2023年菲律宾萨兰加尼半岛MW6.8地震液化效应：多方法综合评估与灾害启示

《GeoHazards》：Spatial and Magnitude Distribution of Seismic Events in Santorini Island, January–February 2025: Tectonic or Volcanic Earthquakes?

本文详细研究了2023年11月17日菲律宾萨兰加尼半岛MW6.8地震引发的土壤液化现象。通过实地测绘、地貌解译、地球物理勘探（如ReMi和3CMt）、粒度分析及与预测模型对比，系统评估了液化分布、沉积物特征及场地条件。研究证实了非破坏性地球物理技术作为传统地勘替代方案的可靠性，为未来液化灾害评估与减灾提供了关键数据和方法学支持。

　　

引言

2023年11月17日，一场矩震级（M_W）为6.8的地震袭击了菲律宾棉兰老岛，其震中位于达沃 Occidental 省萨兰加尼西南28公里处，震源深度63公里。这次地震在萨兰加尼半岛引发了广泛的土壤液化现象，对建筑环境构成了严重威胁。土壤液化可导致喷水冒砂、地面裂缝、侧向扩展和地面变形，进而造成建筑物损坏。本研究旨在通过多学科方法，详细记录并分析此次地震在萨兰加尼半岛低地地区引发的液化影响，评估其空间分布、沉积物特性及场地条件，并与现有灾害图件和预测模型进行对比验证。

构造背景与近期地震活动

菲律宾位于构造活动复杂的区域，主要受菲律宾海板块与欧亚板块西北向汇聚的影响。萨兰加尼半岛是菲律宾活动带的一部分，其东侧的哥打巴托海沟的俯冲作用是该地区大震的主要来源。历史记录显示，该区域曾发生多次破坏性地震，如1917年M_W6.9、1976年M_W8.0、2002年M_W7.2以及2017年M_W6.9地震，这些事件均触发了不同程度的液化现象。半岛的地质主要由中新世基底岩层和第四纪松散沉积物组成，低洼地区，如河流三角洲、冲积平原和海滩，富含饱和的松散沉积物，是液化的高发区。

研究方法

研究采用了综合性的技术手段。地震发生后两天内即开展了实地勘察，结合地方政府报告和社交媒体信息，快速定位液化区域。利用遥控飞机进行航拍，生成高分辨率正射影像和数字高程模型，精确测量液化地表形态。同时，分析了干涉合成孔径雷达DEM和历史卫星影像，进行地貌解译。研究还应用了Hu提出的经验公式，根据震级估算最大液化距离。采集的喷出沉积物样品进行了粒度分析，以确定其是否符合液化土体的标准界限。地球物理勘探是关键环节，包括折射微动法和三分量微动法测量。折射微动法使用12个检波器线性排列，获取剪切波速度剖面，并计算30米深度内的平均剪切波速（V_S30），据此进行场地分类。三分量微动法则通过记录环境振动，计算水平与垂直谱比，确定场地卓越周期，并利用经验公式估算软土层厚度。最后，结合美国地质调查局ShakeMap模拟的峰值地面加速度，采用简化程序计算了液化势指数。

液化影响分布

研究共记录了69个液化观测点，分布在萨兰加尼省的Glan、Malapatan、Alabel，达沃 Occidental 省的Jose Abad Santos、Sarangani，以及General Santos市。液化现象主要集中在河流三角洲、海滩、填土区、河漫滩等地下水位浅的低洼地貌单元。例如，在General Santos市的Buayan地区，Buayan河漫滩和三角洲上出现了长达17.7米的地面裂缝和局部地面波动。Malapatan的Tuyan地区海滩和河坝发生了广泛的侧向扩展和喷砂，一条裂缝长达58米。特别值得注意的是，Malapatan的Sapu Masla地区，历史上曾是沼泽后经填土开发，液化导致地面裂缝贯穿并损坏了十栋房屋。Glan的Glan Padidu地区液化范围最广，估计达5400平方米，出现了长达152米的裂缝。Jose Abad Santos的Nuing地区，液化发生在废弃河道上，喷出的沉积物呈暗色并有异味。所有这些观测点均位于官方液化灾害图划定的易发区内，且与基于震级预测的最大液化距离相符。

沉积物喷出物分析

对11个站点的沉积物喷出物进行了粒度分析。样品主要由粉砂和砂粒组成，平均粒径介于0.05毫米至0.19毫米之间。大部分样品落在Tsuchida以及Numata和Mori定义的“最易液化”或“潜在液化”土壤界限内。样品的分选性从中等到良好不等，均匀系数在1.57至3.52之间，表明沉积物级配相对均匀。这些结果证实了液化区域的沉积物具备发生液化的颗粒特征。

地球物理分析

在12个选定站点进行的折射微动法测量显示，其中11个站点的V_S30值在170米/秒至339米/秒之间，对应菲律宾国家结构规范中的S_D类和S_E类场地，表明地下存在松散至柔软的沉积层。只有一个站点（Big Margus）的V_S30值较高（425米/秒），属于S_C类场地，但液化发生在该地点的沙滩表层。三分量微动法测得的场地卓越周期与折射微动法推断的软土层厚度高度一致，两者比较的确定系数高达0.90，均方根误差为2.30米，验证了两种方法结果的可比性。模拟的峰值地面加速度值在0.24g至0.34g之间，对应修正麦卡利烈度VII度的破坏性震动，超过了触发液化的阈值（约0.09g）。液化势指数计算显示，12个站点中有8个具有高或非常高液化风险，但值得注意的是，即使在液化势指数评估为低风险的站点（如Small Margus, Big Margus, Batolaki），由于地处海滩、地下水位浅且经历了强震动，仍然发生了液化。

研究局限性

本研究存在一些局限性。液化证据易受自然侵蚀和人为干扰影响，给快速精确测绘带来挑战。沉积物采样仅限于保存完好的地点。地貌分析依赖于2013年的干涉合成孔径雷达DEM和2003至2023年的历史影像。可用的卫星影像分辨率不足以识别所有液化痕迹。由于2023年地震在某些历史液化区震动强度较弱，未能观察到液化复发，但反之，本次液化的区域可能在历史地震中未被记录。此外，地球物理勘探是站点特异性的，虽能可靠估计土壤特性，但钻孔测试能提供更详尽的地下特征，应作为补充。最终的建筑设计与施工仍需遵循国家规范。

结论

本研究通过多方法综合评估，全面刻画了2023年M_W6.8地震在萨兰加尼半岛低地引发的液化现象。研究证实液化主要集中在特定地貌单元，且与现有灾害图件和预测模型吻合。地球物理勘探和沉积物分析揭示了场地的液化潜力，并验证了非破坏性地球物理技术作为经济有效替代方法的可靠性。研究结果强调，即使评估为低液化风险的场地，在特定条件下仍可能发生液化。该研究为菲律宾的液化灾害数据库增添了重要内容，对研究人员、工程师和规划者进行液化灾害评估、风险减缓以及未来建设项目的场地选择和安全设计具有重要的实践指导意义。尤其需要警惕的是，本次地震震级低于哥打巴托海沟可能发生的最大 scenario（M_W7.9），未来更强地震可能导致更广泛和严重的液化灾害。