2015年11月22日廣東徐聞ML4.2地震強(qiáng)震動(dòng)記錄分析*

曾維順 楊 漾 陳 江 田 軼

（海南省地震局，海南?？?570203）

引言

2015年11月22日07時(shí)43分，廣東省徐聞縣曲界鎮(zhèn)（20.3°N，110.2°E）發(fā)生ML4.2地震，震源深度9 km（圖1）。地震宏觀震中位于徐聞縣曲界鎮(zhèn)，此次地震造成徐聞和海口部分地區(qū)有感，烈度達(dá)到Ⅲ—Ⅳ度。地震發(fā)生后，學(xué)者們對(duì)地震的性質(zhì)進(jìn)行了分析：張慧等[1]綜合地震震源機(jī)制解、地球物理場(chǎng)現(xiàn)象、震中序列等分析，認(rèn)為此次地震是主余序列，具有走滑斷錯(cuò)特征；徐曉楓等[2]利用臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)資料，采用CAP方法分析此次地震的震源機(jī)制解，推測(cè)此次地震是走滑為主兼有正斷性質(zhì)的破裂，與鋪前—清瀾斷裂屬于走滑正斷的運(yùn)動(dòng)特征較為吻合。

圖1 震中及觸發(fā)臺(tái)站Fig. 1 Epicenter and trigger stations

海南省共架設(shè)13個(gè)專業(yè)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站，徐聞縣ML4.0地震中有3個(gè)站點(diǎn)記錄到強(qiáng)震動(dòng)波形，記錄到的波形資料完整，震相清晰。這是海南強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)組網(wǎng)后首次記錄到強(qiáng)震動(dòng)地震波形。本文對(duì)常規(guī)處理后獲取的9條有效三分向加速度記錄進(jìn)行處理分析，為徐聞及周邊地區(qū)的地震區(qū)劃、抗震設(shè)防、烈度衰減關(guān)系等研究提供基礎(chǔ)資料[3]。

1 強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)站及記錄獲取

1.1 海南強(qiáng)震臺(tái)站

海南省數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)組建于2007年，2008年開始運(yùn)行至今。臺(tái)站分布在?？谑校ê？谂_(tái)、新海臺(tái)、火山口臺(tái)、美蘭臺(tái)、東山臺(tái)、三江臺(tái)），文昌市（七星臺(tái)、青山嶺臺(tái)），定安縣（定安臺(tái)）、瓊海市（瓊海臺(tái)）、瓊中縣（瓊中臺(tái)）、三亞市（三亞臺(tái)）、東方市（東方臺(tái)）。現(xiàn)使用儀器：1套ETNA數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)記錄儀，1套Basalt數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)記錄儀，1套MR3000數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)記錄儀，2套港震EDAS-24GN，7套MR2002-20數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)記錄儀，所有站點(diǎn)均采用光纖傳輸。

2015 年11月22日徐聞縣ML4.2地震發(fā)生后，海南省強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心共獲取3組強(qiáng)震動(dòng)記錄，常規(guī)處理后得到9條三分向峰值加速度記錄。獲取記錄的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站為火山口臺(tái)（HSK）、三江臺(tái)（SAJ）、青山嶺臺(tái)（QSL）（圖1），其中青山嶺臺(tái)為基巖臺(tái)，火山口和三江臺(tái)為土層臺(tái)，強(qiáng)震儀型號(hào)為MR2002，主要技術(shù)指標(biāo)見表1，觀測(cè)儀器性能穩(wěn)定，儀器動(dòng)態(tài)范圍≥108 dB，采樣率為200 sps，GPS授時(shí)，最大記錄范圍±1g，站點(diǎn)均采用光纖傳輸。

表1 數(shù)字強(qiáng)震儀主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 Main technical indexes of the digital strong motion seismograph

1.2 強(qiáng)震記錄獲取

對(duì)此次徐聞縣ML4.2地震9條原始強(qiáng)震記錄進(jìn)行零線調(diào)整，計(jì)算原始加速度記錄前20 s的平均值，將原始加速度記錄數(shù)據(jù)減去該平均值，對(duì)個(gè)別有零線漂移的加速度記錄作調(diào)整，消除時(shí)程影響，得到校正后峰值加速度，記為PGA，強(qiáng)震記錄數(shù)據(jù)及強(qiáng)震臺(tái)相關(guān)參數(shù)見表2。由圖1、表2可知：火山口臺(tái)（HSK）距震中最近，震中距41 km，加速度記錄峰值（PGA）最大，為10.2 cm/s2；青山嶺臺(tái)（QSL）最遠(yuǎn)，震中距92 km；三江臺(tái)（SAJ）震中距65 km。震中距越遠(yuǎn)，加速度峰值（PGA）越小。

從表2可知，火山口臺(tái)和三江臺(tái)都是土層臺(tái)，三江臺(tái)震中距65 km，加速度峰值（PGA）介于3.9—5.5 cm/s2；火山口臺(tái)震中距41 km，加速度峰值（PGA）介于6.3—10.2 cm/s2。說明同為土層臺(tái)，震中距大的加速度峰值小。青山嶺臺(tái)為基巖臺(tái)，加速度峰值（PGA）介于0.8—2.4 cm/s2，說明此次地震基巖衰減偏大。

表2 強(qiáng)震動(dòng)記錄及相關(guān)參數(shù)Table 2 Strong motion records and its relative parameters

1.3 強(qiáng)震記錄分析

對(duì)2015年徐聞縣ML4.2地震獲取的9條強(qiáng)震記錄進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此次地震PGA值除火山口臺(tái)EW向達(dá)10 cm/s2以上外，其他強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站PGA值隨震中距增加有明顯衰減趨勢(shì)（表2）。

根據(jù)中震測(cè)發(fā)[2015]《儀器地震烈度計(jì)算暫行規(guī)程》，計(jì)算得到此次ML4.2地震的最大PGA點(diǎn)對(duì)應(yīng)烈度為3.8度，與實(shí)際調(diào)查結(jié)果基本一致，說明儀器記錄到的信息連續(xù)可靠，地震烈度的判定可以參考強(qiáng)震動(dòng)儀器記錄結(jié)果[4-7]。

1.4 典型加速度反應(yīng)譜特征

加速度反應(yīng)譜是目前國(guó)內(nèi)外工程抗震設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，反應(yīng)譜形狀、幅度及卓越周期的差別，體現(xiàn)了震級(jí)、場(chǎng)地條件對(duì)地面運(yùn)動(dòng)反應(yīng)譜的影響[5,8]。選取3個(gè)臺(tái)站加速度記錄進(jìn)行時(shí)程和反應(yīng)譜特征分析，對(duì)臺(tái)站強(qiáng)震數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正處理，繪制三分向加速度、速度時(shí)程曲線，并進(jìn)行傅里葉譜和加速度反應(yīng)譜（阻尼比為5%）分析[9]（圖2—4）。

圖2 火山口臺(tái)強(qiáng)震記錄分析Fig. 2 Analysis of strong motion records at HSK station

火山口臺(tái)，場(chǎng)地類型為土層臺(tái)，儀器型號(hào)：MR2002，震中距41 km，PGA值介于6.3—10.2 cm/s2之間，EW向PGA值（10.2 cm/s2）是本次地震記錄到的地震動(dòng)峰值加速度的最大值（圖2a）。NS向PGA值為6.3 cm/s2、UD向PGA值為8.5 cm/s2，也均是此次地震NS和UD向記錄到的最大值。由傅里葉譜結(jié)果（圖2b）可見，強(qiáng)震記錄主頻位于3—10 Hz。圖2c是積分得到的速度波形曲線，分析峰值速度（PGV）結(jié)果可見，火山口臺(tái)PGV值介于0.19—0.29 cm/s之間。圖2d是火山口臺(tái)加速度三分向反應(yīng)譜曲線，EW向、UD向卓越周期為0.15—0.3 s；強(qiáng)震記錄時(shí)程大于5 s，加速度反應(yīng)譜幅值衰減至0，長(zhǎng)周期分量不明顯。

三江臺(tái)，場(chǎng)地類型為土層臺(tái)，儀器型號(hào)：MR2002，震中距65 km，PGA值介于3.9—5.5 cm/s2之間（圖3a）。由傅里葉譜結(jié)果（圖3b）可見，強(qiáng)震記錄主頻位于5—10 Hz。圖3c是峰值速度（PGV）分析結(jié)果，三江臺(tái)PGV值介于0.04—0.12 cm/s之間。圖3d是三江臺(tái)加速度三分向反應(yīng)譜曲線，EW向、UD向卓越周期為0.1—0.6 s，EW向在低頻0.07 s左右亦有優(yōu)勢(shì)頻率出現(xiàn)；強(qiáng)震記錄時(shí)程大于5 s。

圖3 三江臺(tái)強(qiáng)震記錄分析Fig. 3 Analysis of strong motion records at SAJ station

青山嶺臺(tái)，場(chǎng)地類型為基巖臺(tái)，儀器型號(hào)：MR2002，震中距92 km，加速度峰值介于0.8—2.4 cm/s2之間（圖4a）。由傅里葉譜結(jié)果（圖4b）可見，強(qiáng)震記錄主頻位于15—20 Hz。圖4c是峰值速度（PGV）分析結(jié)果，青山嶺臺(tái)PGV值介于0.01—0.03 cm/s之間。圖4d是青山嶺臺(tái)加速度三分向反應(yīng)譜曲線，EW向、UD向卓越周期為0.1—0.2 s，NS向在低頻0.06 s左右亦有優(yōu)勢(shì)頻率出現(xiàn)；加速度反應(yīng)譜幅值衰減至0，長(zhǎng)周期分量不明顯。

青山嶺臺(tái)三分向呈現(xiàn)不同的反應(yīng)譜曲線，NS向反應(yīng)譜形態(tài)不同于UD向和EW向。NS向傅里葉譜（圖4b）在0.05—1 Hz之間明顯大于UD向和EW向，拐點(diǎn)在1 Hz。NS向加速度反應(yīng)譜（圖4d）明顯高于UD向和EW向，拐點(diǎn)周期在1—20 s。

圖4 青山嶺臺(tái)強(qiáng)震記錄分析Fig. 4 Analysis of strong motion records at QSL station

2 結(jié)論

本文對(duì)海南強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)記錄到的廣東省徐聞縣ML4.2地震的地震動(dòng)記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，通過頻譜分析、加速度波形積分和加速度峰值計(jì)算等，得到如下結(jié)論：

（1）火山口、三江兩個(gè)土層臺(tái)UD向的加速度峰值小于EW向，青山嶺基巖臺(tái)UD向的加速度峰值是EW向的2倍。

（2）計(jì)算最大PGA點(diǎn)對(duì)應(yīng)的烈度發(fā)現(xiàn)，儀器測(cè)定計(jì)算烈度結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果基本一致，說明加速度記錄可以為確定地震烈度提供可供參考的定量依據(jù)。

（3）選取3個(gè)臺(tái)加速度記錄進(jìn)行時(shí)程和反應(yīng)譜特征分析?；鹕娇谂_(tái)強(qiáng)震記錄時(shí)程大于5 s，加速度反應(yīng)譜幅值衰減至0，長(zhǎng)周期分量不明顯；三江臺(tái)強(qiáng)震記錄時(shí)程大于5 s，加速度反應(yīng)譜幅值衰減至0，長(zhǎng)周期分量不明顯；青山嶺臺(tái)強(qiáng)震記錄時(shí)程大于3 s，加速度反應(yīng)譜幅值衰減至0，長(zhǎng)周期分量不明顯。青山嶺臺(tái)NS向反應(yīng)譜形態(tài)不同于UD向和EW向。

本研究?jī)H對(duì)ML4.2地震序列加速度記錄進(jìn)行基本處理，得到強(qiáng)震記錄的峰值加速度，為海南及鄰區(qū)工程震害調(diào)查提供參考資料，為徐聞及周邊地區(qū)抗震設(shè)防等研究工作提供基礎(chǔ)資料，并為強(qiáng)震記錄積累資料，便于其他科研人員參考使用。

以上結(jié)果的分析是初步的，后續(xù)有待積累資料進(jìn)行更進(jìn)一步的補(bǔ)充研究。