林 淋

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

汶川地震地面運(yùn)動(dòng)場(chǎng)估計(jì)及地震烈度與地震動(dòng)參數(shù)相關(guān)性分析

林 淋

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

地震工程學(xué)的發(fā)展離不開強(qiáng)震觀測(cè)資料，其中觀測(cè)資料又可以分為兩類：一類是地震動(dòng)時(shí)程記錄；另一類是實(shí)際震害調(diào)查資料。在眾多實(shí)際震害調(diào)查資料中，地震烈度分布是一種最為常見、最有價(jià)值的實(shí)際震害調(diào)查資料。如果能建立由強(qiáng)震觀測(cè)記錄衍生而來(lái)的各種地震動(dòng)參數(shù)與烈度兩者之間合理的關(guān)系，則可為地震應(yīng)急和相應(yīng)措施的制定提供依據(jù)。有鑒于此，本文以各種地震動(dòng)參數(shù)與烈度的相關(guān)性分析為核心，對(duì)用什么樣的參數(shù)、采用什么樣的方法來(lái)衡量烈度進(jìn)行了探索。

本文以發(fā)生在中美的9次破壞性地震中捕獲的部分加速度記錄及其對(duì)應(yīng)的烈度資料為數(shù)據(jù)源（共計(jì)226組三分量加速度記錄），通過最小二乘法建立了16種地震動(dòng)參數(shù)與烈度的一元回歸關(guān)系式，并對(duì)比分析了16種強(qiáng)地震動(dòng)參數(shù)與烈度間的相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)絕對(duì)速度與震害烈度的相關(guān)性最好。采用標(biāo)準(zhǔn)累積絕對(duì)速度所確定的臺(tái)站儀器烈度，與臺(tái)站所在地區(qū)實(shí)際震害烈度一致的比率為42%，46%的臺(tái)站儀器烈度與震害烈度相差1度，12%的臺(tái)站儀器烈度與震害烈度相差2度。16種地震動(dòng)參數(shù)所確定的臺(tái)站儀器烈度與震害烈度一致的平均比率為34.5%，儀器烈度與震害烈度相差1度的平均比率為49.9%，相差2度的平均比率為15.6%。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，采用各種地震動(dòng)參數(shù)與烈度的一元回歸模型確定臺(tái)站儀器烈度時(shí)，與震害烈度有較大的誤差。因此，基于一元回歸模型很難對(duì)一次地震的烈度分布進(jìn)行可靠的估計(jì)。為此，本文建立了240種不同地震動(dòng)參數(shù)組合、震級(jí)MS與烈度的多元回歸模型，較大程度上提高了儀器烈度的正確識(shí)別率，烈度識(shí)別正確率最好的參數(shù)組合是譜烈度和標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)絕對(duì)速度，用這兩種參數(shù)組合建立的多元回歸模型在計(jì)算臺(tái)站儀器烈度時(shí)，與實(shí)際震害烈度一致的比率為51.6%，有92.2%的臺(tái)站的儀器烈度與實(shí)際烈度相差在1度以內(nèi)，240種地震動(dòng)參數(shù)組合所確定的臺(tái)站儀器烈度與震害烈度一致的平均比率為45%，相差1度的平均比率為45%，相差2度的平均比率為10%。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，多元回歸模型計(jì)算臺(tái)站儀器烈度時(shí)與震害烈度相符合的情況要好于一元回歸模型計(jì)算的結(jié)果。

本文工作應(yīng)用的中國(guó)記錄大部分來(lái)自于中國(guó)西南地區(qū)。本文的一個(gè)主要工作是對(duì)這一地區(qū)的地震動(dòng)參數(shù)衰減規(guī)律進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)分析。但是各種地震動(dòng)參數(shù)的一元回歸模型計(jì)算的臺(tái)站儀器烈度與實(shí)際震害烈度吻合程度不佳，若直接用這樣的參數(shù)進(jìn)行地震動(dòng)參數(shù)衰減規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析，則很難得到理想的結(jié)果。為此，本文對(duì)參與統(tǒng)計(jì)的中國(guó)記錄以其加速度反應(yīng)譜特征周期為統(tǒng)計(jì)分組標(biāo)準(zhǔn)，繼而統(tǒng)計(jì)了不同特征周期區(qū)間用一元回歸模型計(jì)算儀器烈度時(shí)與實(shí)際震害烈度的累積誤差，并對(duì)這種誤差進(jìn)行了相應(yīng)的修正。修正后的各種地震動(dòng)參數(shù)稱為等效地震動(dòng)參數(shù)。用16種等效地震動(dòng)參數(shù)確定的臺(tái)站儀器烈度與震害烈度一致的平均比率要好于未經(jīng)等效處理的各種地震動(dòng)參數(shù)確定的臺(tái)站儀器烈度。另外對(duì)地震烈度與地震動(dòng)參數(shù)組合的多元回歸模型亦用相似的方法進(jìn)行了修正。修正后的地震動(dòng)參數(shù)組合即譜烈度和標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)絕對(duì)速度與烈度的多元回歸模型確定的儀器烈度與實(shí)際震害烈度一致的比率為66.9%，有96%的臺(tái)站烈度識(shí)別誤差在1度以內(nèi)。

目前我國(guó)工程場(chǎng)地使用的衰減關(guān)系大部分還是俞言祥、霍俊榮依靠美國(guó)西部地震資料通過轉(zhuǎn)化方式得來(lái)的。有鑒于此，本文以汶川地震、汶川地震余震及我國(guó)西南地區(qū)發(fā)生的幾次地震的觀測(cè)資料為數(shù)據(jù)源，對(duì)我國(guó)西南地區(qū)的地震動(dòng)參數(shù)衰減規(guī)律進(jìn)行了初步的探索，統(tǒng)計(jì)分析了包括PGA、PGV、譜烈度、標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)絕對(duì)速度等16種地震動(dòng)參數(shù)和加速度反應(yīng)譜的衰減規(guī)律?？紤]到等效參數(shù)對(duì)臺(tái)站進(jìn)行烈度識(shí)別時(shí)，臺(tái)站儀器烈度與震害烈度相一致的比率較高，因此，對(duì)各種等效地震動(dòng)參數(shù)的衰減規(guī)律也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析。

地震動(dòng)的估計(jì)是地震工程學(xué)的一個(gè)重要步驟，其作用就是為抗震設(shè)計(jì)提供一個(gè)定量的數(shù)據(jù)。鑒于汶川地震中近斷層強(qiáng)震臺(tái)站數(shù)量較少，且不同烈度區(qū)臺(tái)站數(shù)量分布不均勻，本文采用增設(shè)虛擬臺(tái)站，并用一種綜合辦法確定了虛擬臺(tái)站的地震動(dòng)參數(shù)值，最后利用汶川地震各烈度區(qū)強(qiáng)震臺(tái)站和不同烈度區(qū)的虛擬臺(tái)站的參數(shù)值繪制了汶川地震加速度及速度等值線。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)了不同烈度區(qū)觀測(cè)臺(tái)站（包括虛擬臺(tái)站）的加速度峰值及速度峰值的范圍、均值、標(biāo)準(zhǔn)差，并最終確定了我國(guó)VI～X度區(qū)PGA和PGV的取值范圍，這些取值范圍和我國(guó)烈度表中的規(guī)定相比是有一定差別的。

總之，本文通過分析各種地震動(dòng)參數(shù)和烈度的相關(guān)性，提出了一種儀器烈度的判別方法。該方法的特點(diǎn)就是采用多個(gè)參數(shù)來(lái)組合、確定強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)站的儀器烈度；通過我國(guó)西南地區(qū)發(fā)生的幾次地震的觀測(cè)資料，對(duì)該地區(qū)的地震動(dòng)參數(shù)衰減規(guī)律進(jìn)行了初步的探索，最后提出了一種對(duì)一次地震地面運(yùn)動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行合理估計(jì)的綜合方法。

烈度；地震動(dòng)參數(shù)；衰減關(guān)系；虛擬臺(tái)站；等效參數(shù)

（作者電子信箱，林淋：linlin197805＠163.com）

P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.04.015