陳 鯤 俞言祥 高孟潭 高景春

1)中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

2)河北省地震局，石家莊 050021

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，2013年4月20日08時(shí)02分(北京時(shí)間)在四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級(jí)地震，震中位置30.3°N，103.0°E，震源深度13km。地震發(fā)生后，作者運(yùn)用考慮場(chǎng)地效應(yīng)的震動(dòng)圖快速生成方法(陳鯤等，2010)，借助于地震動(dòng)衰減關(guān)系快速生成了此次地震的峰值加速度震動(dòng)圖。然而，中國(guó)分區(qū)地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系是不同震源機(jī)制地震的平均結(jié)果。此外，針?biāo)賵?bào)地震并不能保證最初的地震的震級(jí)是完全正確的。而且，由于相同震級(jí)地震的平均地震動(dòng)參數(shù)可能相當(dāng)離散，存在地震事件間的不確定性。這樣用地震動(dòng)衰減關(guān)系直接估計(jì)地震動(dòng)強(qiáng)度存在較大的不確定性。因此，隨后根據(jù)中國(guó)地震局地球物理研究所的大震應(yīng)急科技產(chǎn)品中的震源機(jī)制解，并利用收集到的強(qiáng)震記錄的峰值加速度，運(yùn)用有限強(qiáng)震記錄校正等震線的方法(陳鯤，2012)修正了本次地震的震動(dòng)圖。希望校正后的峰值加速度震動(dòng)圖能為科學(xué)研究和抗震減災(zāi)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)

本次工作的計(jì)算區(qū)域范圍是100.2°～106.6°E;27.26°～32.85°N?？焖偕傻牡?版本峰值加速度震動(dòng)圖考慮局部場(chǎng)地放大效應(yīng)，使用了USGS根據(jù)全球地形坡度與Vs30相關(guān)關(guān)系制作的該次地震震中地區(qū)地下30m的平均剪切波速數(shù)據(jù)(Wald et al.，2006，2007;Allen et al.，2007)?？紤]震中位置、震中地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景和震源機(jī)制解結(jié)果，確定了橢圓衰減模型長(zhǎng)軸取向?yàn)?4°，運(yùn)用地震動(dòng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)方法計(jì)算了震中地區(qū)的基巖參考面的地震動(dòng)參數(shù)結(jié)果，其中地震動(dòng)參數(shù)的衰減關(guān)系選用中國(guó)西部峰值加速度衰減關(guān)系(汪素云等，2000)，本文簡(jiǎn)稱wang 2000。進(jìn)一步考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)的影響，運(yùn)用Borcherdt的Vs 30表征幅值與頻率非平穩(wěn)的場(chǎng)地放大系數(shù)(Borcherdt，1994)，將基巖上的地震動(dòng)參數(shù)分布修正到土層地表上，得到了震中地區(qū)的峰值加速度震動(dòng)圖。

隨后收集到四川、云南、甘肅和陜西省84組三分量加速度記錄252條，本文篩選了峰值加速度≥10cm/s2的63個(gè)強(qiáng)震臺(tái)的峰值加速度，其中峰值加速度選取2個(gè)水平方向的最大值，臺(tái)站數(shù)據(jù)示于表1。

表1 2013年4月20日蘆山地震63個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站的峰值加速度Table 1 Peak ground acceleration at each station for the Lushan M S 7.0 earthquake on April 20，2013

續(xù)表1

2 方法

利用強(qiáng)震記錄校正震動(dòng)圖的方法，主要是考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)將臺(tái)站實(shí)際的觀測(cè)值換算至基巖參考面。本次研究使用的是橢圓衰減模型，為了表述方便，其距離項(xiàng)選用臺(tái)站與震中連線經(jīng)該線與短軸方向的夾角在橢圓上旋轉(zhuǎn)得到的短軸距。借助于當(dāng)?shù)厮p關(guān)系3倍標(biāo)準(zhǔn)差的準(zhǔn)則進(jìn)行異常數(shù)據(jù)判別，然后將折算后的觀測(cè)值與利用衰減關(guān)系的估計(jì)值進(jìn)行最小二乘法的對(duì)數(shù)線性擬合，得到兩者之間的偏差因子(分別為a=0.88;b=0.93)。通過偏差因子對(duì)缺少臺(tái)站地區(qū)理論估計(jì)值進(jìn)行系統(tǒng)偏差校正。最后，考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)將基巖面上校正后的理論估計(jì)值返算到地表土層上，與實(shí)際的觀測(cè)值一起插值，等值線化得到峰值加速度分布圖。

3 結(jié)果和討論

圖1a給出了考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)及震源機(jī)制計(jì)算的峰值加速度震動(dòng)圖。由圖可見，震動(dòng)圖的展布方向與龍門山斷裂帶的走向一致。最大的峰值加速度在300～400cm/s2之間，分布在蘆山縣城東北方向、寶興縣城的西側(cè)約9km的位置。該區(qū)域圍繞震中呈近似橢圓分布，長(zhǎng)約28km，寬約15km。蘆山縣城、寶興縣城均位于峰值加速度200～300cm/s2的區(qū)域。而50cm/s2以上的區(qū)域主要從瀘定縣城、漢源縣城東北20km起，至都江堰市、郫縣。而50cm/s2等值線東北端向四川盆地內(nèi)呈不規(guī)則放大，主要因?yàn)樯詈竦呐璧匚镔|(zhì)容易沉積在坡度較緩的盆地里，這些物質(zhì)相對(duì)剪切波速較低，土層的放大系數(shù)會(huì)比較大。

圖1 2013年4月20日蘆山地震峰值加速度震動(dòng)圖Fig.1 Shakemaps of peak acceleration for the Lushan M S 7.0 earthquake on April 20，2013.

圖1b給出主震強(qiáng)震臺(tái)站觀測(cè)的峰值加速度校正后的震動(dòng)圖。圖2為峰值加速度偏差校正的結(jié)果。圖1b顯示校正后峰值加速度＞50cm/s2的區(qū)域面積比未經(jīng)校正的面積大大加大，西南從甘洛縣附近起至東北綿竹縣、汶川縣，跨度約為300km。最大的峰值加速度為500cm/s2以上。蘆山、寶興和名山縣城位于峰值加速度400～500cm/s2的區(qū)域。寶興民治、雅安專業(yè)、天全兩路及震中東北側(cè)約250km的江油、武都臺(tái)站處均不同程度出現(xiàn)了加速度的異常區(qū)。從圖2可以看出，震中距約19km的寶興地辦強(qiáng)震臺(tái)站EW分量出現(xiàn)了＞1g峰值加速度，位于汪素云(2000)衰減關(guān)系3倍標(biāo)準(zhǔn)差之外，本次校正沒有使用該臺(tái)站數(shù)據(jù)。峰值加速度的觀測(cè)值絕大部分比汪素云(2000)衰減關(guān)系估計(jì)的結(jié)果大，主要是因?yàn)橥羲卦?2000)的衰減關(guān)系是不同震源機(jī)制類型地震的平均結(jié)果。而蘆山地震屬于高角度逆沖地震(曾祥方等，2013;劉杰等，2013)，平均的衰減關(guān)系直接估計(jì)地震動(dòng)峰值加速度就存在較大的不確定性。偏差校正后的結(jié)果進(jìn)一步減小了缺少臺(tái)站地區(qū)峰值加速度估計(jì)值的不確定性，但震中附近30km范圍內(nèi)，校正后的結(jié)果仍然略低于觀測(cè)值。因此，震中距＜10km的太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)、龍門鄉(xiāng)和雙石鎮(zhèn)遭受的震動(dòng)程度可能更高。

圖2 2013年4月20日蘆山地震峰值加速度校正結(jié)果Fig.2 Result of bias correction for the Lushan M S 7.0 earthquake on April 20，2013.

陳鯤，俞言祥，高孟潭，等.2012.用有限強(qiáng)地震動(dòng)記錄校正等震線的估計(jì)研究［J］.地震學(xué)報(bào)，34(5):633—645.

CHEN Kun，YU Yan-xiang，GAO Meng-tan，et al.2012.Study on bias correction of ShakeMaps based on limited acceleration records［J］.Acta Seismologica Sinica，34(5):633—645(in Chinese).

陳鯤，俞言祥，高孟潭.2010.考慮場(chǎng)地效應(yīng)的ShakeMap系統(tǒng)研究［J］.中國(guó)地震，26(1):92—102.

CHEN Kun，YU Yan-xiang，GAO Meng-tan.2010.Research on ShakeMap system in terms of the site effect［J］.Earthquake Research in China，26(1):92—102(in Chinese).

劉杰，易桂喜，張致偉，等.2013.2013年4月20日四川蘆山M7.0級(jí)地震介紹［J］.地球物理學(xué)報(bào)，56(4):1404—1407.

LIU Jie，YI Gui-xi，ZHANG Zhi-wei，et al.2013.Introduction to the Lushan，Sichuan M 7.0 earthquake on 20 April，2013 ［J］.Chinese J Geophys，56(4):1404—1407(in Chinese).

汪素云，俞言祥，高阿甲，等.2000.中國(guó)分區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系的確定［J］.中國(guó)地震，16(2):99—106.

WANG Su-yun，YU Yan-xiang，Gao A － jia，et al.2000.Development of attenuation relations for ground motion in China［J］.Earthquake Research in China，16(2):99—106(in Chinese).

曾祥方，羅艷，韓立波，等.2013.2013年4月20日四川蘆山MS7.0地震:一個(gè)高角度逆沖地震［J］.地球物理學(xué)報(bào)，56(4):1418—1424.

ZENG Xiang-fang，LUO Yan，HAN Li-bo，et al.2013.The Lushan MS7.0 earthquake on 20 April 2013:A high-angle thrust event［J］.Chinese J Geophys，56(4):1418—1424(in Chinese).

Allen T I，Wald D J.2007.Topographic slope as a proxy for seismic site-conditions(Vs30)and amplification around the globe［R］.U S Geological Survey Open-File Report，2007—1357，pp 69.

Borcherdt R D.1994.Estimates of site-dependent response spectra for design(methodology and justification)［J］.Earthquake Spectra，10:617—654.

Wald D J，Allen T I.2007.Topographic slope as a proxy for seismic site conditions and amplification ［J］.Bull Seism Soc Amer，97(5):1379—1395.

Wald D J，Worden B C，Quitoriano V，et al.2006.ShakeMap Manual:Technical manual，user's guide，and software guide［R］.U S Geological Survey，pp 156.