震源深度對基巖地震動參數(shù)的影響

曹均鋒，馮偉棟，原賀軍，董雙林

（安徽省地震局，合肥 230031）

0 引言

在地震危險性分析工作中，采用的地震動參數(shù)衰減關系通常隱含著平均震源深度的震中距。計算時本不需要考慮震源深度的影響，但得到的基巖地震動參數(shù)常常超出正常范圍。因此只好將衰減關系中的震中距當震源距看待，以便加入震源深度的影響來得到較適用的結果。有研究表明，基巖地震動參數(shù)對震源深度的變化很敏感，同一場點不同震源深度下的基巖峰值加速度及反應譜差異較大［1－3］。然而相關規(guī)范并未對震源深度取值有明確規(guī)定，實際工作中震源深度取值存在隨意性，導致基巖地震參數(shù)具有可控性，易給技術人員帶來困擾。

本次基于安徽地區(qū)的震源深度分布特征，選取典型場點構造不同震源深度的分析模型，采用考慮地震活動時空不均勻性的概率地震危險性分析方法［4］，重點研究了震源深度變異性對于安徽地區(qū)基巖地震動參數(shù)的影響，并對相應的影響范圍和變化趨勢進行探討，以期為合理確定安徽及同類地區(qū)的重大建設工程抗震設防提供參考。

1 安徽地區(qū)震源深度分布特征

震源深度是描述震源信息中的一個基本參數(shù)。安徽地區(qū)（除大別山地區(qū)）的震源深度在空間上呈現(xiàn)各向不均勻分布，中西部深，東部淺，中南部深，北部淺［5－6］。

本次主要取1970年以來（安徽地震臺網建立以來）ML≥1.0 級地震數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，其中有深度數(shù)據(jù)的地震4 442個。圖1為不同震源深度分布的比例情況。從圖中可知，安徽地區(qū)地震震源深度95%以上都在20km 以內，其中又以5～19km 范圍居多，所發(fā)生的地震絕大部分屬于地殼中上層的淺源構造地震。

圖1 震源深度比例分布圖

2 震源深度對基巖峰值加速度影響

基于安徽地區(qū)的震源深度分布特征統(tǒng)計，本次選取淮北、阜陽、合肥、宣城、黃山等5個有地域代表性的城市，采用5.0～30.0km 等6 種不同的震源深度進行地震危險性分析，得到50年超越概率63%、10%、2%條件下不同震源深度的基巖峰值加速度（表1）。

表1 不同震源深度的基巖峰值加速度 （單位：cm／s2）

同時按照不同地震風險水平對各城市基巖峰值加速度隨震源深度變化情況分別進行統(tǒng)計，結果如圖2所示。

圖2 震源深度對不同風險水平下基巖峰值加速度的影響

分析結果表明：

（1）震源深度變化對基巖地震動參數(shù)的影響確實較大，不同震源深度的基巖峰值加速度之間可以相差2～3倍。以宣城市為例，50年超越概率2%條件下震源深度5km 的基巖峰值加速度為213.7 cm／s2，而當震源深度增加到30km 時，其基巖峰值加速度為71.8cm／s2，兩者之比高達2.98。

（2）隨著震源深度的增加，基巖峰值加速度逐漸減小，但減小幅度呈逐漸減弱的趨勢。

（3）震源深度對大震（50年超越概率2%）的基巖峰值加速度影響最大，中震（50年超越概率10%）次之，小震（50年超越概率63%）影響最小，表明大震的基巖峰值加速度對震源深度的變化更敏感。

（4）當震源深度較淺時，同屬于峰值加速度0.05g分區(qū)的淮北、宣城、阜陽等3個城市基巖峰值加速度相差較大；當震源深度達到30km 時，三者的基巖峰值加速度幾乎一致。這表明震源深度達到一定值時，同一峰值加速度分區(qū)的基巖峰值加速度主要與區(qū)域的地震背景有關，場點附近的地震環(huán)境影響有限。

3 震源深度對基巖水平加速度反應譜的影響

本次以合肥市為例，選取50年超越概率10%條件下不同震源深度的基巖水平向峰值加速度反應譜Sa（T）進行了對比（圖3）。

圖3 50年10%下不同震源深度的基巖水平向加速度反應譜（震源深度5km、15km、25km）

由圖3可知，隨著震源深度的增加，基巖水平向加速度反應譜逐漸減小，這種減小的趨勢在反應譜的高頻段最明顯、中頻段次之、低頻段最弱，也表明震源深度的變化對基巖水平向峰值加速度影響最大、對基巖水平向峰值速度影響稍弱，對基巖水平向峰值位移的影響最小。

圖4 50年10%下不同震源深度的基巖水平向加速度放大系數(shù)譜（震源深度5km、15km、25km）

根據(jù)公式β（T）＝Sa（T）／Amax，其中Amax為基巖峰值加速度。將圖3中基巖水平向加速度反應譜變換成放大系數(shù)譜β（T）。由圖4可以看出，放大系數(shù)譜在0～0.2s高頻段基本保持一致。但在0.2 s以后，隨著震源深度的增加，放大系數(shù)譜逐漸向右側低頻方向移動，反應譜變寬，表明基巖水平向加速度反應譜的特征周期也受到震源深度的影響，并呈現(xiàn)隨著震源深度的增大而呈增大的趨勢。

4 震源深度對基巖峰值加速度比值的影響

有研究表明，大震、中震、小震三者之間的關系十分復雜，且關系到建設工程抗震設防參數(shù)的科學性、合理性。因此，本次選取合肥、黃山2個城市，將其不同震源深度下的大、中、小震的基巖峰值加速度進行相互對比（表2和圖5）。

表2 不同風險水平下的基巖峰值加速度比值關系

分析結果表明：

（1）震源深度對基巖峰值加速度比值也產生一定的影響，基巖峰值加速度比值隨著震源深度的增加而逐漸減小，但深度越深、減小幅度也越小。值得注意的是，當震源深度超過25km 時，黃山市的基巖峰值加速度比值出現(xiàn)轉折，開始呈現(xiàn)緩慢增大的趨勢，這可能與黃山市所處的弱地震環(huán)境有關。

（2）震源深度對大、小震比的影響最大，中、小震比次之，對大、中震比的影響最小。以合肥市為例，隨著震源深度從5km 逐漸增大到30km，其大、小震比降幅高達25.8%，中、小震比降幅達21.4%，而大、中震比的降幅僅為5.7%。

（3）據(jù)不完全統(tǒng)計，我國大震與中震的基巖加速度比值的平均值為1.8，大震與小震的比值一般為5～6倍［7－8］。由表2 可見，震源深度對大、中、小震比例的協(xié)調性有一定的影響。當震源深度取值小時，大、中、小震相互比值通常超出統(tǒng)計的范圍，協(xié)調性較差；但隨著震源深度的增加，參數(shù)之間的協(xié)調性逐步得到了改善。

（4）相較而言，震源深度對黃山市基巖峰值加速度比值的影響要比合肥市的影響大。這可能與兩者自身所處的地震環(huán)境有關，黃山市屬于弱地震活動區(qū)，其地震危險性主要受中遠場中強地震的控制和影響；而合肥市屬于中強地震活動區(qū)，其地震危險性主要受中近場中強地震及遠場復發(fā)間隔很長的大地震的控制和影響。

圖5 震源深度對不同風險水平下基巖水平向加速度比值的影響

5 結語

本文基于安徽地區(qū)的震源深度分布特征，選取5個城市進行地震危險性分析，重點探討了震源深度的變異性對基巖地震動參數(shù)的影響。研究結果表明：

（1）震源深度對基巖地震動峰值加速度影響較大，不同震源深度的基巖峰值加速度之間可以相差2～3倍。隨著震源深度的增加，基巖峰值加速度逐漸減小，但減小的幅度呈逐漸減弱的趨勢。

（2）震源深度對大震基巖峰值加速度影響最大、中震次之，小震影響最小，即大震的基巖峰值加速度對震源深度的變化更敏感。

（3）隨著震源深度的增加，基巖水平向加速度反應譜逐漸減小，這種減小的趨勢在反應譜的高頻段最明顯、中頻段次之、低頻段最弱。但水平向加速度反應譜的特征周期隨著震源深度的增大而呈逐漸增加的趨勢。

（4）震源深度對大、中、小震的比例協(xié)調性有一定的影響。當震源深度取值較小時，大、中、小震的協(xié)調性較差；但隨著震源深度的增加，參數(shù)之間的協(xié)調性逐步得到了改善。

可見，震源深度的變化對基巖地震動參數(shù)有著顯著影響，因此，根據(jù)場點所處的地震環(huán)境，選取合適的震源深度參數(shù)對于地震危險性分析來說至關重要。

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