烈度表烈度表是說明地震烈度的等級劃分、評定方法與評定標志的技術標準。烈度表規定了地震烈度劃分的等級、描述了對應不同烈度的地震影響和破壞現象，提供了評定烈度的基本方法。歷史上的烈度表曾將烈度劃分為8-12檔次，現以12度的烈度劃分為主。烈度表將評定烈度的依據歸并為四類：人的感覺和反應；器物反應；房屋等結構破壞和地表破壞。Ⅰ－Ⅴ度以人的感覺為主；Ⅵ－Ⅹ度以房屋震害為主；Ⅺ、Ⅻ度以地表現象為主。地震烈度表烈度表是說明地震烈度的等級劃7中國地震烈度表(1980)Ⅰ度無感Ⅱ度室內個別靜止的人有感Ⅲ度室內少數靜止的人有感，門、窗輕微作響，懸掛物微動Ⅳ度室內多數人有感，室外少數人有感，少數人驚醒；門、窗作響懸掛物明顯擺動，器皿作響Ⅴ度室內人普遍有感，室外多數人有感，多數人驚醒；門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現微細裂縫不穩的器物傾倒中國地震烈度表(1980)Ⅰ度無感8Ⅵ度人驚慌失措，倉皇出逃；個別房屋磚瓦掉落，墻體微細裂縫，有的磚煙囪裂縫掉頭；河岸和松散土出現裂縫，飽和砂層出現噴砂冒水。Ⅶ度大多數人倉皇出逃；建筑輕度破壞（局部破壞開裂）但不妨礙使用，大多數磚煙囪中等破壞；河岸出現塌方，飽和砂層常見噴砂冒水；松散土上地裂縫較多。Ⅷ度人搖晃顛簸，行走困難；建筑中等破壞，需要修理，大多數磚煙囪嚴重破壞；干硬土上亦有裂縫，Ⅸ度人坐立不穩，行動的人可能摔跤；建筑嚴重破壞（墻體龜裂，局部倒塌），修復困難，磚煙囪出現倒塌；干硬土上有許多裂縫。基巖可能出現裂縫，滑坡塌方常見。Ⅹ度騎自行車的人會摔倒，處于不穩狀態的人會摔處幾尺遠，有拋起感；建筑大部倒塌，不堪修復，基巖上的拱橋破壞，大多數磚煙囪從根部破壞或倒塌；山崩和地震斷裂出現。Ⅵ度人驚慌失措，倉皇出逃；個別房屋磚瓦掉落，墻體微9

Ⅺ度建筑毀滅，基巖上拱橋毀壞；地震斷裂延續很長，山崩常見。Ⅻ度地面劇烈變化，山河改觀

注：一般房屋包括用木構架和土、石、磚墻構造的舊式房屋和單層或多層的新式磚房。對于質量特別差的和特別好房屋，可根據具體情況，對表列各烈度的震害程度和震害指數予以提高或降低。使用本表時可根據地區具體情況作出臨時的補充規定。在農村以自然村為單位，在城鎮可以分區進行烈度的評定，但面積以1平方公里左右為宜。煙囪指工業或取暖用的鍋爐房煙囪。表中數量詞的說明：個別：10%以下；少數：10-50%；多數：50-70%；大多數：70-90%；普遍：90%以上。Ⅺ度建筑毀滅，基巖上拱橋毀壞；地10第八章地震學基礎-地震烈度課件11常用烈度表的對應關系

常用烈度表的對應關系12地震烈度的宏觀調查宏觀調查的方式大致有三種，即現場實地調查、通訊調查和航空攝影。

第八章地震學基礎-地震烈度課件13第八章地震學基礎-地震烈度課件14第八章地震學基礎-地震烈度課件15影響震災大小的因素，主要來自地震本身和受震體二個方面。

（1）地震本身。由于形成震害的三要素是地震強度、頻譜特性、持續時間，所以地震本身主要指以下幾方面：震級、震中距離、震源深度、地震發生時間、地震類型等。烈度的影響因素影響震災大小的因素，主要來自地震本身和受震體二個方面16（2）地震受體因素。主要包含天然環境因素、人為環境因素和社會環境因素。烈度的影響因素①天然環境因素：地理環境，地質環境，場地環境等；②人工環境：主要包括居民住宅，工業建筑，各類公共設施，生命線工程以及其他人工建筑物等；③社會環境：主要包括城市，農村，社會文明程度，人們的知識水平、抗災意識、應變能力、科學管理水平，震區人口密度、經濟發展程度等。（2）地震受體因素。主要包含天然環境因素、人為環境因素和社會17震級與烈度統計對應關系震中烈度ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫ震級1.92.53.13.74.34.95.56.16.77.37.98.5(1)震中烈度和震級的關系對于我國的破壞性地震，由于震源深度大致在10-20公里，經過統計發現震級M與震中烈度I0滿足下列關系：M=0.58I0+1.5烈度的影響因素詳解震級與烈度統計對應關系震中烈度ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪ震級18烈度的影響因素(2)震源影響震源對地震烈度的影響有兩個方面：震中距及震源深度。震源距——對于一個給定的震級，地面震動隨震源距離的增加會逐漸衰減。但是，這種衰減不是均勻的。人們發現不同地區之間地面震動隨距離衰減變化很大（如圖2.2），要受地殼巖石的影響。

一個矩震級為6.5的地震的地震動水平加速度從震源隨距離增加的平均衰減

詳解烈度的影響因素(2)震源影響震源距——對于一個給定的震級19烈度的影響因素震源深度——對于給定地震震級，震源深度越深，震動就越弱。這一點可以通過井下加速計的記錄反映出來，如下圖所示，井下加速度計記錄顯示震動強度隨深度增加而減弱。說明，對于給定震級的地震，震源深度越深，到達地面時能量越小，震動越弱。井下加速度計記錄顯示震動強度隨深度增加而減弱

詳解烈度的影響因素震源深度——對于給定地震震級，震源深度越深，20烈度的影響因素(3)場地條件的影響場地條件一般指局部地質條件，如近地表幾十米至幾百米內的地基土壤、地下水位等工程地質情況、地形及斷層破碎帶等。國內外震害經驗一致表明場地條件是震害或地震烈度的主要因素。詳解A、場地土壤的影響場地土壤對震害的影響在場地條件中占首要地位，幾乎每次大地震都可以看到這種影響的事例。如果把場地土分為三類：堅硬的巖石、硬至中硬的土層、松散軟弱的地基。這三類地基從抗震角度看至少有兩點不同：一是它們的剛度不同；二是它們的動力強度不同，在地震波動作用下，基巖強度很高，一般不破壞；相反，松散軟弱的地基則很容易產生地基失效。烈度的影響因素(3)場地條件的影響詳解A、場地土壤的影響211989年洛馬普瑞特地震余震期間在基巖上和人工填充地上監視臺站記錄到的兩種地震圖填充地區將地震動放大了8倍

1989年洛馬普瑞特地震余震期間在基巖上和填充地區將地震動放22第八章地震學基礎-地震烈度課件231976年7月28日唐山7.8級地震的地震烈度分布圖天津寧河1976年7月28日唐山7.8級地震的地震烈度分布圖天津寧河24烈度的影響因素B、地質構造對地震烈度的影響1976年唐山地震中，寧河為Ⅷ區中的Ⅸ度異常區（上圖），除了地基條件外，可能還與地質構造有關。寧河高烈度異常區在構造上位于黃驊凹陷內，第四紀沉積物較厚，斷層比較發育，有北西向寧河、寶坻新構造斷裂通過。詳解C、局部地形的影響國內外宏觀震害表明，在孤立突出的小山包、小山梁上的房屋震害一般較重。烈度的影響因素B、地質構造對地震烈度的影響詳解C、局部地形的25烈度的影響因素（4）影響地震烈度的其他因素方位對烈度的影響與傳播路徑有關，所謂方位影響指的是在斷裂端部附近，等震線會出現偏于一側或兩側的尖端形。除了震源、傳播路徑和場地條件對烈度的影響外，在強震現場還發現一些烈度異常區，可能由其他因素引起，被提到最多的地震波的輻射干涉。詳解烈度的影響因素（4）影響地震烈度的其他因素詳解261906年舊金山、1971年圣費爾南多、1811～1812年新馬德里和1886年查理斯頓地震的等震線圖1906年舊金山、1971年圣費爾南多、1811～1812年27地震烈度的特點

在沒有地震觀測儀器和地震觀測普遍開展之前，人們描述震害大小和地震動強弱，只能憑借宏觀觀察；烈度概念的建立之初，它就被賦予震害大小和地震動強弱的雙重內涵。然而，地震動強弱僅是影響震害的因素之一，兩者之間并不存在簡單明確的物理關系，至少，在相同地震動作用下，抗震能力不同的房屋將產生不同程度的破壞，這一點即使是初期的烈度研究者也注意到了。烈度內涵的雙重性決定了它不是一個嚴格科學的物理概念、并具有以下特點。

模糊性綜合性平均性主觀性

在描述不同破壞（影響）現象的數量時，使用個別、少數、多數、大多數、普遍等模糊詞語。在描述房屋破壞程度時使用的微細裂縫、局部破壞、結構受損、墻體龜裂、局部倒塌，以及不妨礙使用、需要修理、修復困難和不堪修復等詞語也不能以定量方法判斷。

地震烈度評定原則上要綜合考慮人的感覺、器物反應、建筑破壞和地面破壞等四類宏觀現象。由于烈度評定指標的不確定性，烈度一般不能由某種現象的一次出現進行判斷，例如，不能憑借一棟房屋的破壞程度評定烈度而必須考慮一定地域范圍內房屋群體的平均破壞狀態。地域范圍大小的界定在烈度表中并無嚴格規定，原則上農村以自然村為單位，城市則應分區評定，面積以1平方公里為宜。既然烈度評定以宏觀觀察為依據，烈度表大量使用模糊詞語，則烈度評定很大程度上是一種經驗行為，評定結果必然包括因評定者經驗多寡和正誤所引起的主觀性。地震烈度的特點在沒有地震觀測儀器和地震28地震烈度評定

地震烈度是按照地震烈度表評定的。烈度評定的基本方法是現場宏觀考察；也可利用通信方法了解震害情況，作為評定烈度的輔助手段。烈度評定的最終結果是繪制地震的等震線圖。

地震烈度評定地震烈度是按照地震烈度29唐山地震等震線圖唐山地震等震線圖30烈度異常區

當若干烈度異常點密集成區時，可勾畫為烈度異常區。烈度異常區的勾畫不能僅由個別烈度異常點決定，其范圍應足夠大、跨越一個或數個鄉鎮、甚或一個縣。烈度異常現象往往是場地影響的結果，例如山間軟土盆地、濱海軟土區、古河道、古湖沼澤地等場地的震害相對較重，形成高烈度異常區；而臺地或大片堅硬場地則可能形成低烈度異常區。如1976年中國唐山地震出現許多烈度異常區，包括寧河-漢沽（Ⅸ度高烈度異常區）、天津（Ⅷ度高烈度異常區）、玉田（Ⅵ度低烈度異常區）；1679年三河-平谷地震（8級）時，玉田地區也是較周圍震害較輕的低烈度異常區。烈度異常區當若干烈度異常點密集成區時，31汶川地震等震線圖101102103104105106107108E109353433313029N28成都重慶西安ⅪⅩⅪ綿陽德陽廣元都江堰北川青川ⅨⅧⅦⅥⅦⅧⅥⅥⅥⅥ文縣康縣漢中Ⅵ汶川茂縣江油紅原若爾蓋岷縣漳縣平涼通渭莊浪慶陽靈臺甘谷麟游寶雞扶風武功鳳縣寧陜鎮巴萬源宣漢梁平鄰水合川大足榮昌內江自貢水富綏江永善雷波樂山沐川馬邊漢源石棉冕寧九龍康定丹巴金川小金馬爾康黑水理縣道孚雅江平武松潘九寨溝西和舟曲武都勉縣略陽寧強南江旺蒼劍閣蒼溪三臺中江青白江安縣彭州綿竹什坊郫縣邛崍寶興蘆山映秀32儀器震中等震線鎮原Ⅵ汶川地震等震線圖101102103104105106107132震害指數法

采用房屋破壞程度的統計指標評定地震烈度的方法。震害指數是表示一座房屋破壞程度的數，取值范圍為0~1，震害指數0.0表示房屋完好無損，震害指數1.0表示房屋毀壞；其間的數值表示不同的破壞程度。

震害指數法采用房屋破壞程度的統計33取某類震害經驗豐富的房屋w為基準，以各調查點該類房屋平均震害指數為橫坐標，其他類房屋的平均震害指數為縱坐標，用回歸分析或目視擬合方法，得到圖示的基準房屋與它類房屋震害指數的換算關系（如圖中曲線），記第j類房屋與基準w類房屋震害指數的換算系數為。若調查點（如自然村）所有被調查的房屋總間數為，則該點的平均震害指數為:烈度平均震害指數Ⅵ0～0.1Ⅶ0.11～0.3Ⅷ0.31～0.5Ⅸ0.51～0.7Ⅹ0.71～0.9Ⅺ0.91～1.0取某類震害經驗豐富的房屋w為基準，34表2.5一般房屋震害程度調查表調查點：調查時間：調查人：震害程度xi房屋間（棟）數Ni平均震害指數烈度評定結果備注（死亡人數）毀滅1.0倒塌0.8嚴重破壞0.6中等破壞0.4輕度破壞0.2損壞0.1完好0總計其他情況描述（包括人的感覺，地表破壞，簡單器物反應和場地條件等）表2.5一般房屋震害程度調查表房屋間（棟）數Ni平均震35烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。①地震烈度直觀簡明地反映了地震影響及破壞的程度、范圍和分布，是震后開展應急救災的部署和行動的根據。②中國有數千年的歷史地震記載，絕大多數是對震害的宏觀描述，這些描述可用來估計歷史地震的烈度分布，進一步通過震中烈度與震級的經驗關系，推測歷史地震的震級，從而了解和研究各地的地震活動性，廣泛用于地震活動性、地震危險性分析、地震長期預報和其他地震學相關的研究。

烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。36烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。③根據等震線的長軸方向，可以判斷發震斷層的走向或斷層破裂傳播方向。通過烈度分布的形狀和震中烈度區面積，可以推測震源深度，在歷史地震和現代地震發震機制和地震動模擬研究中有著廣泛應用。④我國長期以來缺乏足夠的強地震動觀測資料，在這種情況下，只能借助烈度衡量地震動強弱。烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。37烈度物理指標沒有物理基礎支持烈度與地震動參數之間存在簡單的確定性對應關系。使用多個地震動參數并不能減小統計關系的離散程度。對應某個烈度，任何地震動參數的觀測數據都非常離散。地震烈度和地震動參數的平均值有良好的線性相關性。烈度物理指標沒有物理基礎支持烈度與地震動參數之間存在簡單的確38問題和發展趨勢

近三十年來，世界范圍內的烈度評定工作日趨減少，美國、日本、印度、伊朗、土耳其等國在發生破壞性地震后，均不再進行認真全面的宏觀烈度評定，也不再關注烈度等震線圖的繪制。全面細致的烈度評定不僅需要大量時間和人力，而且面臨經驗不足的巨大困難，烈度評定指標的模糊性和綜合性等往往造成評定結果的差異。烈度評定結果出現1度的差異十分正常，極端情況下，同一地點不同調查人員得出的烈度可差4度之多。抗震建筑結構類型多樣、設防烈度不一、且不同版本抗震設計規范的設計要求也不斷變化，這給全面、系統、可靠的震害經驗的積累幾乎造成了難以逾越的障礙。汶川地震震害考察未能證實2008年烈度表的適用性。本來模糊的評定指標進一步繁瑣化使現場調查者難以掌握使用。問題和發展趨勢近三十年來，世界范圍內的烈度評定工作日趨減少39日本的烈度計和儀器烈度日本在地震發生后迅速對各城市做出的烈度(日本稱震度)速報，是烈度計自動得出的“儀器烈度”，并不是宏觀烈度評定的結果。日本的烈度計是基于強震儀開發的現代儀器，可以根據實測的強地震動時間過程及其參數，由預定的軟件自動計算烈度值。儀器烈度雖仍然保留了烈度這一名稱，也具有可粗略了解地震影響的作用，但評定方法與烈度表有本質的區別，也并不追求其與傳統的宏觀烈度的一致性。日本的烈度計和儀器烈度日本在地震發生后迅40阪神地震儀器烈度分布圖阪神地震儀器烈度分布圖41美國的震動圖震動圖依據地震動參數自動繪制，是在震后幾分鐘內向科學家、企業家、政府、媒體和公眾發布強地震動信息的一種方式。震動圖一般包括儀器烈度分布圖、地震動加速度峰值等值線圖和地震動速度峰值等值線圖。其中儀器烈度分布圖中的儀器烈度是綜合實測加速度峰值和速度峰值得出的，無需震害的宏觀調查。加速度峰值和速度峰值等值線圖主要是依據實測的未經修正的原始強地震動記錄得出的；在缺乏觀測臺站的區域，地震動峰值可根據震級和震中由經驗衰減關系估計。美國的震動圖震動圖依據地震動參數自動繪42汶川地震震動圖汶川地震震動圖43補充：基本烈度與地震危險性區劃1、基本烈度2、中國地震烈度區劃圖3、抗震設防烈度與防震減災

補充：基本烈度與地震危險性區劃1、基本烈度44

基本烈度這個名詞是由已故地震學家李善邦先生于50年代初提出的。基本烈度是指場區在今后若干年可能遭遇到的最大危險烈度，是具有一定發生概率的烈度值，用統計學方法計算得來的綜合烈度，表明一個地區發生這個地震烈度的可能性比較大。1、基本烈度基本烈度這個名詞是由已故地震學家李善邦先45根據資料確定每次地震在各地造成影響的程度，分析地震的頻率，及其他地震活動特征，再結合當地地質構造運動的特點，并根據場地是在地震活動區還是在地震影響區給予加權，最后確定基本烈度。基本烈度的確定根據資料確定每次地震在各地造成影響的程度，分析4650～60年代，基本烈度是由場區在歷史上曾經遭受過的最大烈度為基礎，并結合當地的地質構造特點和地震發生頻率而確定，沒有明確的時間含義；基本烈度含義的變化70～80年代，基本烈度是指未來百年內，平均土質條件下，場區可能遭遇的最大地震烈度；90年代，基本烈度是指50年期限內，一般場地土條件下，場區可能遭遇超越概率為10%的烈度值，，即達到和超過圖上烈度值的概率為10%。50～60年代，基本烈度是由場區在歷史上曾經遭47地震小區劃：是對小范圍局部區域的地震動、地震破壞效應及相關因素的差異進行劃分，其結果將標示在該區域的地圖上。地震區劃：是地震區域劃分的簡稱，指的是在地圖上按地震情況的差異，劃分出不同的區域（地震活動性區劃、震害區劃、地震動區劃）。地震小區劃與地震區劃的異同：①地震區劃一般涉及較大的地域范圍，如一省或數省、一個國家乃至多個國家，而地震小區劃只涉及較小的地震范圍，如一個城市或集中若干重要設施的工業區。②地震區劃不考慮局部場地條件的影響，而地震小區劃則要著重研究局部場地條件的影響。地震小區劃：是對小范圍局部區域的地震動、地48地震小區劃與地震區劃的異同：③地震區劃指標比較單一，大多采用震級、地震烈度或地震動參數；而地震小區劃除采用地震烈度或地震動參數之外，往往還采用表示土層反應、液化、滑坡、沉陷等多種震害危險程度的不同指標。④地震區劃圖供全國范圍的經濟開發、土地利用、震害預測以及一般工業與民用建筑的抗震設計、鑒定加固所使用，而地震小區劃圖可在局部范圍內取代區劃圖，為該局部地區的經濟開發、土地利用、震害預測以及一般工程和重要工程的抗震設計、鑒定加固提供更為詳細、可靠的依據。地震小區劃與地震區劃的異同：49地震烈度區劃圖——是根據國家抗震設防需要和當前的科學技術水平，按照長時期內各地可能遭受的地震危險程度對國土進行劃分，以圖件的形式展示地區間潛在地震危險性的差異。2、中國地震烈度區劃圖地震烈度區劃圖——是根據國家抗震設防需要50國際上的三類地震烈度區劃圖：第一類，以前蘇聯戈爾什可夫編制的前蘇聯區劃圖為代表，它以宏觀烈度為區劃標志，根據歷史地震和地震地質資料編制；第二類，以日本河角廣編制的日本地震烈度區劃圖為代表，它以歷史地震資料為依據，考慮地震發生頻率，用地面加速率峰值等值線勾繪；第三類，用科內爾提出的地震危險性分析方法，以阿爾杰米森和珀金斯編制的美國地震區劃圖為代表。國際上的三類地震烈度區劃圖：第一類，以前蘇聯戈爾什可夫編制的51我國大陸7級以上破壞性地震－20省我國歷史地震分布廣我國大陸7級以上破壞性地震－20省我國歷史地52第八章地震學基礎-地震烈度課件5371%（22個）97%（30個）省會城市或直轄市50%90%大中城市41%79%國土面積七度或七度以上六度或六度以上根據《中國地震烈度區劃圖（1990）》統計71%97%省會城市50%90%大中城市41%79%國土面積54中國第四代地震區劃圖主編：胡聿賢，2000年（50年超越概率10%）中國地震動峰值加速度區劃圖中國第四代地震區劃圖55地震烈度區劃圖41%的國土，50%的城市，70%的百萬人口城市的地震烈度都在七度及以上。地震烈度區劃圖41%的國土，50%的城市，70%的百萬人口城56我國城市危險程度高23個省會城市、2/3百萬以上人口的大城市我國城市危險程度高23個省會城市、2/3百萬572001年版的中國地震動參數區劃圖2001年版的中國地震動參數區劃圖58降低某地的地震風險的途徑第一種是：避開基本烈度較高的區域如8度及其以上地區，即不在這些地區建設房屋，特別是處在8度及其以上地區，并且地質構造條件較差的區域，要堅決避開。第二種是：按照基本烈度進行防御。按抗震設防烈度設防，降低地震風險。降低某地的地震風險的途徑第一種是：避開基本烈度較高的區域第二59建議通過震害指數評估災害嚴重程度和損失通過強震儀記錄地震動通過烈度計評定儀器烈度直接標注地震斷裂、滑坡、液化等地面破壞的位置和嚴重程度抗震設計直接使用地震動參數建議通過震害指數評估災害嚴重程度和損失60第八章宏觀地震學

——第一節、地震烈度

地震烈度是地震引起的地震動及其對人、人工結構、自然環境影響的強弱程度，也間接反映了地震動本身的強烈程度。第八章宏觀地震學

——第一節、地震烈度61烈度的不同定義河角廣：人體感覺到的某個地點的地震強度李善邦：某個地點受地震動影響表現出的強弱程度里克特：就某一地點的震動而言麥德維杰夫：某一地點的地面震動斯坦伯魯格：地震影響的隨意尺度紐馬克等：地方性的地震破壞度量烈度的不同定義河角廣：人體感覺到的某個地點的62

一次地震只有一個量度地震釋放能量大小的震級，但一次地震的不同地點有不同的烈度值。地震烈度受震級、距離、震源深度、地質構造、場地條件等多種因素的影響；一般情況下，震源附近的震中地區烈度最高，稱為震中烈度；距震源越遠烈度越低。震中烈度隨震級增加而增大，震級相同時則震源深度越淺震中烈度越高。烈度只取整數值。一次地震只有一個量度地震釋放能量63震級和烈度的區別和聯系首先，震級和烈度的含義不同。震級是衡量地震本身釋放能量大小的級別。地震釋放的能量越大，震級就越大。一次地震只有一個震級。烈度是指某地區受地震影響的強弱或破壞程度。破壞越嚴重，烈度就越大。區別震級和烈度的區別和聯系首先，震級和烈度的含義不同。64震級和烈度的區別和聯系其次，確定震級和烈度大小的依據不同。震級是根據地震臺站的儀器記錄，按一定公式推算得出。地震烈度的大小，是根據地震發生時人的感覺及室內擺設的動搖情況，以及房屋和其他建筑物的破壞輕重程度，還有地面破壞現象等來確定。區別震級和烈度的區別和聯系其次，確定震級和烈度大小的依據不同。65震級和烈度的區別和聯系地震震級與地震烈度有一定聯系。烈度大小與地震震級大小、離震中的遠近、震源深淺、當地的地質構造、場地條件等因素有關。總的說來，地震震級越大，烈度越大；距震中越近，震源越淺、烈度也就越大。聯系震級和烈度的區別和聯系地震震級與地震烈度有一定66地震烈度表烈度表是說明地震烈度的等級劃分、評定方法與評定標志的技術標準。烈度表規定了地震烈度劃分的等級、描述了對應不同烈度的地震影響和破壞現象，提供了評定烈度的基本方法。歷史上的烈度表曾將烈度劃分為8-12檔次，現以12度的烈度劃分為主。烈度表將評定烈度的依據歸并為四類：人的感覺和反應；器物反應；房屋等結構破壞和地表破壞。Ⅰ－Ⅴ度以人的感覺為主；Ⅵ－Ⅹ度以房屋震害為主；Ⅺ、Ⅻ度以地表現象為主。地震烈度表烈度表是說明地震烈度的等級劃67中國地震烈度表(1980)Ⅰ度無感Ⅱ度室內個別靜止的人有感Ⅲ度室內少數靜止的人有感，門、窗輕微作響，懸掛物微動Ⅳ度室內多數人有感，室外少數人有感，少數人驚醒；門、窗作響懸掛物明顯擺動，器皿作響Ⅴ度室內人普遍有感，室外多數人有感，多數人驚醒；門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現微細裂縫不穩的器物傾倒中國地震烈度表(1980)Ⅰ度無感68Ⅵ度人驚慌失措，倉皇出逃；個別房屋磚瓦掉落，墻體微細裂縫，有的磚煙囪裂縫掉頭；河岸和松散土出現裂縫，飽和砂層出現噴砂冒水。Ⅶ度大多數人倉皇出逃；建筑輕度破壞（局部破壞開裂）但不妨礙使用，大多數磚煙囪中等破壞；河岸出現塌方，飽和砂層常見噴砂冒水；松散土上地裂縫較多。Ⅷ度人搖晃顛簸，行走困難；建筑中等破壞，需要修理，大多數磚煙囪嚴重破壞；干硬土上亦有裂縫，Ⅸ度人坐立不穩，行動的人可能摔跤；建筑嚴重破壞（墻體龜裂，局部倒塌），修復困難，磚煙囪出現倒塌；干硬土上有許多裂縫。基巖可能出現裂縫，滑坡塌方常見。Ⅹ度騎自行車的人會摔倒，處于不穩狀態的人會摔處幾尺遠，有拋起感；建筑大部倒塌，不堪修復，基巖上的拱橋破壞，大多數磚煙囪從根部破壞或倒塌；山崩和地震斷裂出現。Ⅵ度人驚慌失措，倉皇出逃；個別房屋磚瓦掉落，墻體微69

Ⅺ度建筑毀滅，基巖上拱橋毀壞；地震斷裂延續很長，山崩常見。Ⅻ度地面劇烈變化，山河改觀

注：一般房屋包括用木構架和土、石、磚墻構造的舊式房屋和單層或多層的新式磚房。對于質量特別差的和特別好房屋，可根據具體情況，對表列各烈度的震害程度和震害指數予以提高或降低。使用本表時可根據地區具體情況作出臨時的補充規定。在農村以自然村為單位，在城鎮可以分區進行烈度的評定，但面積以1平方公里左右為宜。煙囪指工業或取暖用的鍋爐房煙囪。表中數量詞的說明：個別：10%以下；少數：10-50%；多數：50-70%；大多數：70-90%；普遍：90%以上。Ⅺ度建筑毀滅，基巖上拱橋毀壞；地70第八章地震學基礎-地震烈度課件71常用烈度表的對應關系

常用烈度表的對應關系72地震烈度的宏觀調查宏觀調查的方式大致有三種，即現場實地調查、通訊調查和航空攝影。

第八章地震學基礎-地震烈度課件73第八章地震學基礎-地震烈度課件74第八章地震學基礎-地震烈度課件75影響震災大小的因素，主要來自地震本身和受震體二個方面。

（1）地震本身。由于形成震害的三要素是地震強度、頻譜特性、持續時間，所以地震本身主要指以下幾方面：震級、震中距離、震源深度、地震發生時間、地震類型等。烈度的影響因素影響震災大小的因素，主要來自地震本身和受震體二個方面76（2）地震受體因素。主要包含天然環境因素、人為環境因素和社會環境因素。烈度的影響因素①天然環境因素：地理環境，地質環境，場地環境等；②人工環境：主要包括居民住宅，工業建筑，各類公共設施，生命線工程以及其他人工建筑物等；③社會環境：主要包括城市，農村，社會文明程度，人們的知識水平、抗災意識、應變能力、科學管理水平，震區人口密度、經濟發展程度等。（2）地震受體因素。主要包含天然環境因素、人為環境因素和社會77震級與烈度統計對應關系震中烈度ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫ震級1.92.53.13.74.34.95.56.16.77.37.98.5(1)震中烈度和震級的關系對于我國的破壞性地震，由于震源深度大致在10-20公里，經過統計發現震級M與震中烈度I0滿足下列關系：M=0.58I0+1.5烈度的影響因素詳解震級與烈度統計對應關系震中烈度ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪ震級78烈度的影響因素(2)震源影響震源對地震烈度的影響有兩個方面：震中距及震源深度。震源距——對于一個給定的震級，地面震動隨震源距離的增加會逐漸衰減。但是，這種衰減不是均勻的。人們發現不同地區之間地面震動隨距離衰減變化很大（如圖2.2），要受地殼巖石的影響。

一個矩震級為6.5的地震的地震動水平加速度從震源隨距離增加的平均衰減

詳解烈度的影響因素(2)震源影響震源距——對于一個給定的震級79烈度的影響因素震源深度——對于給定地震震級，震源深度越深，震動就越弱。這一點可以通過井下加速計的記錄反映出來，如下圖所示，井下加速度計記錄顯示震動強度隨深度增加而減弱。說明，對于給定震級的地震，震源深度越深，到達地面時能量越小，震動越弱。井下加速度計記錄顯示震動強度隨深度增加而減弱

詳解烈度的影響因素震源深度——對于給定地震震級，震源深度越深，80烈度的影響因素(3)場地條件的影響場地條件一般指局部地質條件，如近地表幾十米至幾百米內的地基土壤、地下水位等工程地質情況、地形及斷層破碎帶等。國內外震害經驗一致表明場地條件是震害或地震烈度的主要因素。詳解A、場地土壤的影響場地土壤對震害的影響在場地條件中占首要地位，幾乎每次大地震都可以看到這種影響的事例。如果把場地土分為三類：堅硬的巖石、硬至中硬的土層、松散軟弱的地基。這三類地基從抗震角度看至少有兩點不同：一是它們的剛度不同；二是它們的動力強度不同，在地震波動作用下，基巖強度很高，一般不破壞；相反，松散軟弱的地基則很容易產生地基失效。烈度的影響因素(3)場地條件的影響詳解A、場地土壤的影響811989年洛馬普瑞特地震余震期間在基巖上和人工填充地上監視臺站記錄到的兩種地震圖填充地區將地震動放大了8倍

1989年洛馬普瑞特地震余震期間在基巖上和填充地區將地震動放82第八章地震學基礎-地震烈度課件831976年7月28日唐山7.8級地震的地震烈度分布圖天津寧河1976年7月28日唐山7.8級地震的地震烈度分布圖天津寧河84烈度的影響因素B、地質構造對地震烈度的影響1976年唐山地震中，寧河為Ⅷ區中的Ⅸ度異常區（上圖），除了地基條件外，可能還與地質構造有關。寧河高烈度異常區在構造上位于黃驊凹陷內，第四紀沉積物較厚，斷層比較發育，有北西向寧河、寶坻新構造斷裂通過。詳解C、局部地形的影響國內外宏觀震害表明，在孤立突出的小山包、小山梁上的房屋震害一般較重。烈度的影響因素B、地質構造對地震烈度的影響詳解C、局部地形的85烈度的影響因素（4）影響地震烈度的其他因素方位對烈度的影響與傳播路徑有關，所謂方位影響指的是在斷裂端部附近，等震線會出現偏于一側或兩側的尖端形。除了震源、傳播路徑和場地條件對烈度的影響外，在強震現場還發現一些烈度異常區，可能由其他因素引起，被提到最多的地震波的輻射干涉。詳解烈度的影響因素（4）影響地震烈度的其他因素詳解861906年舊金山、1971年圣費爾南多、1811～1812年新馬德里和1886年查理斯頓地震的等震線圖1906年舊金山、1971年圣費爾南多、1811～1812年87地震烈度的特點

在沒有地震觀測儀器和地震觀測普遍開展之前，人們描述震害大小和地震動強弱，只能憑借宏觀觀察；烈度概念的建立之初，它就被賦予震害大小和地震動強弱的雙重內涵。然而，地震動強弱僅是影響震害的因素之一，兩者之間并不存在簡單明確的物理關系，至少，在相同地震動作用下，抗震能力不同的房屋將產生不同程度的破壞，這一點即使是初期的烈度研究者也注意到了。烈度內涵的雙重性決定了它不是一個嚴格科學的物理概念、并具有以下特點。

模糊性綜合性平均性主觀性

在描述不同破壞（影響）現象的數量時，使用個別、少數、多數、大多數、普遍等模糊詞語。在描述房屋破壞程度時使用的微細裂縫、局部破壞、結構受損、墻體龜裂、局部倒塌，以及不妨礙使用、需要修理、修復困難和不堪修復等詞語也不能以定量方法判斷。

地震烈度評定原則上要綜合考慮人的感覺、器物反應、建筑破壞和地面破壞等四類宏觀現象。由于烈度評定指標的不確定性，烈度一般不能由某種現象的一次出現進行判斷，例如，不能憑借一棟房屋的破壞程度評定烈度而必須考慮一定地域范圍內房屋群體的平均破壞狀態。地域范圍大小的界定在烈度表中并無嚴格規定，原則上農村以自然村為單位，城市則應分區評定，面積以1平方公里為宜。既然烈度評定以宏觀觀察為依據，烈度表大量使用模糊詞語，則烈度評定很大程度上是一種經驗行為，評定結果必然包括因評定者經驗多寡和正誤所引起的主觀性。地震烈度的特點在沒有地震觀測儀器和地震88地震烈度評定

地震烈度是按照地震烈度表評定的。烈度評定的基本方法是現場宏觀考察；也可利用通信方法了解震害情況，作為評定烈度的輔助手段。烈度評定的最終結果是繪制地震的等震線圖。

地震烈度評定地震烈度是按照地震烈度89唐山地震等震線圖唐山地震等震線圖90烈度異常區

當若干烈度異常點密集成區時，可勾畫為烈度異常區。烈度異常區的勾畫不能僅由個別烈度異常點決定，其范圍應足夠大、跨越一個或數個鄉鎮、甚或一個縣。烈度異常現象往往是場地影響的結果，例如山間軟土盆地、濱海軟土區、古河道、古湖沼澤地等場地的震害相對較重，形成高烈度異常區；而臺地或大片堅硬場地則可能形成低烈度異常區。如1976年中國唐山地震出現許多烈度異常區，包括寧河-漢沽（Ⅸ度高烈度異常區）、天津（Ⅷ度高烈度異常區）、玉田（Ⅵ度低烈度異常區）；1679年三河-平谷地震（8級）時，玉田地區也是較周圍震害較輕的低烈度異常區。烈度異常區當若干烈度異常點密集成區時，91汶川地震等震線圖101102103104105106107108E109353433313029N28成都重慶西安ⅪⅩⅪ綿陽德陽廣元都江堰北川青川ⅨⅧⅦⅥⅦⅧⅥⅥⅥⅥ文縣康縣漢中Ⅵ汶川茂縣江油紅原若爾蓋岷縣漳縣平涼通渭莊浪慶陽靈臺甘谷麟游寶雞扶風武功鳳縣寧陜鎮巴萬源宣漢梁平鄰水合川大足榮昌內江自貢水富綏江永善雷波樂山沐川馬邊漢源石棉冕寧九龍康定丹巴金川小金馬爾康黑水理縣道孚雅江平武松潘九寨溝西和舟曲武都勉縣略陽寧強南江旺蒼劍閣蒼溪三臺中江青白江安縣彭州綿竹什坊郫縣邛崍寶興蘆山映秀32儀器震中等震線鎮原Ⅵ汶川地震等震線圖101102103104105106107192震害指數法

采用房屋破壞程度的統計指標評定地震烈度的方法。震害指數是表示一座房屋破壞程度的數，取值范圍為0~1，震害指數0.0表示房屋完好無損，震害指數1.0表示房屋毀壞；其間的數值表示不同的破壞程度。

震害指數法采用房屋破壞程度的統計93取某類震害經驗豐富的房屋w為基準，以各調查點該類房屋平均震害指數為橫坐標，其他類房屋的平均震害指數為縱坐標，用回歸分析或目視擬合方法，得到圖示的基準房屋與它類房屋震害指數的換算關系（如圖中曲線），記第j類房屋與基準w類房屋震害指數的換算系數為。若調查點（如自然村）所有被調查的房屋總間數為，則該點的平均震害指數為:烈度平均震害指數Ⅵ0～0.1Ⅶ0.11～0.3Ⅷ0.31～0.5Ⅸ0.51～0.7Ⅹ0.71～0.9Ⅺ0.91～1.0取某類震害經驗豐富的房屋w為基準，94表2.5一般房屋震害程度調查表調查點：調查時間：調查人：震害程度xi房屋間（棟）數Ni平均震害指數烈度評定結果備注（死亡人數）毀滅1.0倒塌0.8嚴重破壞0.6中等破壞0.4輕度破壞0.2損壞0.1完好0總計其他情況描述（包括人的感覺，地表破壞，簡單器物反應和場地條件等）表2.5一般房屋震害程度調查表房屋間（棟）數Ni平均震95烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。①地震烈度直觀簡明地反映了地震影響及破壞的程度、范圍和分布，是震后開展應急救災的部署和行動的根據。②中國有數千年的歷史地震記載，絕大多數是對震害的宏觀描述，這些描述可用來估計歷史地震的烈度分布，進一步通過震中烈度與震級的經驗關系，推測歷史地震的震級，從而了解和研究各地的地震活動性，廣泛用于地震活動性、地震危險性分析、地震長期預報和其他地震學相關的研究。

烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。96烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。③根據等震線的長軸方向，可以判斷發震斷層的走向或斷層破裂傳播方向。通過烈度分布的形狀和震中烈度區面積，可以推測震源深度，在歷史地震和現代地震發震機制和地震動模擬研究中有著廣泛應用。④我國長期以來缺乏足夠的強地震動觀測資料，在這種情況下，只能借助烈度衡量地震動強弱。烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。97烈度物理指標沒有物理基礎支持烈度與地震動參數之間存在簡單的確定性對應關系。使用多個地震動參數并不能減小統計關系的離散程度。對應某個烈度，任何地震動參數的觀測數據都非常離散。地震烈度和地震動參數的平均值有良好的線性相關性。烈度物理指標沒有物理基礎支持烈度與地震動參數之間存在簡單的確98問題和發展趨勢

近三十年來，世界范圍內的烈度評定工作日趨減少，美國、日本、印度、伊朗、土耳其等國在發生破壞性地震后，均不再進行認真全面的宏觀烈度評定，也不再關注烈度等震線圖的繪制。全面細致的烈度評定不僅需要大量時間和人力，而且面臨經驗不足的巨大困難，烈度評定指標的模糊性和綜合性等往往造成評定結果的差異。烈度評定結果出現1度的差異十分正常，極端情況下，同一地點不同調查人員得出的烈度可差4度之多。抗震建筑結構類型多樣、設防烈度不一、且不同版本抗震設計規范的設計要求也不斷變化，這給全面、系統、可靠的震害經驗的積累幾乎造成了難以逾越的障礙。汶川地震震害考察未能證實2008年烈度表的適用性。本來模糊的評定指標進一步繁瑣化使現場調查者難以掌握使用。問題和發展趨勢近三十年來，世界范圍內的烈度評定工作日趨減少99日本的烈度計和儀器烈度日本在地震發生后迅速對各城市做出的烈度(日本稱震度)速報，是烈度計自動得出的“儀器烈度”，并不是宏觀烈度評定的結果。日本的烈度計是基于強震儀開發的現代儀器，可以根據實測的強地震動時間過程及其參數，由預定的軟件自動計算烈度值。儀器烈度雖仍然保留了烈度這一名稱，也具有可粗略了解地震影響的作用，但評定方法與烈度表有本質的區別，也并不追求其與傳統的宏觀烈度的一致性。日本的烈度計和儀器烈度日本在地震發生后迅100阪神地震儀器烈度分布圖阪神地震儀器烈度分布圖101美國的震動圖震動圖依據地震動參數自動繪制，是在震后幾分鐘內向科學家、企業家、政府、媒體和公眾發布強地震動信息的一種方式。震動圖一般包括儀器烈度分布圖、地震動加速度峰值等值線圖和地震動速度峰值等值線圖。其中儀器烈度分布圖中的儀器烈度是綜合實測加速度峰值和速度峰值得出的，無需震害的宏觀調查。加速度峰值和速度峰值等值線圖主要是依據實測的未經修正的原始強地震動記錄得出的；在缺乏觀測臺站的區域，地震動峰值可根據震級和震中由經驗衰減關系估計。美國的震動圖震動圖依據地震動參數自動繪102汶川地震震動圖汶川地震震動圖103補充：基本烈度與地震危險性區劃1、基本烈度2、中國地震烈度區劃圖3、抗震設防烈度與防震減災

補充：基本烈度與地震危險性區劃1、基本烈度104

基本烈度這個名詞是由已故地震學家李善邦先生于50年代初提出的。基本烈度是指場區在今后若干年可能遭遇到的最大危險烈度，是具有一定發生概率的烈度值，用統計學方法計算得來的綜合烈度，表明一個地區發生這個地震烈度的可能性比較大。1、基本烈度