云南強震動流動觀測發(fā)展及相關問題討論

李世成+林國良+崔建文

摘要：簡要介紹了云南強震動流動觀測的發(fā)展歷程和省內6次典型震例的強震動流動觀測及特點，并總結和探討了強震動流動觀測時應該注意的相關問題?；趶娬饎佑^測應用及研究現狀，建議加強并拓展強震動流動觀測工作，適時建立強震動流動觀測系列的規(guī)程、規(guī)范，不僅要把流動觀測作為彌補固定臺網不足以增強捕獲近場強震動記錄能力的輔助手段，更要把強震動流動觀測作為解決地震基礎研究與地震工程應用難題的一個重要手段。

關鍵詞：強震動；流動觀測；觀測臺陣；拓展應用

中圖分類號：P315.9文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2017）04-0629-09

0引言

強震動流動觀測是利用強震儀在目標區(qū)域開展的、以獲取地震時強地面運動的過程及在地震作用下工程結構反應情況為目的的一種短期性觀測，包括2種情況：一是在相關地區(qū)預先布設以捕獲特設觀測臺陣地震動記錄的震前強震動流動觀測；二是地震發(fā)生后在震中區(qū)域進行的震后強震動流動觀測。

1966年邢臺6.8級地震發(fā)生后，中國科學院工程力學研究所赴震區(qū)完成了我國、也是世界首次強震動流動觀測。此后，在我國強震動觀測起步的相對長時期內，流動觀測主要是針對當時我國固定強震動臺站較少、監(jiān)控能力不足的實際而作為一種補充手段。隨著時間的推移，國家投資的增加與觀測儀器的更新換代，強震動流動觀測逐步發(fā)展成為一種捕獲近場地震動記錄的重要手段。我國大陸一些典型和重要的強震動記錄主要是由流動觀測所獲?、伲ǜ吖庖恋?，2001；Li et al，2008a，b；于海英等，2009；李世成等，2008，2009，2011；彭小波，2012；Wen et al，2014，崔建文等，2015；溫瑞智等，2016），經過50多年的發(fā)展，無論是觀測儀器、設備的性能與數量，還是數據處理能力及其應用領域拓展，都取得了長足的進步（謝禮立等，1999；李小軍，2015；李山有，2004）。現今，應充分利用強震流動觀測靈活與機動性的特點，在條件許可時盡量有針對性地布設某類或多類觀測臺陣以進行多目的的強震動觀測。不斷擴展強震動流動觀測應用領域，使其不僅作為彌補觀測臺站密度不足或觀測臺網空缺的重要手段之一，更要將其拓展為解決近場地震學和地震工程學研究以及防震減災工程等應用中存在的諸多問題，成為提供定量數據的一個主要手段與技術途徑，并適時建立起相應的強震動流動觀測規(guī)程及相關管理規(guī)范。

在應急前的準備工作中，充分利用已建立的地震基礎數據庫（包括地震構造環(huán)境、典型的場地與地形、典型的建構筑物結構等信息），提前做好強震動流動觀測布設預案。針對不同震區(qū)或地震預測區(qū)的基礎信息，擬定相應的觀測臺陣布設預案，如為獲取特殊場地的強地面運動數據而布設的活斷層臺陣、地震動衰減臺陣、場地（土）和地形影響臺陣以及局地差動臺陣等；以獲取結構地震反應數據來研究結構抗震性能、改進結構設計方法為目的的各種建筑結構地震反應臺陣以及核電站、水電站、大型橋梁與地下隧道等重要結構的地震反應臺陣；研究土層-基礎相互作用機理的地基-結構臺陣等（謝禮立，于雙久，1982；李山有，2004；溫瑞智等，2009；王玉石，2010；周雍年，2011；李世成等，2013；盧大偉，李小軍，2006）。在實施流動觀測中，應當選取典型的觀測對象，布設合理的觀測臺陣，盡可能多地獲取強震動數據，來豐富強震動記錄內容，更好地服務于地震科學研究與地震工程減災實踐，最大程度地減輕地震災害損失。本文簡要介紹了云南強震動流動觀測的發(fā)展歷程、典型的觀測震例，總結了觀測過程中的一些經驗與啟示，并對強震動流動觀測的現狀及需思考的問題進行了討論。

1云南強震動流動觀測概況

1970年通海7.8級地震發(fā)生后，國家地震局工程力學研究所派員攜帶強震儀赴震區(qū)進行流動觀測，取得云南省第一批強地面運動記錄資料。此后直到2000年，云南省地震局開展了省內大震后的強震動流動觀測，但當時強震儀缺乏，基本以震后流動觀測為主，且以捕獲近場加速度記錄為首要任務。經過幾十年的發(fā)展，云南省強震動觀測能力得到了極大提升。到“十五”云南數字強震動臺網項目建成并投入運行時，已經建立了擁有40臺集傳感器、記錄器、電源和GPS為一體的便攜固態(tài)數字存儲式強震動儀的流動觀測基地——西南強震動流動觀測基地，國外引進和國內研發(fā)的數字記錄式強震儀開始廣泛使用，其功能以及設備的數量至今仍在不斷增加，震前與震后流動觀測均在實施。觀測目的從服務于震后應急流動觀測，已拓展到可根據觀測區(qū)條件靈活地布設針對性強的科學研究臺陣。到目前為止，云南省地震局先后完成了35次強震動流動觀測，包括省內通海7.8級地震，龍陵7.3、7.4級地震，瀾滄―耿馬7.2、7.6級地震，麗江7.0級地震、魯甸6.5級地震，以及省外汶川8.0級和蘆山7.0級等地震。

2典型震例及啟示

云南省強震動流動觀測經過不斷地發(fā)展、探索與嘗試，在多次觀測中獲取了較為豐富的強震動記錄，其中包括目的性強的專類臺陣記錄，也有成功捕獲主震的震前式觀測記錄。本文對幾次典型震例的強震動流動觀測及特點予以簡介和分析。

2.11988年瀾滄―耿馬地震

1988年11月6日21時3分14.5秒和15分44.9秒，云南省瀾滄縣和耿馬縣相繼發(fā)生了7.6、7.2級強烈地震。云南省地震局大震流動觀測隊攜帶SMA-1型和GQ3-3型等強震儀、中國建筑科學院工程抗震所攜帶3臺SMA-1型強震儀、同濟大學攜帶2臺PDR-1強震儀抵達震區(qū)，在震區(qū)共使用了5種型號16臺強震動儀開展流動觀測（圖1）。在近一個月的觀測時間內，獲取了大量的強震動加速度記錄，僅光直式模擬強震儀就獲取了91次余震的148條433道記錄。其中，架設在竹塘鄉(xiāng)的2臺SMA-1強震儀捕獲到6.7級最強余震的加速度記錄，其最小震中距為3.8 km，未經校正的最大加速度峰值為518.4 gal，記錄時長30 s，波形完整，是當時我國在離震中最近的情況下獲取的最大地面加速度峰值記錄（圖2）。這期間獲取的這批觀測記錄把當時我國用于研究的實測強震動資料的地震統計樣本的震級上限提高到7.6級（姜葵，1993）。endprint

從1984年開始，云南省地震局與中國建筑科學院工程抗震所合作在滇南的思茅―景洪地區(qū)建設了由5臺SMA-1強震儀組成的滇南區(qū)聯合強震臺網。雖然此次7.6、7.2級地震發(fā)生后，該強震臺網獲取了主、余震記錄。但因該臺網臺站距離震中較遠，其加速度峰值不及流動臺記錄的十分之一。此震例顯示出流動觀測在彌補固定強震動臺站密度不夠時所發(fā)揮的重要作用，也印證了國家地震局在當時裝備條件下對強震觀測要“以守為輔，以追為主”方針的實用性。

2.22001年施甸地震

滇西地區(qū)的施甸，位于龍陵—耿馬地震帶和麗江―大理地震帶之間，歷史上曾發(fā)生多次地震。由于強震儀缺乏的歷史條件，滇西地區(qū)強震觀測的重點均放在大理―麗江一帶，而施甸一帶一直是觀測盲區(qū)。2000年10月，根據中國地震局震害防御司的部署安排，云南省地震局在施甸、柯街、沙壩、瓦窯、北斗、苴力、力角、期納等地布設了8個流動觀測臺。2001年4月10日施甸5.2級地震發(fā)生后，強震觀測人員迅速將柯街的強震儀調整到震區(qū)的水長，并將昆明結構臺陣中的2臺數字固態(tài)化強震儀架設到震區(qū)附近的太平及等子。2001年4月10、12日、6月8日，施甸縣太平鄉(xiāng)一帶先后發(fā)生了5.2級、5.9級和5.3級地震。震前布設的這些流動觀測臺均獲得了記錄。其中，獲取施甸5.9級地震的三分向峰值加速度分別為446.47 cm/s2（EW）、528.24 cm/s2（UD）、425.64 cm/s2（SN）。這是云南流動觀測首次捕獲的主震強震動記錄，也是一次成功的震前式流動觀測（崔建文等，2004）。

2.32006年鹽津中強地震群

2006年7月22日、8月25日和8月29日，云南省鹽津縣豆沙關鎮(zhèn)附近相繼發(fā)生了5.1、5.1和4.7級中強地震群。云南省地震局利用2臺K2型數字強震儀分別于7月23—26 日、8月26—30日在震區(qū)進行了2次流動觀測，包括山麓土層（萬古村臺）與山頭基巖（豆沙關臺）、谷底（柿子鎮(zhèn)臺）與山頭（豆沙關臺）場地土影響與地形影響的流動對比觀測（圖3），獲取了100多次余震的強震動觀測記錄（李世成等，2008）。其中，豆沙關流動臺記錄的4.7級地震南北向加速度峰值達494.2 cm/s2。對比分析萬古村臺與豆沙關臺、柿子鎮(zhèn)臺與豆沙關臺的地震動記錄，發(fā)現這兩兩臺站之間記錄的幅值及其主頻存在明顯差異，顯現出觀測點的場地（土）與地形效應的不同（圖3）。

7月22日5.1級地震后，云南省地震局在震區(qū)布設了2臺強震儀，但地震應急結束，強震動流動觀測也停止。8月25日5.1級地震后又重新布設強震儀，造成后續(xù)地震發(fā)生時的觀測缺失。該震群的強震動觀測，屬于典型的震后式流動觀測。由此引發(fā)對流動觀測時長及管理的思考與修定，這在震群型或雙震型地區(qū)布設流動臺站時尤顯必要。

2.4攀枝花6.1級地震

2008年8月30日攀枝花6.1級地震發(fā)生后，云南省地震局強震動流動觀測組在震區(qū)迅速布設了由4個觀測點組成的沿發(fā)震構造走向分布的強震動觀測臺陣（圖4）。8月31日—9月3日，共獲取264組3分量近場地面強震動記錄，其中包括5.6級在內的所有M≥4強余震，最大加速度峰值為502 cm/s2。通過對該次流動觀測臺陣所取得的強震記錄分析，發(fā)現了存在于強地震動加速度時程中的方向性效應（圖5）（李世成等，2009）。

2.52014年盈江6.1級地震

2014年5月30日盈江6.1級地震后，云南省地震局在震區(qū)沿與此次地震密切相關的卡場―大竹寨斷裂近垂直方向布設了流動觀測臺陣（圖6a）。隨后在極震區(qū)的勐弄鄉(xiāng)流動觀測點附近，選擇了一個形態(tài)相對規(guī)整、巖性結構較均勻的孤突山丘相對平坦的頂部，布設了由4臺Basalt強震儀組成的局地差動臺陣（圖6b），并與山丘相鄰的流動觀測臺相對比。

此次地震流動觀測捕獲了近千次余震的強震動記錄，但絕大多數為小、微地震事件的近場記錄，其中一些微震在測震目錄中沒有出現。由于這些臺站是針對特殊場地而布設的觀測臺陣，對這些記錄的處理及分析具有一定的價值。

6.6級地震

2014年10月7日云南景谷發(fā)生6.6級地震，云南省地震局在震區(qū)布設了6個強震動流動觀測臺，獲取了大量的余震加速度記錄，包括12月6日5.8級及5.9級強余震的近場記錄（崔建文等，2016）。10月11日強震動科考時，在益智中學固定強震臺附近，選擇瀾滄江支流的河谷臺階邊坡，用4臺觀測儀布設了一個局地地形觀測臺陣（圖7），進行了約3 h的短時流動觀測。在儀器架設完后約1 h，4臺儀器成功獲取了10月11日14時至14時30分之間發(fā)生的1個4.7級及3個2.9級余震的強震動記錄（圖8），給研究局部場地的地形對地震動影響提供了難得的定量數據。

此次地震流動觀測得到的一個啟示是：隨著觀測儀器及設備的改進，在完成流動觀測臺的架設與運行后，現場觀測人員可根據震區(qū)環(huán)境靈活選擇合適的觀測對象進行有目的的短時流動觀測。

3強震動應急流動觀測的幾點思考

3.1改變以震后應急為目的的強震動流動觀測理念

由于受觀測儀器及觀測技術等條件限制，在我國強震動觀測起步后的較長時段內，流動觀測主要是作為震后應急監(jiān)測手段，其獲取的近場記錄數據，難以滿足研究問題針對性強的要求。事實上，強震動流動觀測不僅已成為一種常態(tài)化的大震應急工作內容（一是作為獲取近場強震動記錄的常規(guī)方法，二是流動觀測數據的快速處理與分析，可作為震區(qū)地震活動趨勢研判、強余震震害快速判定與決策應對的重要科技支撐手段），而且更要利用天然地震這個實驗場把強震動流動觀測拓展為解決地震基礎研究與防震減災工程應用中諸多問題提供定量觀測數據的重要手段與技術途徑。觀測方式既可以是震后應急流動觀測，也可以是根據地震預判意見進行的震前流動布設，而且可根據震區(qū)觀測環(huán)境靈活地布設針對性強的科學研究臺陣。endprint

3.2完善強震動流動觀測的保障機制與觀測質量控制我國強震動觀測技術經歷了從無到有、從單臺到組網觀測，從模擬式記錄到數字化、網絡化的發(fā)展，觀測能力顯著增強，但數字強震動臺網的臺站密度仍然較低。解決一些地震工程應用和地震基礎研究難題所需的強震動觀測數據僅靠現有固定臺站來獲取顯然滿足不了科學發(fā)展的迫切需求。加強強震動流動觀測系統的建設，建立具備一定規(guī)模的流動臺陣的應急體系是必然的選擇。流動觀測機動性強，觀測目的根據觀測對象可因地制宜。最終的觀測質量受到諸多環(huán)節(jié)與因素的制約，如所使用的觀測儀器數量多和類型雜、觀測過程涉及環(huán)節(jié)較為復雜、技術要求高、參與人員廣、觀測環(huán)境條件多變等。為避免在觀測過程中造成記錄缺失或數據缺陷而影響強震動的觀測結果，必須建立起一套系統的強震動流動觀測規(guī)程。其中應該包括強震動流動觀測的系統建設、基礎數據庫搭建、應急準備及觀測預案的制定、現場臺址選取及儀器安裝的要求、流動臺站組網方案、數據傳輸方式、強震動觀測數據的質量控制、應急設備的平時維護等諸環(huán)節(jié)及保障機制（姜旭東等，2009；宋麗莉等，2010；謝俊舉，李小軍，2015）。極震區(qū)現場常會出現電力系統被破壞、強震儀交流電供中斷的現象，如鹽津、姚安、彝良及盈江地震的流動觀測中，均遭遇斷電震害，而儀器的內置電池維持時長有限，這也是流動觀測設備保障中需要解決的問題。

3.3完善新一代《中國地震動參數區(qū)劃圖》新一代的《中國地震動參數區(qū)劃圖》（GB18306—2015）在《中國地震動參數區(qū)劃圖》（GB18306—2001）的基礎上對場地（土）的地震動效應給以了更進一步地考慮與體現。但是，地形對地震動的影響在這兩版國標中都還沒有體現。事實上大量的強震動觀測研究表明，不同地形的地震反應特性及其差異明顯，對震害的影響較大（Bouckovalas，Papadimitriou，2005；李小軍，2006；王偉，2010；姚凱等，2009；榮棉水等，2009a，b；遲明杰等，2015；梁軒等，2016；聞滿華，2017），有許多問題還亟待研究解決。建議在強震動流動觀測中，加強地形影響臺陣的布設，盡可能多地獲取不同地形單元的地震反應觀測數據，使地形對地震動參數的貢獻在地震動參數區(qū)劃圖中得到具體體現。

3.4增加結構臺陣

由于我國結構臺陣數量有限，強震作用下結構反應記錄幾乎為零，地基-結構相互作用臺陣仍處于空缺，研究地震動空間變化的差動臺陣觀測有待開展李山有.2016.強震動觀測工程應用.。因此，在今后的強震動流動觀測中，應該重視針對各類典型結構，尤其是大型或復雜結構的地震反應專用臺陣的布設與觀測；開展地基-結構相互作用臺陣、場地高密度差動臺陣的流動觀測，以期彌補國內該領域強震動觀測數據的短缺。

3.5積累強震動觀測數據

國家“十五”重點項目《中國數字地震觀測網絡》的分項“中國數字強震動臺網”建成投入運行以來，我國強震動觀測數據快速積累，大震近場強震動記錄也顯著增加，但全國大部分地區(qū)仍不足以用強震動數據直接回歸得到地震動參數衰減關系。第五代地震動參數區(qū)劃圖的編制、以及抗震設計規(guī)范修訂和重大工程的抗震設計等仍依賴于與我國地震活動、地質構造背景不盡相同的其它國家和地區(qū)的強震動觀測數據（李小軍，2001；李山有等，2003；高孟潭，2015），我國強震動觀測數據在上述計算過程中起著控制作用。隨著國家地震烈度速報與地震預警臺網項目的建設以及流動觀測的擴展，這種狀況將會得到根本改變。

4結語

云南地處印度板塊與歐亞板塊中國大陸碰撞帶的東緣，其構造環(huán)境決定了其破壞性地震的頻發(fā)（皇甫崗等，2010），加強云南地區(qū)的強震動流動觀測工作，有著極其現實的意義。伴隨“十三五”全國地震烈度速報與區(qū)域地震預警臺網的建成，云南高地震烈度設防區(qū)的強震動固定臺站密度將會增大。觀測設備與觀測技術的進步，將直接服務于強震動流動觀測的規(guī)模擴展與應用領域拓展。流動觀測與固定臺站觀測相結合，將會更好地豐富不同地面（及淺層地表）、不同建構筑物結構以及不同強度的近遠場強震動的記錄內容，為地震工程學、近場地震學的研究及防災減災工程應用積累更多具有云南地域特征的有價值的強震動觀測數據。

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