汶川MS8.0地震蘭州烈度速報強震動記錄與初步分析①

劉旭宙，張元生，周民都，閔祥儀

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅，蘭州，730000）

汶川MS8.0地震蘭州烈度速報強震動記錄與初步分析①

劉旭宙，張元生，周民都，閔祥儀

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅，蘭州，730000）

2008年汶川MS8.0地震有感地區(qū)范圍大于1 000km。甘肅省十五期間在蘭州市架設了50個強震臺站用于實現(xiàn)市區(qū)范圍內(nèi)的強震動烈度速報，在本次地震中大多數(shù)臺站都記錄到了相應的強震動記錄，其中最大單道加速度峰值記錄為40.4cm／s2。本文展示了43個蘭州烈度速報臺站記錄到的共129道本次地震強震動記錄信息，并初步分析了蘭州市加速度峰值分布和加速度峰值與土層厚度的對應情況。

汶川MS8.0地震；強震動記錄；蘭州地區(qū)；烈度；土層厚度

Abstract：The Wenchuan MS8.0earthquake in 2008caused shake even in region more than 1 000 km away.Most strong ground motion stations in Lanzhou area，which were built in"tenth 5－years plan"for rapid reporting of seismic intensity，recorded seismic wave during the event，the maximum peak acceleration of single channel was 40.4cm／s2.In this paper，129records from 43 stations among total 50stations in Lanzhou area during the earthquake are shown.The distribution of peak accelerations in Lanzhou area and relationship between the peak acceleration and soil thickness are analyzed also.

Key words：Wenchuan MS8.0earthquake；Strong ground motion records；Lanzhou area；Intensity；Soil thickness

0 引言

2008年5月12日14點28分四川汶川發(fā)生MS8.0地震，震中位置在103.4°E，31.0°N。這是新中國成立以來破壞最嚴重的一次地震。甘肅省十五期間在蘭州市架設的烈度速報臺站在本次地震中記錄到相應的強震動信息，其記錄真實反應了汶川地震主震在蘭州市相應地區(qū)的地表震動情況。本文將展示蘭州烈度速報臺站在汶川主震中的地震動記錄信息，并初步分析蘭州市加速度峰值分布和加速度峰值與土層厚度的對應情況。

1 資料

十五期間甘肅蘭州共架設了50個烈度速報臺站，其中有43個臺記錄到129道汶川地震主震信息（表1）。最大單道加速度峰值記錄來自和平臺，為40.4cm／s2，震中距為560km。和平臺站場地條件為自由場地土層，故和平臺的記錄基本反應了當?shù)氐乇砑铀俣?，合加速度峰值?9.0cm／s2，按照中國烈度表其地表破壞程度達到VI度。距震中最近為中鋪臺，震中距為530km，單道加速度峰值10.8 cm／s2；最遠為秦川臺，震中距為630km，單道加速度峰值7.4cm／s2。圖1為相應的強震動波形記錄。

表1 各測點信息及主震記錄信息

圖1 幾個強震臺記錄的汶川地震波形示例Fig.1 The waveform records of Wenchuan MS8.0earthquake from some strong ground motion stations.

圖1可以看出，雖然各臺站相對震中的方位和震中距相差不大，但是所記錄的地震動波形卻有一定的差異。為進一步分析其差異，將震中距在530～590km之間，土層厚度分別為1m以下，3～5m，16m和大于50m的博物館臺、中鋪臺、觀象臺、和平臺記錄的波形進行傅里葉變換后進行比較（圖2）?？梢钥闯觯弘S著土層厚度的增大頻率在0.5～7 Hz之間的地震動幅度有顯著的增加。顯然，隨著土層厚度的增加地表接收的地震波中周期在1s左右的地震波能量明顯加強。故雖然幾個臺站的震中距和方位相差不大，但是記錄的波形卻不盡相同。并且由于這一頻率范圍接近一般建筑物的固有頻率，所以地表土層的這種地震動放大作用對建筑物的抗震性能有很大的影響。

2 地表加速度峰值的分布特征

地面運動加速度大小和持續(xù)時間直接決定了地震的破壞力，強震動記錄則真實地反映了地面的加速度，其等值線分布能夠較好地描繪震害的分布情況。蘭州市烈度速報臺站分布在市區(qū)三縣五區(qū)之中，各臺站基本布設于自由場地，架設以來運行穩(wěn)定。在50個烈度速報臺站中有43個臺站記錄到汶川地震主震的信息，為繪制蘭州市地表加速度分布提供了可靠的數(shù)據(jù)。整理資料后選取各個臺站最大的單道加速度記錄做出加速度峰值等值分布圖（圖3）。圖中顯示加速度峰值最大值和最大梯度區(qū)均分布在蘭州市和平一帶地區(qū)。這一地區(qū)相對其他烈度速報臺更靠近龍門山斷裂的延伸方向，此外鉆孔資料顯明這一帶的個別地區(qū)土層也較市區(qū)其他地方要厚。

眾所周知土層對于地震動有一定的放大作用。例如和平臺的土層厚度超過了50m，在汶川地震的強震動記錄中其加速度峰值就大于其他蘭州烈度速報臺站的記錄。為進一步分析土層厚度與加速度峰值之間的關系，先將43個烈度臺的加速度峰值記錄換算成統(tǒng)一震中距的加速度值（由于蘭州烈度速報臺站在汶川主震的震中距都在530km以上，在不考慮其他場地因素的前提下，各臺站的加速度峰值可以近似認為和震中距成線性關系），然后參照各個臺站的鉆孔土層厚度資料，作出強震動記錄的加速度峰值與土層厚度的對應情況。

圖2 幾個臺的波形傅立葉譜Fig.2 The Fourier spectrums of waveform records from some strong ground motion stations.

圖3 蘭州市范圍內(nèi)的加速度峰值等值線分布圖Fig.3 The peak acceleration isopleths in Lanzhou.

圖4（a）、（b）、（c）分別為垂直向，東西向，北南向加速度峰值與土層厚度的對應情況。從圖中可以看出土層厚度在20m以下時，加速度峰值與土層厚度的關系有很大的不確定性，然而當土層厚度超過20m時加速度峰值

明顯隨著土層厚度的增加呈現(xiàn)正比例增長。實際上地表加速度值與臺站相對斷裂帶所處的地理位置，當?shù)氐刭|結構和場地條件都有關系，但是汶川地震主震的蘭州市烈度速報臺站記錄仍然反映出土層超過20m時地表加速度峰值隨著土層厚度的增加正比例增長這一現(xiàn)象。

圖4 加速度峰值與土層厚度的關系Fig.4 Relationship between the peak accelaration in different diractions and soil thickness.

3 總結

十五期間在甘肅蘭州市架設了50個烈度速報強震臺站。2008年5月12日發(fā)生的汶川地震是一次慘痛的自然災害，但同時也帶來了豐富的強震動資料。本文在對43個烈度速報臺站記錄到的129道強震動記錄進行分析后得出，隨著土層厚度的增加，地表接收的地震波中周期在1s左右的地震波能量明顯加強，并得到了蘭州市區(qū)地表加速度峰值的等值線分布，根據(jù)其分布蘭州市大部分地區(qū)地震動烈度為Ⅲ～Ⅴ度，有個別地方達到了Ⅵ度；并印證了臺站的加速度峰值記錄與臺站土層厚度呈現(xiàn)正比的對應情況。

［1］ 中國科學院地球物理研究所.地震學基礎［M］.北京：科學出版社，1976.

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［3］ 李舀，馬建新.地震擬合相關系數(shù)在青海地區(qū)地震預報中的應用［J］.西北地震學報，2008，30（2）：184－188.

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Strong Ground Motion Records of Wenchuan MS8.0Earthquake from the Seismic Intensity Rapid Reporting Stations in Lanzhou and Its Preliminary Analysis

LIU Xu－zhou，ZHANG Yuan－sheng，ZHOU Min－du，MIN Xiang－yi
（Lanzhou Institute of Seismology，CEA，Lanzhou 730000，China）

P315.914

A

1000－0844（2010）04－0376－05

2009－05－12

國家自然基金：40874029；基本科研業(yè)務專項：景泰－天祝－古浪地區(qū)區(qū)域數(shù)字臺網(wǎng)資料深加工；中國地震局蘭州地震研究

所論著編號：LC2010058

劉旭宙（1976－），男（漢族），青海西寧人，助理研究員，現(xiàn)主要從事地震學研究.