震区的地理位置在云南省西南部,属于横断山脉纵谷区的南段,地势东北高,西南低,最高点为北部德安乡西北一带,海拔2 409 m,最低点为澜沧江谷底中的小橄榄坝,海拔600 m左右。

从大地构造来划分,震区地处唐古拉—昌都—兰坪—思茅褶皱系(一级)、兰坪—思茅褶皱带(二级)和景谷—勐腊褶皱束(三级)。震区主要为中生代红层,宁洱至同心一带为背斜构造,背斜核部为二迭系灰岩,东西两翼为侏罗、白垩系紫红色砂岩。背斜东翼的北北西向的普洱断裂为这次地震的发震断裂。

从地震地质上来讲,震区位于宁洱新构造隆起区,地质构造复杂,新构造活动强烈,区域断裂发育,其中最主要的断裂带是无量山断裂带,是一条控制现代隆起的重要地震活动断裂带。该断裂带展布于无量山西麓,北起宁洱县磨黑盆地,南至江城县的整董一带,属于晚更新世活动断裂带,控制了兰坪—思茅中生代至早新生代坳陷及其内部中新世以来的新构造隆起的活动。

无量山断裂带由3条断裂组成,东支为磨黑断裂,中支为普洱断裂,西支为普文断裂。普洱断裂在震区又分为东、西两支,分别位于宁洱县城的东、西两侧,呈NW—NNW(330°～340°)走向。本次地震微观震中位于普洱西支断裂的分支断裂上,宏观震中地处普洱西支断裂上(谢英情等,2007)。

自1884年至2007年,在南北长约80 km,宽约50 km的无量山断裂带范围内,共发生6.0～6.9级地震11次。其时间间隔为1.5～20 a,复发的平均时间间隔为10 a。这11次地震中,属原地复发的有7次,分别是:1884年宁洱6.5级、1923年宁洱6.5级、1970年宁洱6.2级、1971年普洱6.2级、1973年宁洱6.3级、1993年宁洱6.3级与2007年宁洱6.4级(毛玉平等,2003)。

上述11次地震的有关参数见表1。

(1)德化

普洱市宁洱县德化乡驻地位于普洱河的支流南德河的河谷盆地内,盆地内散落有数个低矮丘陵。强震台就架设在该区域内的德化中学内,该中学坐落在盆地边缘的阶地山包上。强震仪架设在山包接近顶部的阶梯形平地上,周围地势开阔,该山包的坡度为10°左右,而且高程比周围高,属于较孤突的地形(图2)。

表1 震区地震活动情况及参数(MS≥6)
Tab.1 Seismicity and parameters(MS≥6) in the earthquake struck area

图2 德化强震观测台地形示意图
Fig.2 Terrain chematic of Dehua Strong motion record station

普洱市景谷县正兴镇驻地分布于无量山中低山地区的山坡上,属于小黑江及支流切割成高山深谷的地貌形态。强震台在该区域内的正兴小学内。该小学位于较陡的山坡上,坡度在15°左右,比周围的地形陡,而且高。强震仪架设在山坡一陡坎边的平地上,其东北为一深约20 m的冲沟。该点属于陡峭孤突地形(图3)。

(3)勐先

普洱市宁洱县勐先乡位于勐先河侵蚀形成的勐先河谷盆地北边浅切割低山丘陵上,地貌属切割山原地形,山原顶部缓和起伏,河谷盆地内有数个连绵的丘陵。强震台在该区域内的勐先中学内,该中学位于河谷中的低矮丘陵山脊的坡地上。强震仪架设在坡地的一阶梯平地上(图4)。

图3 正兴强震观测台地形示意图
Fig.3 Terrain chematic of Zhengxing strong motion record station

图4 勐先强震观测台地形示意图
Fig.4 Terrain chematic of Mengxian strong motion record station

普洱市思茅区南屏镇曼歇坝村公所驻地位于曼歇坝河谷盆地南端,河床边的阶地与边坡的过渡地带上。地貌属切割山原地形上的河谷盆地。强震仪架设在村公所办公室旁边的一平地上,场地地形平坦(图5)。

图5 曼歇坝强震观测台地形示意图
Fig.5 Terrain chematic of Manxieba strong motion record station

建立强震观测台站时,工作人员在各台站仪器架设地点均进行了地质勘察,并做了各土层的剪切波速测试和土工试验。场地特征周期的物理意义是在小应变下,场地的自振周期可以表示场地的动力特性。各台站的场地的卓越周期用下式计算:

T=∑4H_i /V_si.(1)

式中:H_i为第i层土的厚度; V_si为第i层土的剪切波速。

各强震台场地的土层及场地的卓越周期和场地类型见表2。

表2 各强震观测台场地的卓越周期和折算频率
Tab.2 Excellent cycle and conversion frequency at sites of the strong motion record stations

各强震台的场地类型按建筑抗震设计规范(GB50011-2001)的方法确定,即先算出每个场地的等效剪切波速,然后根据等效剪切波速和覆盖层厚度这两个参数确定场地的类型。

地震动的幅值、频率和持时对震害有着主要的影响。微弱的地震动没有多大的工程意义,所以在本文中笔者忽略地震动加速度记录的开始和最后较小的部分,而着眼于≥45 gal的对工程有影响的地震动的频率和持续时间。

各强震台获得的主震峰值加速度和不同加速度段的加速度频率及持时见表3。在这次现场考察时,笔者用GPS重新测量了德化、正尖、勐先、曼歇坝4个强震台的经纬度,并据此在电子地图上读出了微观震中距,其值与云南地震台网确定的微观震中距的误差≤0.4 km。表3中的微观震中距采用的是云南地震台网的数据。

以上4个强震动观测台的三分向加速度记录见图8～图 11。

表3 各强震观测台加速度记录参数
Tab.3 Acceleration record parameters of the strong motion record stations

笔者对上述4个强震台所在地的震害进行了调查。虽然地震发生已经二年有余,但部分遭破坏的房屋还保持着原样,对于已修复或重建的房屋,通过对其主人的访问和了解,根据笔者多年的地震现场经验,对房屋的破坏等级进行了确定。震害指数的调查和烈度的评定主要以房屋破坏为主要依据,地震烈度调查工作按照《地震现场工作第三部分:调查规范》(GB/T 18208.3—2000)和《中国地震烈度表》(GB/T 17742—2008)的要求进行,将土木和砖木房屋看作A、B类房屋,砖混和框架结构房屋看作C类房屋。中国地震动参数区划图(GB 18306—2001)规定了宁洱县的抗震设防烈度不低于Ⅶ度,设计基本加速度值0.15 gal; 普洱市的抗震设防烈度不低于Ⅷ度,设计基本加速度值0.20 gal。

下面对这4个点的震害调查范围、房屋概况及震害结果逐一介绍。

(1)宁洱德化

该点调查范围为德化中学、乡驻地和临近的勐泗村公所。房屋建筑以砖混结构和土木结构占多数,有少量框架结构和砖木结构,砖木结构有空心砖墙,也有红砖墙。框架结构和多数砖混结构为办公和商业用房,少量砖混结构为居民用房; 砖木结构和土木结构绝大多数为农村居民用房。

土木和砖木结构房屋除个别毁坏外,多数为局部破坏和基本完好,震害现象主要为墙体开裂,少量梭瓦; 砖混结构房屋个别墙体出现严重裂缝,少数墙体出现显见裂缝(图6); 框架结构房屋个别承重梁可见细微裂纹,部分填充墙开裂。

图6 德化中学砖混教学楼破坏
Fig.6 Brick & Concrete building destroyed in Dehua Middle School

该点调查范围为正兴小学、镇驻地和附近的农村民居。调查范围内有四种建筑结构的房屋,砖混结构和土木结构占多数,还有少量砖木结构,框架结构的房屋数量最少。该点的框架结构和多数砖混结构为学校的教学用房和镇政府的办公和商业用房,少量砖混结构为居民用房; 砖木结构和土木结构绝大多数为农村居民用房。

正兴小学的震害明显重于其周围的震害。震害最重的是2005年10月竣工使用的一幢三层框架结构综合楼,有二根柱子上部水平向断裂,多数填充墙中等开裂,少数填充墙严重开裂,该楼于2008年8月拆除。该楼位于冲沟的陡坎边,属于孤突陡峭地形。该校的其它框架和砖混结构房屋亦有破坏(图7)。少数土木和砖木结构房屋的墙体开裂,多数房屋梭瓦,并有少量掉瓦。

图7 正兴中学框架教学楼窗肚墙开裂
Fig.7 Cracks on the wall of frame building in Zhengsing Middle school

该点调查范围为勐先中学、乡驻地和紧挨着的和平村公所大沟边社。该范围内有四种建筑结构的房屋:乡驻地和中学以框架结构和砖混结构为主,其中框架结构少于砖混结构; 村子以土木结构和砖木结构为主,其中砖木结构少于土木结构。该调查点农村的土木结构房屋中以土墙承重的占多数,但墙体粘土的质量较好,土和沙子的比例合适,所以墙体的硬度高,比较结实。

土木和砖木结构房屋以破坏和基本完好为主,少数墙体开裂,有梭瓦掉瓦现象; 砖混结构房屋个别墙体的窗角出现裂缝,少数墙体出现显见裂纹; 框架结构房屋少数填充墙轻微开裂。

(4)普洱曼歇坝

该点调查范围为曼歇坝村公所驻地及与其相连的大海子社,该社有50多户人家,散布于村公所旁的边坡上,坡度15°左右。房屋建筑以砖木结构占多数,少数为土木结构,还有个别的砖混结构。砖木结构和土木结构绝大多数为农村居民用房,砖混结构为茶叶厂和个别居民用房。

少数土木和砖木结构房屋墙体轻微开裂,少量梭瓦,个别掉瓦。个别砖混结构房屋墙体出现可见裂缝。

对各调查点的各类房屋的破坏比进行了调查,据此计算得到了各类房屋的震害指数,进而确定了各调查点的震害指数,其结果见表4。

表4 各调查点的震害指数
Tab.4 Earthquake hazard indexes of the actual scene investigation

中国地震烈度表(GB/T 1774-2008)规定了震害指数与烈度、加速度存在的对应关系(表5)。

从表4可以得知,3个调查点的烈度为Ⅵ度,1个点(曼歇坝)的震害指数是0.02,按照表5的规定在Ⅵ度范围内,但是按照传统的烈度判定方法,震害指数为0.01、0.02的,就定为Ⅴ度,在此特别说明,从此也可以看出烈度的模糊性。

表5 A、B、C 类房屋的震害指数与烈度、水平向峰值加速度(m/s2)的关系
Tab.5 Relations of damage indexes with seismic intensity and maximum of horizontal peak acceleration for A,B,C category houses

根据表5确定的各强震观察点烈度值与现场调查后确定的烈度值的对比列于表6。

表6 峰值加速度烈度和现场考察烈度的对比
Tab.6 Intensities by the maximum peak acceleration compared with the field investigation intensities

从表2可以看出,四个强震观察台的场地类型均为Ⅱ类,但场地卓越周期有些差别,正兴台场地的卓越周期为0.3 s,比其他三个场地的要长。

从表3得知,德化、正兴台的强震动记录的水平加速度峰值均超过400 gal,但是正兴台的微观震中距为31.7 km,比德化台的14.6 km大得多。四个强震观察台记录的加速度频率有些差别,其中曼歇坝的东西向加速度频率要明显高于其余三个台的记录。从不同加速度段的持时来看,则可以明显地看出虽然正兴台的微观震中距较远,达31.7 km,但它≥45 gal的加速度持时比其他三个台长得多,为16.2 s,≥90 gal 和≥180 gal 的持时也比其余三个台的长。勐先台的微观震中距较近,只有19.4 km,但持时最短,它≥45 gal的加速度持时只有5.0 s。

由表4得知,德化和正兴调查点的震害指数均为0.07,但在各类房屋的震害指数中,正兴的框架结构的震害指数比德化的高,砖混结构的震害指数亦高于砖木和土木结构的震害指数。

由表6得知,四个强震观察台均位于断层上,而正兴台是处于本次地震的发震断层——普洱断层之上(谢英情等,2007)。从表中还可以看出,如果单用加速度峰值按照表5的标准来确定烈度,那么所定的烈度都高于现场调查得到的烈度。

德化台的水平向加速度记录是最大的,仪器架设于河谷阶地上的孤突山包上,此类地形对地震动的放大作用是显而易见的,但它对建筑物的破坏并没有很大的影响,这应该和持时较短有关系,≥45 gal 的加速度的持时只有6.4 s,431 gal的东西向水平加速度峰值只是一个瞬间的脉冲(图8)。

图8 宁洱MS6.4地震德化强震动固定台三分向加速度记录
Fig.8 Three direction acceleration records of Dehua strong motion record station in Ning'Er MS6.4 earthquake

图9 宁洱MS6.4地震正兴强震动固定台三分向加速度记录
Fig.9 Three direction acceleration records of Zhengxing strong motion record station in Ning'Er MS6.4 earthquake

图 10 宁洱MS6.4地震勐先强震动固定台三分向加速度记录
Fig.10 Three direction acceleration records of Mengxian strong motion record station in Ning'Er MS6.4 earthquake

图 11 宁洱MS6.4地震曼歇坝强震动固定台三分向加速度记
Fig.11 Three direction acceleration records of Manxieba strong motion record station in Ning'Er MS6.4 earthquake

烈度是由地震动的多个参数共同决定的,只寻求其中任何一个参数与烈度的关系都会有很大的离散,烈度与单个地震动参数之间的关系都不太密切。从中国地震烈度表(GB/T 17742-2008)规定的震害指数与烈度、加速度存在的对应关系(表5)来看,烈度相差一度,峰值加速度相差约一倍。而实际证明:同一烈度所对应的实测加速度的峰值却有几倍乃至更大的差距,离散很大。所以,笔者认为不应该过分强调地震动峰值与烈度之间的关系,但可以把它作为一种参考。在评定烈度时,不同地震动幅值的持时对烈度的影响不可轻视。