2014年景谷M_S6.6地震及其強余震強震動觀測記錄及初步分析

崔建文　劉瓊仙　段建新　林國良　楊藜薇　徐碩　李世成　包一峰　段洪杰　高東

摘要：2014年10月7日云南景谷發(fā)生M_S6.6地震，中國數(shù)字強震動臺網(wǎng)（NSMONS）的40個臺站（陣）獲取了主震的強震動記錄。位于極震區(qū)永平鎮(zhèn)的強震動臺站完整記錄了地震動時程，其北南向PGA為627.1cm/s²，該臺站周邊多棟教學樓破壞嚴重，與記錄所反映的強烈震動程度相吻合。12月6日主震區(qū)再次發(fā)生M_S5.8、5.9強余震，NSMONS的多個臺站（陣）及布設于震區(qū)的強震動流動臺站獲取了兩次地震強震動記錄。首先介紹獲取強震動觀測記錄，接著對其強震動特征進行初步分析，最后對比分析景谷地震與魯?shù)榈卣饛娬饎拥牟町惣坝绊憽?/p>

關鍵詞：強震動觀測記錄；強余震；景谷地震；魯?shù)榈卣?/p>

中圖分類號：P315.9 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2016）02-0308-08

0 前言

2014年10月7日21時49分，云南景谷發(fā)生Ms6.6地震，震中位置為（23.4°N、100.5°E），震源深度5km。中國數(shù)字強震動臺網(wǎng)（NationalStory Motion Observation Network System，簡稱NSMONS）（周雍年，2006；Li et al，2008；崔建文等，2006a）布設于云南地區(qū)的40多個強震動臺站獲取了M_S6.6主震記錄，位于極震區(qū)永平鎮(zhèn)強震動臺站記錄的最大PGA達627.1cm/s²。震后近兩個月，12月6日震區(qū)內(nèi)再次發(fā)生M_S5.8、5.9兩次強余震，NSMONS多個臺站和震區(qū)布設的強震動流動臺站也記錄了兩次地震的強震動。M_S6.6主震雖然較近兩個月前發(fā)生的魯?shù)镸_S6.5地震震級略大，震源深度更淺，但震區(qū)震害程度卻較輕，這固然與兩個震區(qū)建筑物特征、地貌環(huán)境差異有關，但兩次地震地震動特征差異也是主要的因素。

1 強震動觀測臺站及其記錄的強地面運動

景谷地震發(fā)生在川滇菱形塊體西南側(cè)呈北西走向的蘭坪一思茅地塊中，在景谷震區(qū)100km范圍內(nèi)，歷史上曾發(fā)生過16次5級以上地震，11次6級以上地震，3次7級以上地震，時間上最近的一次地震為2007年6月3日發(fā)生的寧洱M_S6.4地震。鑒于斷裂活動強烈、強震頻發(fā)的特征，該地區(qū)成為了NSMONS重點監(jiān)控區(qū)域，布設了多個強震動臺站，并在臺站建設時，進行了相應的場地勘察和現(xiàn)場原位剪切波速測試。表1給出了M_S6.6地震記錄中PGA>70cm/s²的3個臺站的場地情況（李正光等，2013）。

地震發(fā)生后，云南省地震局在震區(qū)開展了強震動流動觀測，這些流動觀測臺站與NSMONS臺站一起獲取了M_S5.8、5.9兩次強余震記錄。獲取M_S6.6地震強震動記錄的臺站中，震中距最?。?.9km）的臺站為位于震中的景谷永平鎮(zhèn)強震動臺；震中距最大（298km）的臺站為位于云南省地震局大樓的強震動結構觀測臺陣。圖1為獲取記錄的臺站、主震后布設的流動觀測臺站分布及M_S6.6、M_S5.9、M_S5.8三次地震PGA等值線分布，表2是獲取M_S6.6主震及M_S5.8、5.9兩次強余震記錄中PGA>10cm/s²的臺站參數(shù)和峰值加速度值，圖2是3次地震中震中距小于100km的臺站記錄到的北南向地震動加速度時程。

2 地震動特征

2.1 衰減

采用如下的地震動衰減模型擬合景谷地震主震的PGA：

lgY=A+BM+Clg（R+10）. （1）式中，Y為PGA，M=6.6為主震震級，R為震中距，A、B、C為回歸系數(shù)，對于水平向地震動，采用兩個水平向的幾何平均，擬合結果見圖3。

圖3中同時給出了魯?shù)镸_S6.5地震PGA變化曲線和崔建文等（2006b）統(tǒng)計的該地區(qū)地震動衰減規(guī)律。相對于魯?shù)镸_S6.5地震，景谷M_S6.6地震的水平向PGA衰減要緩慢一些，但豎向PGA衰減更快。根據(jù)崔建文等（2006b）的研究結果，在近場區(qū)（R<10km）景谷M_S6.6地震的統(tǒng)計結果與實測結果相差較大，當R>30km后，統(tǒng)計結果與實測結果吻合較好，這與魯?shù)镸_S6.5地震情況相同（崔建文等，2014）。

2.2 反應譜

圖4給出了景谷永平鎮(zhèn)強震動臺記錄的加速度反應譜，其中水平向反應譜為兩個水平向的合成。水平向地震動周期主要在0.1～0.5s之間，而豎向地震動的頻率分布比水平向窄很多，介于0.1～0.2s之間。圖4還同時給出了魯?shù)镸_S6.5地震中龍頭山強震動臺記錄的地震動水平向合成加速度反應譜和景谷地區(qū)的設計反應譜（建筑抗震設計規(guī)范，GB 50011-2010）。永平臺的地震動反應譜遠大于設計反應譜，已經(jīng)超過了建筑物抗震設計標準，這與景谷地震對永平鎮(zhèn)建筑物造成實際破壞情況相符。在強度和頻譜寬度上，魯?shù)辇堫^山強震動臺地震動反應譜比景谷永平強震動臺地震動反應譜大許多，并且景谷地區(qū)設計反應譜地震影響系數(shù)最大值也大于魯?shù)榈貐^(qū)設計反應譜，即按抗震設計規(guī)范設計的永平鎮(zhèn)的建筑物，具有比龍頭山鎮(zhèn)更好的抗震能力。因此，在魯?shù)镸_S6.5地震的作用下，龍頭山鎮(zhèn)遭受到更嚴重的破壞。

2.3 時頻特征

地震動時頻分析是備受關注的一個熱點，并取得了較大的研究進展（方嘉治等，2012；劉偉等，2015）。S變換（Stockwell et al，1996）是一種在時間域和頻率域都可以獲得較好分辨率的時頻分析技術。在Stockwell等（1996）研究的基礎上，Pinnegar和Mansinha（2004）發(fā)展了復窗的S變化，進一步提高了時頻變化的分辨率（樊劍等，2008）。圖5a為永平強震動臺記錄的景谷M_S6.6主震北南向地震動的時頻分布和相應加速度時程，地震動的能量主要分布在2～10Hz、3～6s（相對時間）之間，集中在4Hz附近，在4s和5s（相對時間）分別有兩次強作用：圖5b是M_S5.9強余震北南向地震動的時頻分布，地震動能量主要分布在1～7Hz、2～3s（相對時間）之間，在2.5s（相對時間）處有一次強作用；圖5c是M_S5.8強余震北南向地震動的時頻分布，從圖中可以看到，地震動能量主要分布在2～15Hz、3～8s（相對時間）之間，在多個時間點上有強作用。對比3個時頻分布圖，可以看到其有較大的差異，M_S6.6和M_S5.9地震的能量集中度比M_S5.8要高得多，尤其是M_S5.9地震的大部分能量集中在1s內(nèi)釋放，并出現(xiàn)了較大振幅的低頻振動。由于是同一臺站同一方向的記錄，這些差異應是震源特征的差異所致，反映出3次地震在震源機制上存在差異。

2.4 地震動分布

由強震動觀測記錄快速確定震區(qū)地震動強度（烈度）分布，是20世紀90年代以來強震動觀測的一個重要應用。在景谷地震中，震區(qū)強震動臺站獲取了觀測記錄，針對這些記錄，直接采用surfer軟件（黃夢龍，2012）繪制地震動強度（烈度）的分布。

圖1顯示了景谷主震及兩個強余震水平向合成PGA的等值線圖，在震區(qū)，臺站不僅數(shù)量較少，且分布極不均勻，直接由強震動記錄繪制PGA等值線，在沒有臺站的地方，這種臺站分布的不均勻?qū)е碌戎稻€呈現(xiàn)出不受限制的凸出，然而盡管臺站數(shù)量少、分布嚴重不均勻，但PGA等值線總體上還是反映出地震動強度的分布。

圖6是采用中國地震局監(jiān)測司發(fā)布的《儀器地震烈度計算暫行規(guī)程》計算的景谷M_S6.6主震地震烈度分布，圖中也給出了現(xiàn)場考察烈度。如果直接采用臺站記錄繪制烈度圖，烈度等震線將以永平強震動臺為中心點，但實際上，在中強地震時，多數(shù)情況下，震中處的烈度應該最高。因此，在計算出的烈度基礎上，增加一個震中點，假設其烈度為Ⅷ。對比儀器烈度和考察烈度的分布，可以看到，兩者之間有一個錯位，現(xiàn)場烈度分布更偏向于人口密集區(qū)。現(xiàn)場考察結果主要通過建筑物的破壞等情況來評定，因此人口密集也就意味著建筑物密集，這種建筑物密集會影響烈度考察結果，但兩者等震線區(qū)域面積相近，說明通過強震動記錄能夠較好地勾繪地震烈度的分布。

圖7是主震和兩次強余震的儀器烈度分布。計算兩個余震烈度時將震中烈度假設為Ⅷ，可以看到，兩個余震儀器烈度的展布方向與主震有差異，兩個余震之間也有差異。在余震儀器烈度中使用了震區(qū)流動臺的資料，相比主震而言，臺站的數(shù)量更多、分布也更合理，因此，儀器烈度展布特征的差異是由震源機制還是臺站數(shù)據(jù)差異所引起的，需進行進一步的分析。對于強余震而言，由于其位于主震震區(qū)內(nèi)，不可能采用人工調(diào)查的方式獲取地震烈度分布，因此當余震震級較大時，如何描述余震的震害是個問題，而這一問題可利用強震動觀測記錄解決。

3 結論與討論

在景谷M_S6.6地震發(fā)生后，中國數(shù)字強震動臺網(wǎng)的40多個臺站記錄到近、中、遠場地震動時程，為該地震多方面的分析研究提供了數(shù)據(jù)基礎。地震發(fā)生后，云南省地震局在震區(qū)布設了6個流動強震動臺站，隨后發(fā)生了M_S5.8、M_S5.9兩次強余震，這些流動臺與原有的強震動臺站一起，在近場獲取了地震動時程記錄。

景谷M_S6.6地震發(fā)生在魯?shù)镸_S6.5地震后兩個月，在震級上大于魯?shù)榈卣?，但兩次地震造成的破壞相差甚遠，這固然與景谷地區(qū)和魯?shù)榈貐^(qū)不同的地形地貌特征有關，也與城鎮(zhèn)所遭受的強地震動作用的差異有關。本文的反應譜對比分析反映出魯?shù)榈卣瘕堫^山鎮(zhèn)遭受的地震作用遠大于景谷地震距震中最近的永平鎮(zhèn)所遭受的地震作用。

這次地震產(chǎn)生的地震動也具有衰減快的特點，與以往統(tǒng)計的地震動衰減規(guī)律有較大的偏離，其原因可能在于以往由于缺乏近場強震動觀測資料，地震動衰減關系不能很好地反映近場地震動特征。

對景谷M_S6.6主震和兩次M_S6.6、M_S5.8強余震觀測記錄時頻分析顯示出3個記錄的時頻特性有較大的差異，M_S6.6和M_S5.8地震的記錄能量相對分布在較寬的一個時間區(qū)域上，而M_S5.9地震的記錄則集中在一秒內(nèi)。M_S6.6和M_S5.9地震記錄的卓越頻率集中在5Hz附近，而M_S5.8地震則主要在10Hz附近。這種時頻特性的差異反映出這3次地震的震源機制不同。

雖然震區(qū)的強震動臺站較少，且分布嚴重不均，但直接采用surfer軟件繪制加速度PGA等值線圖以及地震烈度仍可以較好地反映地震動的影響場。但主震儀器烈度等震線與實際考察烈度等震線在位置上有一個偏移，這種偏移是否與當?shù)鼐用顸c的分布有關，值得探討。對于強余震的震害評估而言，由于現(xiàn)場考察的方法受限，而通過強震動的記錄儀器烈度，可很好地解決這一問題。