意大利诺尔恰M s6.2级地震震害异常原因分析

第3
5卷第9期 2 0 1 8年9
月
长江科学院院报
Journal of Yangtze River Scientific Research Institute
Vol.35 No. 9 Sep. 2 0 18doi ： 10.11988/ckyyb.20170323
2018,35(9)：58-62
意大利诺尔恰6.2级地震震害异常原因分析
刘
勇1’2，王运生1，
Janusz Wasowski 3
(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都610059;2.中国地质科学院探矿工艺研究所,
成都 611743; 3.National Research Council of Italy, Bari 999016, Italy)
摘要
:当地时间2016年8月24日凌晨3时36分,意大利中部拉齐奥大区列蒂省诺尔恰镇发生里氏6.2级地震。

此次地震震级不大，但一些古镇震害极其严重，出现多个烈度异常区块。

通过对此次地震异常区建筑结构、地质结 构及地形特征解剖，运用几年来的斜坡地震动响应规律监测成果，采用数值模拟分析，揭示了震级不大、距震中较 远的条件下，地形放大效应同样可造成极其严重的震害。

中世纪修建并保留至今的古建筑，大多为砖木结构，整体 性较差，抗震性较弱，且由于历史原因多修建在孤立突出的山头上，在地形放大作用下造成了极其严重的伤亡。

关键词:意大利诺尔恰Ms6.2级地震;震害异常;建筑结构;地质条件;地形放大 中图分类号:P642.2
文献标志码:A
文章编号= 1001-5485 (2018) 09-0058-05
1研究背景
2016年8月24日凌晨3时36分(北京时间24 日9时36分），意大利中部拉齐奥大区列蒂省诺尔 恰镇（13.15°E ，42.82°N )发生里氏6.2级地震，震源 深度10 km ,地震持续时间20 s 。

震中周边多座历 史名城和古镇遭受严重破坏，距离震中约113 km 的 首都罗马也有长达30 s 的明显震感。

著名中世纪 古城阿马特里切是重灾区之一，一些离震中很远的 小镇如佩斯卡拉特朗托也遭到毁灭性破坏。

阿马特 里切镇位于亚平宁山脉，是一座古雅的意大利小镇， 地震发生后，阿玛特里切等地区遭受巨大破坏，街道 两旁房屋被夷为平地，城市变成一片废墟。

一所地 震前刚刚进行过抗震加固修复的小学，在地震中受 损严重。

地震已导致近300人死亡，并造成了大量 财产损失。

这次地震具有3大特点:①震级不高但伤亡惨 重;②在烈度不高的地区出现了多个破坏严重的点； ③人口稀少地区死亡人数超过人口稠密地区。

这次 地震和2009年4月6日发生在意大利中部拉奎拉 镇的地震有很多相似之处。

当年，拉奎拉地震导致 308人死亡。

本文根据此次地震的震害特点及震区地质条 件，结合近年来地震波峰值加速度地形放大效应研 究,认为震害严重除因为建筑结构老旧、抗震性能差
外，震源浅及小镇所处孤立地形的放大作用是造成
大量伤亡的关键原因。

2震区建筑结构分析
震区建筑始建于中世纪,其中许多建筑的历史
可以追溯到文艺复兴时期。

由于当时木架结构容易 失火，砖混结构盛行，建筑物中竖向承重结构的墙、 柱等采用砖或者砌块砌筑，横向承重的梁、楼板、屋 面板等采用钢筋混凝土结构;屋顶采用券拱技术，除 了竖向荷重时具有良好的承重特性外，还起着装饰 美化的作用，其外形为圆弧状。

该结构适用于低层 或者多层建筑物，稳定性差、浪费资源，在地震作用 下很容易遭到破坏。

从地震的灾区照片可知，当地建筑物老旧易损的 砖混结构是导致严重灾难事故的重要原因（图1) 〇
图1震区破坏的砖混建筑物
Fig.1 Brick masonry buildings damaged in
the earthquake
收稿日期:2017-03-24;
修回日期:2017-04-21 基金项目：中国地质调查局项目（DD20160297)
作者简介:
刘勇（1989-)，
男，四川广元人，助理工程师，博士研究生，从事地质工程专业研究。

E-mail: 1039786137@ 通信作者:王运生（I960-)，
男，安徽潜山人，博士，教授，博士生导师，主要从事工程地质方面的教学及研究工作。

E-mail: wangyS60@
第9期刘勇等意大利诺尔恰M a6.2级地震震害异常原因分析59
震区建筑物因修建年代久远，且当初兴建时并没有考虑到地震因素，砖混结构建筑物的接触部位结合能力差，抗剪能力弱，地震波剪切作用下易出现 剪切破坏而导致建筑物解体并出现坍塌，即使遇上 并不很强的地震也很难抵御。

震过后大量房屋建筑 夷平，未倒塌的亦损毁严重。

地震令多个古镇变成废墟，且地震发生时大多数居民处于睡梦之中，当建 筑物在突如其来的地震中出现對塌,处于黑暗中的居民难以有足够的时间反应和逃离，因而导致大量 灾民被埋于瓦砾下，酿成严重伤亡。

3地震构造与场地情况
意大利位于非洲板块与欧亚板块2个巨大的板 块中间。

据美国地质调查局（USGS)的地球物理学 家保罗厄尔在调查中发现，除这2个板块外，还有一
个微小的板块也已经从东侧挤入了意大利地区，使 大陆受到了挤压，地壳由此抬升形成了横贯意大利南北的亚平宁山脉[1]。

与此同时，在另一侧由于地壳已被拉开，在意大利的西边又产生了一个盆地。

因此当亚平宁山脉横跨盆地时，在重力作用下就会出现拉张，造成大量的断层破碎带，而导致意大利中 部盆地区的构造活动十分活跃，地震频发，此次地震 的震中诺尔恰地区就位于意大利中部。

意大利半岛及整个地中海地区的地球动力学性 质十分复杂，存在多个类型迥异的发震构造[2] (图2) 〇X#其影响最为广泛的是亚平宁构造弧，其北 段是由褶皱逆冲的陆外渊带系统向东北东方向逐渐 迁移而形成，震中诺尔恰地区所属的翁布里亚一马尔 凯构造带就是在晚中新世到中更新世受其挤压而产 生，后来又受到了与蒂勒尼安海有关的延伸构造的影 响[2]。

近年来，Cello等指出翁布里亚一马尔凯区域的北南向左旋大断层带与北西一南东至北北西一南 南东向的转换断层是相连接的,其中距离诺尔恰地区 最近的科尔菲奥里托盆地的边界断层和科斯塔一切 西断层出现了第四纪活动迹象[3]，表明该断层仍在活 动中，属于活动断层，亦可成为发震断层。

根据意大 利中北部地区地面形变监测结果分析,在科尔菲奥里 托地区，显著的地面形变出现在2个地质结构不同的 地段，这2个地段紧邻构成科尔菲奥里托盆地东北边 界的南西倾斜的断层。

诺尔恰周边地区的断层中，存 在南北向左旋主断层由法向转换的拉张运动,活动较 强烈（图3)。

而从图2中也可知，翁布里亚一马尔凯地区具有较高水平的背景地质活动以及频繁的中 等尺度(财8矣6)的地震活动,且大多数断裂呈现出
古比奥，1984 翁布里亚一马尔凯地震序列诺尔恰，1979
\晚更新世正断层、晚更親逆冲断层\更新世逆冲断层背斜轴图2 意大利中北部发震构造及震源机制解[2]
Flg.2 Seismogenic structure and focal mechanism
solution in central and north Italy[2]
图3意大利中北部地面形变简图[4]
Fig.3 Simplified sketch of ground deformation in
central and north Italy[4]
相同的北西走向，北北西走向的狭长地表形变带限制在约南北向的地质构造背景内,呈现出5 km左右 的右侧阶梯,狭长的构造带利于断裂带能量的
汇
60长江科学院院报2018 年集[4]。

震中诺尔恰地区在1979年就出现了Ms5.8级
的地震，如今在37 a后又同样出现了风6.2级地
震，表明震中断裂带的能量汇聚速率相当高。

另据巴黎全球物理研究所专家罗宾•拉卡森认
为，震中地区为晚侏罗世至中新世形成的沉积层，地
震发生时，沉积层非但不能缓冲消除地震作用的能
量，反而在一定程度上能够放大地震波，加剧地震的
破坏作用[5]，X打也面造成更大的损害。

晚侏罗世至中
新世的碳酸盐沉积物形成后，受海水、大气淡水以及
埋藏过程中孔隙流体的影响，发生压实、胶结、溶解、
矿物的多相转化、白云石化、重结晶等多种成岩作用，
最终固结成岩。

压实作用发生在浅埋藏期，颗粒受压
实作用影响而产生变形或破碎，压实作用使原生孔隙
大量减少，不利于地震波能量的吸收。

由USGS调查所绘制的意大利中部地区地震烈
度图（图4)可看出震中诺尔恰地区处于地震烈度较
高的W度地区，在地震作用下可能造成极大的破坏。

\v a
佩斯卡
特郎托'W斯科利波切诺
^斯波莱托2m m
.★W度
诺尔恰通度
VI度
崧尔尼V度
阿i特里切
注:图中星号指代震源位置;震中诺尔恰地区位于烈度M度区;阿 马特里切山城与佩斯卡拉特朗托小镇为地震受损最为严重地区，地震烈度表现异常
图4意大利中部地区地震烈度
Fig.4Seismic intensity in central Italy
4震区地形条件分析
建筑抗震性差在意大利中部地区是普遍现象，但 房屋的损坏程度并不均匀，一些城镇损坏严重，一些 则较轻，这些差异与地形放大效应有很强的对应关系。

如图5所示，处于位置较低、且地形平坦的地区，房屋等建筑损毁较轻，而位于孤立突出地形的房屋建 筑损毁严重。

佩斯卡拉特朗托小镇距离震中约102 km，距离较 远，但在地震作用下几乎被夷为平地，对外交通完全 中断，损伤惨重，是此次地震的重灾区之一，从佩斯卡 拉特朗托小镇震前全貌图和地形图（图6)中可以看 出，佩斯卡拉特朗托小镇处于地形突出的孤立山嘴上。

根据近年来国内外学者对斜坡地震动响应特征 的研究，山体突出孤立部位的地震波放大系数较大，地震作用下破坏较严重。

(b)孤立山嘴地形上的小镇几乎完全损毁
图5震区不同地形部位的损毁情况
Fig.5 Damage situation of different topographical
locations in the earthquake area
图6佩斯卡拉特朗托地形
Fig.6 Topography of Pescara del Tronto
地震波在从震中呈辐射状向周围传播过程中不 仅受地质结构、岩体特征的影响，还会受到地形条件 的作用。

国内外相关研究揭示，地形特征对地震的破坏作用具有重要的影响。

目前很多学者通过仪器 观测并分析强震中记录到的地震波数据发现:地震动幅值和频谱会随地形高度而变化[6_1°]，例如，新西 兰卡格尔山山上和山脚2点的强余震速度观测记录 显示，山顶地震持续时间显著增长，放大效应显著，并且位移、速度、加速度3个量的放大效应不同，位 移放大最明显，可达7倍[11]。

“5 • 12”汶川地震之后，国内学者对青川东山、泸定冷竹关、摩岗岭及绵 竹九龙剖面的余震的监测数据也表明山顶地震波加 速度较山脚放大效应明显，坡顶同一监测点水平分量不同方向的峰值加速度相差较大;沿单薄山脊走向的地震波峰值加速度小于垂直单薄山脊的地震波 峰值加速度;呈“孤岛”状突出的山顶地震波会出
现
第9期刘勇等意大利诺尔恰
M s 6.2级地震震害异常原因分析
61
-
1.
-
7〇
时间/s
(a )输入波加速度时程曲线
时间/s
(b )监测点加速度时程曲线
图
9输入波与监测点加速度时程曲线
Fig. 9 Time-history curves of input wave acceleration
and monitored seismic wave acceleration
5结论
本文根据意大利中部诺尔恰镇发生里氏6.2级
地震的震害特点、震区建筑物的建筑结构、地质条 件、地形特征，并结合近年来地震波峰值加速度地形 放大效应研究，认为震害严重除因为建筑结构老旧、 抗震性能差外，震源浅及小镇所处孤立地形的放大 作用是造成大量伤亡的关键原因。

震级不大、距震 中较远的条件下，地形放大效应同样可造成极其严 重的震害。

中世纪修建并保留至今的古建筑，大多 为砖木结构，整体性较差，抗震性较弱，且由于历史 原因多修建在孤立突出的山头上，在地形放大作用 下极容易受到损坏，故虽然此次地震震级不大，仍然 造成了极其严重的伤亡。

在震后重建过程中，急需 提高建筑物的抗震标准。

中约89 km ，其1#监测点位于山顶突出部位，其地形 与佩斯卡拉特朗托小镇所处山体的地形相似，故在数 值模拟中采用1#监测点所记录的地震波数据进行 分析。

地震作用下对建筑物破坏作用最大的为水平向 振动的横波[14]。

文中采用监测点记录到破坏作用
最大垂直山脊方向的地震波作为输入波，如图9(a ) 所示，输入波的峰值加速度为〇.1心在模型顶部设 置监测点，记录到的地震波曲线如图9(b )所示，其 峰值加速度为〇.58g ，较模型底部输入波放大约6 倍，可知佩斯卡拉特朗托小镇的地震破坏作用远比 山脚大，故而导致佩斯卡拉特朗托小镇损伤极其严 重，造成了巨大的损失。

异常放大，放大倍数可达6.13倍[12_13]。

祁生文等[6] 通过？1^(：3°等较为先进的数值模拟软件也分析出 了地震波在斜坡中传播会受坡髙和坡角的影响。

从目前地震发生后的震害情况来看，震害最为严 重的多为震中周边的古城区，而这些古城区多建于中 世纪，并有建立在山顶的传统，之所以建立在山顶是 由于这种地理位置在很大程度上能够抵御入侵者。

佩斯卡拉特朗托小镇便是这样一座修建在突出山顶 的古城，海拔1 452 m ，是亚平宁山脉地区海拔较髙的 居住地，这个古城座落于海拔1 310 m 的大平原上， 所处的山顶与山脚高差达142 m ，呈突出孤立的“孤 岛”状(图5、图6)，在此次地震中损伤极其严重。

小 镇距离震中距离并不近，在地震震级并不太高的情况 下能够造成如此严重的损坏，表明了小镇所处的地形 X 寸地震波的传播具有较强的放大作用。

根据佩斯卡拉特朗托小镇所处山体的地形，采用 非连续变形分析(DDA )方法建立分析模型，见图7。

监测点
图
7佩斯卡拉特朗托小镇分析模型
Fig. 7 DDA (discontinuous deformation analysis)
model of Pescara del Tronto
小镇所处区域为沉积岩地区，模型计算参数取沉
积岩一般值，模型材料弹性模量取5.4x 1〇3 MPa ，泊松 比取0.21，密度取2 600 kg /m 3〇佩斯卡拉特朗托小镇 距离震中102 km ，地震震级为Ms 6.2级，与2014年 11月22日康定6.3级地震的震级相近。

成都理工大学 在四川庐定冷竹关建立的地震监测剖面（图8)成功 捕捉到了这次康定地震的地震波数据，监测剖面距震
图
8泸定冷竹关监测剖面
Fig.8 Monitoring profiles at Lengzhuguan,
Luding, Sichuan
G.S
•日)
i 异
G
-S .s i
异
62长江科学院院报2018 年
参考文献：
[1] P E R E S A N A, C O S T A G，P A N Z A G F，等.用 C N算法
监测意大利的地震活动[J].世界地震译丛，1998,
(4) ：17-28.
[2] CINTI F R，C U C C I L，M A R R A F，等.1997 年翁布里
亚一马尔凯(意大利）地震序列:地面形变与孕震构造
的关系[J].世界地震译丛，2003，（6) :54-58.
[3] R U S T I C H E L U A, T O R R I E R I S, E M A N U E L E T, et al.
Fracture Characteristics in Cretaceous Platform and Over-
lying R a m p Carbonates：A n Outcrop Study from Maiella
Mountain ( Central Italy) [J ]. Marine and Petroleum
Geology, 2016, 76： 68-87.
[4] A C C A R I E H,B E A U D O I N B,C U S S E Y R,e t aZ.Dynamique
Sedimentaire et Structurale au Passage Plateforme/bassin.
Les facies Carbonates Cretaces du Massif de la Maiella
(Abruzzes, Italie ) [J ]. Memorie della Societa Geoligica
Italiana, 1986, 36： 217-231.
[5] L A V E N U A P C, L A M A R C H E J, S A L A R D O N R,e t al.
Relating Background Fractures to Diagenesis and Rock
Physical Properties in a Platform-slope Transect. Example
of the Maiella Mountain (Central Italy) [J]. Marine and [6]祁生文,伍法权，孙进•边坡动力响应规律研究[J].
中国科学(E辑:技术科学），2003,33(增刊）:28-40. [7]刘洪兵，朱晞.地震中地形放大效应的观测和研究进
展[J].世界地震工程，1999,(3) :20-25.
[8]罗永红,王运生，何源，等.“4*20”芦山地震冷竹关
地震动响应监测数据分析[J].成都理工大学学报（自
然科学版），2013,40(3) :232-241.
[9]黄润秋，王运生，裴向军，等.4 • 20芦山MS7.0级地震
地质灾害特征[J].西南交通大学学报，2013,48(4):
581-589.
[10]车伟,罗奇峰.复杂地形条件下地震波的传播研
究[J].岩土工程学报，2008,30(9) ：1333-1337.
[11]张倬元，王士天，王兰生，等.工程地质分析原理[M].
北京:地质出版社，2009:181-182.
[12]罗永红，王运生.汶川地震诱发山地斜坡震动的地形
放大效应[J] •山地学报,2013,31(2):200-210.
[13]罗永红.地震作用下复杂斜坡响应规律研究[D].成
都:成都理工大学,2011.
[14 ] GB/T 17741—2005,工程场地地震安全性评价[S ].北
京:中国标准出版社,2005.
(编辑:陈敏)
Petroleum Geology, 2014, 51： 2-19.
Causes of Abnormal Damage of M s 6.2 Earthquake in Norcia, Italy
LIU Yong1’2,WANG Yun-sheng1，Janusz Wasowski3
(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Prospecting Technology Institute of Chinese Geological Academy, Chengdu 611743, China；3.National Research Council of Italy,Bari 999016,Italy) Abstract：At local time 3： 36 on August 24, 2016, an Ms6.2earthquake hit the town of Norcia in Lazio Rieti Province of central Italy. Despite that the earthquake magnitude was not big, some ancient towns were severely damaged. In this paper we revealed the causes of the abnormal damage by analyzing the architectural structure, geo­logical structure, and topographic features in the study area according to monitoring achievements of seismic re­sponse of slopes in recent years in association with numerical simulation. Results uncover that terrain amplification effect could give rise to severe seismic disaster in spite of small magnitude and long distance to the epicenter. The poor seismic performance of aged buildings, the shallow seismic focus, the amplification effect of seismic wave in­duced by isolated topography are key factors resulting in the large number of casualties.
Key w〇rds：Ms6.2 earthquake in Norcia, Italy；abnormal damage；building structure；geological condition；terrain amplification。