0 引言

上海地区位于扬子准地台东南缘，总体受北东向断裂控制，地震活动较弱，历史上有记载的破坏性地震仅1次(1624年9月1日上海4 3/4级地震)，历史地震最大影响烈度为Ⅵ度。上海邻近地区历史地震记载最早可追溯至公元225年(刘昌森等，2002)，破坏性地震主要发生在南黄海、长江口外以及江苏的溧阳、扬州、太仓等地，该区也是对上海地区产生有感影响的主要潜在地震发生区域。

历史地震对上海地区产生的烈度影响已有丰富的研究成果。刘昌森等(2002)对苏、浙、皖、沪四个地区公元225—2000年的地震进行了梳理，给出了这些地区地震历史记载以及烈度等震线资料；火恩杰等(2004)研究了上海及邻近地区自有地震记录以来最大地震烈度分布，给出了地区历史上最大影响烈度的分布图(综合等震线图)。由于地震的发生具有空间、时间和强度规律性，地震预测通常针对具有相似构造背景的区域进行经验分析，已有统计研究显示：未来100年内，上海及邻近地区北区地震活动强度在6级左右，中区为5.5~6.0级，南区主要以中小地震为主(上海市地震局等，2004)。地震预测考虑了地震影响的时间规律性，但其针对范围为特定地震统计区域，预测的地震可能在该统计区域任何位置发生，对某个地区具体产生的烈度影响程度以及烈度分布情况仍不明确。综合等震线资料可给出地区的具体烈度影响及分布，但缺失时间规律性信息。

因地震发生具有时间规律性，特定地区地震影响的烈度应同样具有时间规律性。本文尝试利用上海及邻近地区的历史地震资料，并结合时间和空间两个维度，分析历史地震对上海地区产生的烈度影响分布，在此基础上推测未来一段时间上海地区可能的烈度影响。

1 区域范围确定及地震资料的获取 1.1 区域范围确定

选取区域范围的主要原则为可能对上海地区产生一定影响的地震分布范围。工程场地地震安全性评价工作规范规定工作区域范围为场地周边外延不小于150km范围(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2006)，上海地区主要受周边远距离大震级潜在震源影响，考虑到区域及邻近地区地震活动呈现出北强南弱、海强陆弱的特征以及郯庐地震带和南黄海地区大震级潜在震源区的影响，相对南部和东部而言区域范围在北部和西部延拓较多，综合确定区域范围为118°~124°E，29°~34°N，同时将区域范围外可能对上海地区产生影响的大震纳入本次分析范围。

1.2 地震资料获取

区域地震资料以正式出版的地震目录为准，对具有不同认识的一些地震条目，根据不同版本目录编目资料的可靠性和工作深度进行取舍。资料来源主要为《中国历史强震目录(公元前23世纪至公元1911年)》(国家地震局震害防御司，1995)、《中国近代地震目录(公元1912年至1990年M_S≥4.7)》(国家地震局震害防御司，1999)、《中国地震年报》(国家地震局地球物理研究所，1991—2000、《苏· 浙· 皖· 沪地震目录(公元225年—2000年)》(刘昌森等，2002)以及中国地震台网中心发布的正式地震目录和地震速报目录(2001年至2023年)。

1.3 地震震级的确定及范围

历史地震震级一般采用M_S，而现代地震通常采用近震震级M_L，汪素云等(2009)研究表明M_L近似等于M_S震级，可直接使用震级标度转换关系M_S=M_L，因此本文将地震震级统一为M。地震震级的大小是造成地震灾害严重程度的直接因素，根据地震烈度评定指标(国家市场监督管理总局等，2020)，当烈度达到Ⅳ度时多数人才对地震有感觉，其对应的震级一般在3级以上，因此本文采用的地震震级范围为M≥3.0。

1.4 地震时间范围确定

早期的历史地震资料源于地方志记载，时间越早，历史地震记载遗漏情况越严重，尤其是低震级地震。上海及邻区记载的地震在1500年以后逐渐增多，1500—1900年期间破坏性地震记载较为完整，1900年以来破坏性地震记录基本完整(上海市地震局等，2004)。图 1绘制了区域范围内3级以上地震的M-T和应变释放曲线，从图中可以看出，1500年以前，3级以上地震遗漏较多，1500年以后完整性较好。因此本文采用的地震时间范围为1500年至今。

1.5 区域地震分布特征

经收集，区域范围内1500年以来发生M≥3.0地震1441次，最大地震震级为M7.0，绘制的震中分布见图 2。从图中可以看出，地震活动空间上分布大致呈现北强南弱、海强陆弱的态势，破坏性地震主要位于31°N以北，大部分6级地震发生在区域东北角的南黄海中；现代中小震分布具有成团、成带的特征，在如东以东海域、溧阳西、张家港—常熟之间、长江口、宁波皎口水库及嵊州一带较为密集。

1.6 区域地震完整性分析

古登堡-里克特的震级频度公式(lgN=a-bM)代表了地震频度与地震震级的关系，当地震活动记录完整时，其震级-频度关系符合古登堡-里克特公式模型。当低震级缺失时，低震级段频度将偏离公式模型，据此可判断区域地震记录的完整性。图 3给出了区域内1500年以来地震震级-频度分布，从图中可以看出，1500年以来5级以上地震记录较为完整，中小地震有一定程度缺失。中小地震活动的不完整可能使1500—1800年的周期分析出现偏差，但由于5级以上地震记载相对完整，对区域最大烈度估计影响有限。

2 地震烈度衰减关系确定

评判地震对场地的烈度影响分布，一般通过现场地震灾害调查得到地震的等震线图后确定，然而该方式不利于大量地震烈度数据的统计分析。对地震烈度衰减关系模型的研究提供了一种新的解决思路。目前针对地震烈度衰减关系研究的学者众多，研究的地区包括了全国各地，经整理，适用于上海及邻区的地震烈度衰减关系研究包括以下五个：

(1) 任静等(2022)根据1990—2021年中国东部地区地震等震线资料，采用Levenberg-Marquardt法拟合了东部地区地震烈度衰减关系；

(2) 陈婧等(2019)根据1950—2017年上海及邻区地震等震线资料，采用Levenberg-Marquardt法拟合了上海及周边地区地震烈度衰减关系；

(3) 俞言祥等(2013)为第五代全国地震动参数区划图建立了中国各分区地震烈度衰减关系，其中东部强震区适用于上海地区；

(4) 石树中等(2003)根据上海及邻近地区地震等震线资料，统计回归得到了上海及邻近地区地震烈度衰减关系；

(5) 汪素云等(2000)利用中国丰富的地震烈度等震线资料，建立了分区地震烈度衰减关系，其中东部地区适用于上海地区。

以上五个研究成果中地震烈度衰减关系模型为

$ \begin{equation*} I(M, R)=A+B M+C \lg \left(R+R_{0}\right) \end{equation*} $

(1)

其中，I为地震烈度，M为面波震级，R为震中距，A、B、C和R₀为拟合系数。

任晓崧等(2022)分析了2022年常州4.2级地震在上海地区5个台站的监测记录数据，本文根据这5个台站记录的峰值加速度，采用转换公式(国家市场监督管理总局等，2020)得到地震烈度值后，对以上烈度衰减关系的合理性进行分析，绘制的烈度衰减关系曲线见图 4。由图 4可以看出，不同学者研究得到的烈度衰减关系各有不同，其中石树中等(2003)、俞言祥等(2013)和汪素云等(2000)研究成果较为一致，任静等(2020)和陈婧等(2022)研究成果中烈度整体上偏大。由常州地震在上海地区的5个台站监测结果得到的烈度分布较为离散，其中有两个台站监测结果异常偏高，但整体与烈度衰减关系结果较为吻合，剔除两个烈度高异常台站后，可以看出实测烈度结果与石树中等(2003)、俞言祥等(2013)和汪素云等(2000)研究成果差异更小，综合评判石树中等研究成果更适用于本区域范围。任静等(2020)对全国不同学者研究的182个烈度衰减关系与地震快速评估系统中的烈度衰减关系进行对比甄别后，得出上海地区最优衰减关系为石树中等(2003)研究成果。因此，本文采用石树中等(2003)研究得到的上海及邻近地区地震烈度衰减关系进行后续分析。

3 上海地区地震烈度分布 3.1 地震烈度估计方法

单次地震对场地的影响烈度根据石树中等(2003)研究得到的上海及邻近地区地震烈度衰减关系系数，按照式(1)计算得出。

最大地震烈度I_max(T)为区域范围内某个历史周期段[T₁，T₂)所有单次地震对场地的影响烈度计算结果的最大值，即

$ \begin{equation*} I_{\max }\left(T_{1} \leqslant T <T_{2}\right)=\max \left(I_{i=1}^{n}\left(M_{i}, R_{i}\right)\right) \end{equation*} $

(2)

未来N年一遇的地震烈度估计I_est(N)采用历史重复原则，按过去N年范围内的最大地震烈度计算得到，即

$ \begin{equation*} I_{\mathrm{est}}(N)=I_{\max }\left(T_{\text {now }}-N \leqslant T <T_{\text {now }}\right) \end{equation*} $

(3)

式中，T_now为当前日期。

3.2 地震烈度时间分布

选择上海城市坐标原点(31.24°N，121.47°E)作为代表，分析1500年以来该点的地震烈度影响随时间的分布曲线，见图 5。

由图 5可以看出，上海城市坐标原点处历史上最大的地震烈度为Ⅵ度，影响烈度为Ⅵ度的地震有两次，分别为1624年上海4 3/4级和1668年郯城8 1/2级地震，这与地震烈度历史资料相符，说明采用烈度衰减关系来分析历史地震烈度影响可靠性较高。1570年以来该点的地震烈度影响可分为两个长周期，分别为1580—1800年、1800—2020年，且每个长周期间隔约220年。每个长周期可划分为3个短周期。对比第二个长周期(1800—2020年)，第一个长周期(1580—1800年)地震缺失较明显；第二个长周期中第一个短周期(1800—1880年)在1840年以前存在明显的地震缺失，1880年后地震较为完整，地震烈度的周期性更明显。因此取1880年以后的地震烈度数据进行未来地震烈度影响估计。

图 6给出了1880年后该点的地震烈度影响随时间的分布曲线。由图 6可以看出，1880—2023年该点的地震烈度影响呈现出周期性变化，周期间隔约70年，第一周期在1880—1950年，第二周期在1950—2020年，目前处于第二周期末、下个周期起始阶段。基于历史周期规律进行分析，估计第三周期为2020—2090年，参考前两周期(1880—1950年、1950—2020年)的最大烈度值(约4.5度)，推测该周期内最大烈度可能维持相近水平，为Ⅳ度；2020—2055年地震影响逐渐活跃，在2055年左右达到活跃峰值，2055—2090年地震影响活动性将逐渐减弱。

图 7给出了上海城市坐标原点处以往不同时间段(以50年为间隔)的最大地震烈度影响分布，从图中可以看出，过去100年和500年内该点最大的地震烈度数值分别约4.5度、6.0度，类比估计上海地区未来100年一遇的地震烈度约Ⅳ度，500年一遇的地震烈度约Ⅵ度。

3.3 地震烈度空间分布

由图 5可以看出，上海地区地震烈度影响在1840年之后较为密集，说明该时间段地震记载较完整，1790—1840年期间可能受地震记载缺失影响，地震烈度值几乎均小于2度。为此，选取1840年以来的地震分析上海地区不同位置的最大影响烈度分布，同时分析1500年以来地震对上海地区不同位置的最大影响烈度分布。

将上海地区按经纬度0.1°进行网格划分，计算得到的1840年和1500年以来3.0级以上地震对上海地区最大影响烈度的分布见图 8。

由图 8可以看出，上海地区1840年以来的最大地震烈度值在4.7~6.2范围，绝大部分地区在Ⅴ度左右，仅西部靠近昆山一带、崇明东部靠近长江口附近最大地震烈度较大；1500年以来上海地区最大地震烈度有所增大，在Ⅵ度左右，全区基本一致，主要受郯城大地震的影响。

4 结语

本文根据上海及邻区1500年以来的地震资料，采用最合适的地震烈度衰减关系，分析上海地区历史地震烈度影响随时间和空间的分布情况。从历史地震资料可知，上海地区历史最大的地震烈度为Ⅵ度。经对比，上海地区最优地震烈度衰减关系为石树中等(2003)研究得到的上海及邻近地区地震烈度衰减关系。采用该衰减关系和历史地震资料计算分析得出，上海地区1880—2023年的地震烈度影响呈现出周期性变化，周期间隔约70年，第一周期在1880—1950年，第二周期在1950—2020年，目前处于第二周期末、下周期始；基于历史周期规律分析，估计第三周期为2020—2090年，最大影响烈度约Ⅳ度。推测上海地区未来100年一遇地震的影响烈度约Ⅳ度，500年一遇的地震影响烈度约Ⅵ度。上海地区西部靠近昆山一带、崇明东部靠近长江口附近地震烈度影响较大，其他区域的地震影响相对较小。