景谷MS6.6、MS5.8和MS5.9地震強震動記錄初步分析與場地效應(yīng)研究1

林國良　崔建文　楊黎薇　劉瓊仙（云南省地震局，昆明，650224）

景谷MS6.6、MS5.8和MS5.9地震強震動記錄初步分析與場地效應(yīng)研究1

林國良崔建文楊黎薇劉瓊仙
（云南省地震局，昆明，650224）

林國良，崔建文，楊黎薇，劉瓊仙，2016.景谷MS6.6、MS5.8和MS5.9地震強震動記錄初步分析與場地效應(yīng)研究.震災(zāi)防御技術(shù)，11（2）：331—341.doi：10.11899/zzfy20160216

2014年云南景谷先后發(fā)生MS6.6、MS5.8和MS5.9中強地震，云南強震動臺網(wǎng)獲取了豐富的加速度記錄。本文整理了各次地震中固定臺和流動臺獲取的強震動加速度記錄資料，分別進行了地震動衰減關(guān)系和加速度反應(yīng)譜分析，結(jié)果表明，所觀測到的加速度峰值比云南地區(qū)地震動衰減關(guān)系預(yù)測值高，反應(yīng)譜譜值隨震級的增加有增大趨勢。最后將益智強震臺作為典型臺站，分析了該臺站在地震中的場地放大效應(yīng)。

景谷地震強震動記錄衰減關(guān)系場地效應(yīng)H/V譜比

引言

2014年10月7日21時49分39秒，云南省普洱市景谷傣族彝族自治縣（23.4°N，100.5°E）發(fā)生MS6.6地震，震源深度5km。時隔僅兩個月的12月6日2時43分、18時20分，又在景谷（23.3°N，100.5°E）先后發(fā)生MS5.8、MS5.9兩次強余震，震源深度分別為9km、10km，兩次余震震中相距1km，距主震震中約10km。

在這三次地震中，云南數(shù)字強震動臺網(wǎng)固定臺、烈度臺、活斷層臺、存儲臺及流動觀測臺獲取了豐富的強震動記錄。本文通過對強震動加速度記錄的處理，從峰值特征、衰減關(guān)系等方面對地震動基本特征加以分析，了解三次地震的異同；對典型強震動臺站益智臺及流動場地影響臺陣獲取的余震數(shù)據(jù)進行分析，了解場地效應(yīng)對地震動和震害現(xiàn)象的影響。

1　地震地質(zhì)背景

依據(jù)微觀震中定位和宏觀考察結(jié)果，三次地震震中位于酒房斷裂與漫羅-困龍山斷裂的交匯部位2、3（圖1）。酒房斷裂帶總體近南北走向（350°—20°），傾向東，傾角70°—80°，全長約310km，北起無量山西麓，經(jīng)安樂、民樂、永平、勐養(yǎng)至帕當(dāng)進入緬甸，該斷裂由次級斷裂呈反S狀右階雁列展布。漫羅-困龍山斷裂走向北東（40°—52°），全長約67km，南西起于瀾滄江斷裂，向北東經(jīng)班灑、蔗放、中寨延入景谷縣城附近，由3條次級斷裂組成。根據(jù)中國地震局地球物理研究所反演得到的矩張量結(jié)果，再結(jié)合震區(qū)的斷層構(gòu)造背景、烈度分布圖和余震序列分布圖，判定走向334°，傾角83°的斷層為發(fā)震斷層（石峰等，2014）。歷史上，震中50km范圍內(nèi)發(fā)生的最大地震為1953年6月26日雙江5.5級地震。

圖1　三次景谷地震震中及臺站分布Fig.1　Distribution of three Jingu earthquake epicenters and strong motion stations

2　臺站獲取記錄情況

2.1觀測臺站

云南省39個強震動臺站獲取到MS6.6地震的記錄，32個強震動臺站獲取到MS5.8和MS5.9地震的記錄（其中26個固定臺，6個流動臺）。臺站大部分建在土層上，個別建在基巖上，土層臺站均進行過鉆孔、剪切波速測試和土工實驗。地震發(fā)生時觀測設(shè)備運行正常，生成的觸發(fā)記錄可靠。觀測儀器采用三種類型，固定臺以美國Kinematics公司生產(chǎn)的ETNA型強震儀為主，K2型為輔，流動臺為珠海泰德公司生產(chǎn)的TAG-33M型強震儀。表1列出了震中距100km內(nèi)臺站基本情況。

表1　震中距100km內(nèi)強震動臺站基本參數(shù)Table 1　Basics parameters of strong motion stations within 100km from the epicenter

2.2觀測記錄情況

MS6.6地震獲取3分量加速度記錄共39組，MS5.8地震獲取加速度記錄共28組（其中流動臺5組），MS5.9地震獲取加速度記錄共30組（其中流動臺6組）。進行強震記錄分析之前對這些記錄進行噪聲濾波和基線校正處理（謝禮立等，1982；Boore，2001），最終獲取震中距100km內(nèi)強震動記錄峰值加速度計算結(jié)果，如表2所示。圖2分別為三次地震加速度峰值最大的3個臺站加速度記錄圖。MS6.6和MS5.9地震中，震中距分別為6.91km和15.21km的景谷永平臺獲取到最大峰值加速度，其東西向峰值加速度分別為488.8cm/s2、-195.5cm/s2，南北向分別為627.1cm/s2、-358.5cm/s2，豎向分別為-421.4cm/s2、-90.0cm/s2。MS5.8地震中，益智臺獲得最大峰值加速度，該臺的震中距比距離震中最近的景谷永平臺遠約15km，東西，南北和豎向峰值加速度分別為-171.0cm/s2、190.0cm/s2和106.8cm/s2。

表2　震中距100km內(nèi)強震動記錄參數(shù)Table 2　Parameters of strong motion recordings within 100km from the epicenter

續(xù)表

圖2　永平臺（a）、益智臺（b）、永平臺（c）分別獲取的三次地震的加速度記錄Fig.2　Accelaration record data at Yongping（a），Yizhi（b）and Yongping （c）stations for three earthquakes respectively

3　強震動記錄特征分析

3.1地震動衰減關(guān)系

本文中地震動參數(shù)主要包括水平向、豎向地震動峰值加速度（PGA），所用地震動衰減關(guān)系模型分別見式（1）、式（2），該模型由崔建文等（2006）利用云南地區(qū)地震資料將整個云南地區(qū)作為一個區(qū)域計算得到。

式（1）、式（2）中，av和ah分別為豎向和水平向加速度峰值，M為震級，R為震中距，σ為標準差。

圖3分別給出了三次地震震中距200km以內(nèi)臺站的地震動水平向、豎向PGA的衰減關(guān)系與離散值的比較?？梢钥闯?，在水平方向上，除個別臺站（近場景谷基巖臺），各臺站記錄的加速峰值比預(yù)測值高，尤其在震中距小于50km范圍內(nèi)尤其明顯；豎直方向上，除個別臺站（近場景谷基巖臺）外，在震中距小于50km范圍內(nèi)峰值比預(yù)測值高，而較遠震中距的觀測峰值比預(yù)測值略低，說明豎直向地震動分量衰減較快。王玉石等（2013）利用2007年以來在川滇地區(qū)破壞性地震及汶川地震強余震中獲得的加速度記錄進行衰減關(guān)系統(tǒng)計分析，結(jié)果也顯示西南地區(qū)的中強地震在近場會產(chǎn)生較大的峰值加速度。三次地震中，MS5.8和MS5.9地震因震級和震源深度相近，各臺站觀測值也差異較小，而MS6.6地震在景谷永平各觀測峰值偏高，可能與震源深度較淺有關(guān)。但三次地震中益智臺水平向和豎向觀測到的加速度峰值均比預(yù)測值大許多，尤其MS5.8地震中，益智臺震中距比永平臺大，而加速度峰值卻更大，很明顯是受局部地形的影響。

圖3　三次地震水平向PGA（a）與豎向PGA（b）衰減關(guān)系Fig.3　Attenuation curves of the horizontal PGA（a）and vertical PGA（b）for three earthquakes

3.2加速度反應(yīng)譜

由于三次地震的記錄臺站數(shù)量及震中分布情況相接近，使得地震動的反應(yīng)譜之間具有可比性。根據(jù)所選臺站在這三次地震中所獲得的加速度記錄，計算各臺的加速度反應(yīng)譜（阻尼比為5%），其中MS6.6地震共選取23個臺站，MS5.8和MS5.9地震分別選取18、17個臺站。將三次地震的加速度反應(yīng)譜進行平均，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯瑹o論水平向還是豎向，在0.1s—10s周期段，MS6.6地震反應(yīng)譜譜值比MS5.8和MS5.9地震大，表明MS6.6地震長周期成分相對豐富。三次地震反應(yīng)譜譜值隨震級的增加有增大趨勢，反應(yīng)譜值在周期0.2s附近有最大值。

圖4　三次地震地震動反應(yīng)譜平均值水平向（a）與豎直向（b）的比較Fig.4　Comparison of the horizontal?。╝）and vertical?。╞）response spectrum mean value for three earthquakes

4　典型臺站場地效應(yīng)研究

4.1固定臺主震記錄分析

地震動衰減關(guān)系分析顯示益智強震臺在三次地震中峰值加速度均明顯偏高，地震現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查結(jié)果也表明，益智臺所在地區(qū)宏觀烈度為Ⅶ度，房屋損壞情況與強震動記錄相吻合。益智強震臺位于山脊平臺上的益智中心小學(xué)院內(nèi)，地形地貌為侵蝕構(gòu)造淺切割低中山緩坡地形，出現(xiàn)峰值加速度值明顯偏高的現(xiàn)象可能是由于局部地形地貌對地震動影響較大（郭明珠，2013）。本文采用單點譜比法（H/V方法），通過計算觀測記錄水平向和垂直向的傅立葉頻譜譜比，估計觀測點場地效應(yīng)。

H/V方法最早由Nakamura提出，用于研究地脈動（環(huán)境振動）的水平向和豎向譜比，以評價地震動的場地放大效應(yīng)（Nakamura，1989）。單點譜比法經(jīng)驗關(guān)系式如下：

式中，SH（）Af、EW（）Af、NS（）Af、UD（）Af分別表示觀測場地水平向、東西向、南北向和垂直向傅立葉譜幅值；表示水平向與豎直向譜比值。

在對強震動記錄進行傅立葉譜分析時，為避免發(fā)生譜比失穩(wěn)，對各分量的傅立葉譜采用5%漢寧窗（Hanning Taper）進行濾波（章文波，2001），然后再計算平滑后的傅立葉幅值譜比。圖5為利用H/V方法分析益智臺三次地震強震動記錄的結(jié)果，從圖5可以看出，同一臺站對不同震級地震的H/V傅立葉幅值譜比形狀基本相似，不同頻率場地效應(yīng)值較接近，在5Hz—6Hz之間，三次地震均存在明顯的放大效應(yīng)，其中MS5.8地震放大效應(yīng)最大，與實際觀測結(jié)果一致。

圖5　三次地震益智臺H/V譜比Fig.5　H/V spectrum ratio of Yizhi station for three earthquakes

4.2地形影響臺陣余震記錄分析

景谷MS6.6級地震發(fā)生后，云南省地震局派出強震動流動觀測組，在震區(qū)架設(shè)流動臺，并對固定強震臺進行實地考察，詳細調(diào)查各臺站的場地條件與建筑物破壞情況。2014年10 月11日，工作人員在對益智臺進行現(xiàn)場考察時，布設(shè)了4個流動觀測點組成的地形影響調(diào)查臺陣。流動觀測儀為珠海泰德公司生產(chǎn)的TAG-33M型強震儀，益智固定臺為美國凱尼公司的ETNA，采樣率均為200sps。流動觀測點相對位置見圖6。

圖6　益智流動觀測點相對位置示意圖Fig.6　Location of mobile observation stations in Yizhi

流動臺觀測期間，4個臺均獲取到2014年10月11日14時05分MS4.7地震強震記錄，震中距為30.6km。表3為5個臺站獲取強震記錄參數(shù)，從表3可看出，除位于靠近山體（有基巖出露）邊緣的測點1的峰值加速度偏小，其余測點的峰值加速度值有隨高程增加而增大的規(guī)律，盡管此處的峰值差異較小，但這種規(guī)律性隨著高差增大、震級越大或震中距越近更趨明顯（王蘭民，2010）。最大峰值頻率集中在5.0Hz—5.9Hz之間，比較一致。因為2號流動觀測點的儀器架設(shè)在益智臺上，故其所獲取的各分量峰值加速度與益智臺較接近。

表3　MS4.7余震強震動記錄參數(shù)Table 3　Parameters of strong motion recordings of MS4.7 aftershock

5　結(jié)語

2014年底景谷地區(qū)連續(xù)發(fā)生三次中強地震，為地震動特性的比較研究提供了難得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文整理分析了云南強震動臺網(wǎng)獲取的主震與余震加速度記錄，從地震動衰減規(guī)律特征、加速度反應(yīng)譜、H/V譜比等幾個方面考查了三次地震的地震動特征，主要得到以下認識：

（1）衰減規(guī)律特征顯示，無論水平向還是垂直向分量，地震動觀測值在震中距較小處偏高，初步認為與震源深度較淺和局部場地效應(yīng)有關(guān)。豎向分量在震中距較大處比預(yù)測值偏低，說明豎向地震動峰值隨距離衰減較快。

（2）加速度反應(yīng)譜分析顯示，隨震級的增加長周期反應(yīng)譜成份增多，三次地震反應(yīng)譜值在周期0.2s附近有最大值。

（3）益智強震臺獲取的強震記錄H/V譜比分析表明，三次地震均存在明顯的放大效應(yīng)，MS5.8地震放大效應(yīng)最大，與實際觀測結(jié)果一致。應(yīng)用強震動數(shù)據(jù)的單臺H/V譜比對確定強震動臺站場地卓越周期并劃分場地類型具有重要的意義（溫睿智，2015），但文中益智臺譜比峰值比溫睿智所得平均譜比峰值高，是因為后者計算結(jié)果基于多條強震記錄，該方法在今后的應(yīng)用中應(yīng)注意數(shù)據(jù)的完備性。

（4）對流動地形影響臺陣獲取的余震加速度記錄分析表明，地形起伏對于觀測點的峰值加速度影響明顯。

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PreliminaryAnalysis of Strong Motion Observation and SiteEffect in Jinggu MS6.6，MS5.8 and MS5.9 Earthquakes

Lin Guoliang，Cui Jianwen，Yang Liwei and Liu Qiongxian
（Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，China）

In 2014，three strong earthquakes（MS6.6，MS5.8 and MS5.9）occurred in Jinggu，Yunnan Province. Numerous strong motion recordings were recorded by Yunnan Digital Strong Motion Network.In this paper，those acceleration recordings from both permanent and mobile stations are collected and processed，and the ground attenuation relationship and acceleration response spectrum are statistically analyzed.The results show that the observed peak accelerations are larger than predictions by Yunnan attenuation relationship in near and middle field，and the response spectrum increases with an increase in magnitude value.Finally，we take Yizhi strong motion station as a typical station to study its site effect during earthquakes.

Jinggu earthquake；Strong motion recordings；Attenuation relationship；H/V spectrum ratio；Site effect

云南省地震局青年科學(xué)基金項目（201204）資助

2015-09-01

林國良，男，生于1986年。碩士，工程師。主要從事強震動觀測與工程地震研究。Email：linguoliang1986@126.com

2云南省地震局.2014.2014年10月7日云南景谷6.6級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟損失評估報告。

3云南省地震局.2014.2014年12月6日云南景谷5.8、5.9級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟損失評估報告。