陳 鯤 俞言祥 高孟潭 亢川川

1） 中國(guó)北京100081中國(guó)地震局地球物理研究所2） 中國(guó)成都610041四川省地震局

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2014年云南魯?shù)镸S6.5地震峰值加速度震動(dòng)圖

1） 中國(guó)北京100081中國(guó)地震局地球物理研究所2） 中國(guó)成都610041四川省地震局

綜合考慮震中地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、 震源機(jī)制解結(jié)果、 余震分布以及我國(guó)西部地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)衰減特征， 運(yùn)用考慮場(chǎng)地效應(yīng)的震動(dòng)圖快速生成方法， 將收集到的62組強(qiáng)震臺(tái)站的峰值加速度作為插值使用， 估計(jì)了2014年8月3日云南魯?shù)镸S6.5地震峰值加速度震動(dòng)圖． 利用地震后獲得的強(qiáng)震記錄計(jì)算了強(qiáng)震臺(tái)站觀測(cè)值與借助經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系得到的估計(jì)值之間的系統(tǒng)偏差， 校正了缺少臺(tái)站地區(qū)借助經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系得到的估計(jì)值， 獲得了校正后的峰值加速度分布圖． 結(jié)果顯示， 魯?shù)镸S6.5地震的地震動(dòng)峰值加速度隨距離的衰減速度比前人對(duì)我國(guó)西部衰減統(tǒng)計(jì)的結(jié)果更快， 對(duì)數(shù)偏差校正的結(jié)果更符合本次地震的衰減規(guī)律． 校正后的峰值加速度大于40 cm/s2的區(qū)域面積近8000 km2， 比未經(jīng)校正的峰值加速度大于40 cm/s2的面積減小了40%左右．

震動(dòng)圖 峰值加速度分布 魯?shù)榈卣?對(duì)數(shù)偏差校正

引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定， 2014年8月3日16時(shí)30分（北京時(shí)間）在云南省昭通市魯?shù)榭h發(fā)生MS6.5地震， 震中位置27.1°N、 103.3°E， 震源深度12 km． 地震造成615人死亡、 114人失蹤、 3000多人受傷以及大量房屋倒塌和損毀． 地震發(fā)生后較短的時(shí)間內(nèi)， 用考慮場(chǎng)地效應(yīng)的震動(dòng)圖快速生成方法（Waldetal， 2006； 陳鯤等， 2010）， 并結(jié)合震中地區(qū)局部的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境， 借助于地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系模型快速計(jì)算了魯?shù)镸S6.5地震第一版本的峰值加速度震動(dòng)圖． 隨后根據(jù)收集到的本次地震的不同資料（全國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)的測(cè)震數(shù)據(jù)、 震源機(jī)制解、 震源破裂過(guò)程、 強(qiáng)震加速度記錄、 余震精定位結(jié)果等）逐步校正了本次地震的峰值加速度震動(dòng)圖． 校正后的峰值加速度震動(dòng)圖能為應(yīng)急救援、 抗震減災(zāi)、 震害評(píng)估以及科學(xué)研究提供依據(jù)．

1 數(shù)據(jù)

魯?shù)镸S6.5地震發(fā)生在昭通—魯?shù)閿嗔迅浇?該斷裂總體走向?yàn)楸睎|向， 為早更新世斷裂， 斷裂性質(zhì)以逆沖為主（徐錫偉， 于貴華， 2014）． 中國(guó)地震局地球物理研究所和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局震后得出的地震矩張量解的結(jié)果顯示此次地震為走滑型地震， 地震斷層的兩個(gè)節(jié)面分別為走向74°、 傾角84°、 滑動(dòng)角177°和走向165°、 傾角87°、 滑動(dòng)角6°（中國(guó)地震局地球物理研究所， 2014； USGS， 2014）． 地震矩張量解結(jié)果與昭通—魯?shù)閿嗔训哪鏇_性質(zhì)并不一致， 而且斷裂的走向與地震矩張量解的兩個(gè)節(jié)面的走向也存在差異． 從震中附近地區(qū)地震構(gòu)造特點(diǎn)來(lái)看， 該地區(qū)是兩組斷裂帶交匯的地區(qū)， 既有北東向構(gòu)造， 也有北西向構(gòu)造， 這也是造成該地區(qū)強(qiáng)震頻發(fā)的機(jī)制． 根據(jù)地震矩張量解的第二節(jié)面走向以及北西向展布的余震精定位結(jié)果（中國(guó)地震局地球物理研究所， 2014）， 我們將本次地震的發(fā)震構(gòu)造方向確定為北西向．

本文計(jì)算區(qū)域范圍為101.8°—104.7°E， 25.8°—28.3°N． 最終版本的震動(dòng)圖考慮局部場(chǎng)地放大效應(yīng)， 使用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地形坡度與vS30的關(guān)系， 綜合考慮我國(guó)活躍構(gòu)造區(qū)和穩(wěn)定地塊區(qū)的總體分區(qū)特征， 獲得了研究區(qū)域地下30 m的平均剪切波波速數(shù)據(jù)（Waldetal， 2006; Allen， Wald， 2007， 2009; Wald， Allen， 2007; 陳鯤等， 2010）． 考慮震中空間位置、 研究區(qū)域的地震構(gòu)造信息、 地震矩張量解及余震精定位分布結(jié)果， 將橢圓衰減關(guān)系模型的長(zhǎng)軸取向定為165°， 運(yùn)用地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系計(jì)算了研究區(qū)域內(nèi)基巖參考面的峰值加速度． 其中衰減關(guān)系采用汪素云等（2000）回歸的中國(guó)西部峰值加速度衰減關(guān)系， 本文簡(jiǎn)稱Wang2000． 最后考慮地震動(dòng)參數(shù)的局部場(chǎng)地土層效應(yīng)， 用vS30表征宏觀場(chǎng)地分類， 獲得了依賴于幅值和頻率的場(chǎng)地影響系數(shù)（Borcherdt， 1994）． 將峰值加速度從基巖參考面校正到地表土層上， 得到了研究區(qū)域內(nèi)峰值加速度震動(dòng)圖．

本文數(shù)據(jù)為從國(guó)家強(qiáng)震觀測(cè)中心收集到的四川省和云南省共54組加速度記錄以及中國(guó)地震局地球物理研究所布設(shè)的11臺(tái)強(qiáng)震儀組成的巧家強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)陣的33條加速度記錄（其中有3個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)異常）． 臺(tái)站數(shù)據(jù)示于附錄表1， 相應(yīng)峰值加速度選取兩個(gè)水平方向的最大值．

2 方法

對(duì)于未經(jīng)校正的峰值加速度震動(dòng)圖， 利用快速生成考慮場(chǎng)地效應(yīng)的震動(dòng)圖方法（陳鯤等， 2010）， 考慮魯?shù)镸S6.5地震的震中位置以及衰減關(guān)系橢圓模型的長(zhǎng)軸取向， 計(jì)算了研究區(qū)范圍內(nèi)均勻網(wǎng)格點(diǎn)上的基巖峰值加速度值； 進(jìn)一步考慮地震動(dòng)參數(shù)的局部場(chǎng)地效應(yīng)， 將基巖峰值加速度值轉(zhuǎn)換到地表土層上， 獲得了地表土層上峰值加速度的估計(jì)值， 對(duì)于均勻分布的峰值加速度估計(jì)值， 距離實(shí)際臺(tái)站小于15 km的將被剔除， 而以實(shí)際臺(tái)站觀測(cè)到的峰值加速度值作為控制點(diǎn)； 最后利用反距離權(quán)重法進(jìn)行空間插值， 獲得了峰值加速度在地表上的空間分布， 結(jié)果見(jiàn)圖1a． 圖中等值線間隔與國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局（2001）中的峰值加速度與烈度的對(duì)應(yīng)關(guān)系一致．

Wang2000峰值加速度衰減關(guān)系是同時(shí)考慮不同震源機(jī)制地震的綜合結(jié)果， 并不區(qū)分地震的發(fā)震斷層類型． 即使相同震級(jí)的地震， 地震動(dòng)衰減關(guān)系也存在地震事件間的不確定性． 針對(duì)特定的地震事件， 地震動(dòng)衰減關(guān)系計(jì)算的估計(jì)值與觀測(cè)值之間往往存在系統(tǒng)偏差（陳鯤等， 2013a）． 本文選取峰值加速度大于10 cm/s2的22個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站峰值加速度（為減小峰值加速度可能產(chǎn)生較大不確定性的影響）， 使用強(qiáng)震記錄校正震動(dòng)圖的方法（陳鯤等， 2012， 2013a， b）， 得到了校正后的峰值加速度震動(dòng)圖（圖1b）． 該方法主要考慮局部場(chǎng)地土層效應(yīng)的影響， 將臺(tái)站觀測(cè)值折算到基巖參考面， 然后基于峰值加速度衰減關(guān)系3倍標(biāo)準(zhǔn)差的判別準(zhǔn)則剔除可能出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)， 利用對(duì)數(shù)線性擬合折算后的峰值加速度觀測(cè)值與由衰減關(guān)系計(jì)算出的估計(jì)值， 得到兩者之間的偏差因子（分別為c0=-2.89，c1=1.58）， 結(jié)果示于圖2． 利用上述偏差因子對(duì)沒(méi)有臺(tái)站地區(qū)的峰值加速度估計(jì)值進(jìn)行系統(tǒng)偏差校正， 最后考慮局部土層效應(yīng)， 將基巖參考面上校正后的峰值加速度估計(jì)值返算到地表上， 與真實(shí)的峰值加速度觀測(cè)值一起插值， 等值線化后得到峰值加速度分布圖， 結(jié)果示于圖1b． 本文衰減關(guān)系選用的是橢圓模型. 為便于表述， 圖3中衰減關(guān)系的距離項(xiàng)是臺(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．

3 討論與結(jié)論

圖1a為考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)、 震源機(jī)制、 余震精定位分布以及強(qiáng)震加速度記錄計(jì)算的峰值加速度震動(dòng)圖． 其中， 強(qiáng)震臺(tái)站的加速度值只做插值使用， 強(qiáng)震臺(tái)站用附錄表1中的序號(hào)標(biāo)注． 可以看出， 震動(dòng)圖的展布方向?yàn)楸北蔽飨颍?最大峰值加速度在380 cm/s2以上. 震中位于該區(qū)域之外， 主要是因?yàn)辇堫^山鎮(zhèn)的強(qiáng)震臺(tái)記錄到的峰值加速度達(dá)到949.1 cm/s2． 樂(lè)紅鄉(xiāng)、 新店鄉(xiāng)及火德紅鄉(xiāng)等位于190—380 cm/s2的區(qū)域內(nèi)． 而峰值加速度為90—190 cm/s2的區(qū)域圍繞震中呈近似橢圓分布， 長(zhǎng)約50 km、 寬約30 km． 峰值加速度為40 cm/s2以上的區(qū)域面積達(dá)到13000 km2左右， 主要從西北方向的金陽(yáng)縣土溝鄉(xiāng)至東南的雨碌鄉(xiāng)、 西南的巧家縣至東北的昭通市附近． 昭通市雖然位于峰值加速度大于40 cm/s2的區(qū)域內(nèi)， 但昭通臺(tái)的峰值加速度觀測(cè)值卻只有14.9 cm/s2， 因此該地區(qū)為明顯的加速度異常區(qū)． 峰值加速度大于40 cm/s2區(qū)域的西北方向受布拖拖覺(jué)臺(tái)及布拖地辦臺(tái)較低觀測(cè)值的影響（分別為17 cm/s2和2.4 cm/s2）， 40 cm/s2的等值線明顯內(nèi)凹． 圖1b為校正后的峰值加速度震動(dòng)圖， 強(qiáng)震臺(tái)站的標(biāo)注同圖1a．

圖1 魯?shù)镸S6.5地震峰值加速度震動(dòng)圖

圖2和圖3給出了強(qiáng)震臺(tái)站峰值加速度偏差校正的結(jié)果． 可以看出， 魯?shù)镸S6.5地震收集到的大于10 cm/s2的強(qiáng)震臺(tái)站峰值加速度值均在Wang2000峰值加速度衰減關(guān)系的±3σ之內(nèi)， 但隨距離的衰減比Wang2000的結(jié)果快． 本文對(duì)數(shù)偏差校正的結(jié)果更符合本次地震的衰減規(guī)律． 圖1b顯示校正后峰值加速度大于40 cm/s2的區(qū)域面積近8000 km2， 比未經(jīng)校正的大于40 cm/s2的面積減小了40%左右． 西南從葫蘆口鎮(zhèn)、 金塘鄉(xiāng)附近起至東北昭通市、 玉龍鄉(xiāng)附近， 跨度約為80 km； 東南從樂(lè)業(yè)鎮(zhèn)起至西北四棵鄉(xiāng)、 寨子鄉(xiāng)附近， 跨度約為120 km． 峰值加速度偏差校正的結(jié)果最高的峰值加速度為380 cm/s2以上， 龍頭山鎮(zhèn)位于該值區(qū)域內(nèi)．

圖2 魯?shù)镸S6.5地震強(qiáng)震臺(tái)站基巖觀測(cè)值與估計(jì)值的對(duì)數(shù)擬合關(guān)系

魯?shù)镸S6.5地震造成了重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失， 本文旨在震后根據(jù)快速收集到的有限信息， 快速給出峰值加速度震動(dòng)圖， 為震后的震害評(píng)估、 地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、 應(yīng)急救援、 抗震減災(zāi)以及科學(xué)研究等提供基本信息． 雖然地震引起的震害與該地區(qū)的震動(dòng)程度相關(guān)聯(lián)， 但實(shí)際的調(diào)查烈度結(jié)果則主要來(lái)自于對(duì)地震影響的評(píng)價(jià)． 本文的烈度則是直接與地面運(yùn)動(dòng)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的震動(dòng)烈度， 與實(shí)際的調(diào)查烈度存在一定差別． 盡管如此， 作者也將本文的研究結(jié)果與實(shí)際的調(diào)查烈度圖進(jìn)行了比較， 結(jié)果表明兩者的空間分布大致相當(dāng)， 但本文所描述的Ⅵ度以上區(qū)域面積略小于實(shí)際調(diào)查烈度的面積. 其原因主要是因?yàn)?0 cm/s2等值線外圍均受小幅值的臺(tái)站觀測(cè)值影響所致． 魯?shù)镸S6.5地震發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)， 在未獲得震源機(jī)制解結(jié)果、 震源破裂過(guò)程、 余震精定位分布及強(qiáng)震記錄結(jié)果時(shí)， 主要依據(jù)地震地質(zhì)構(gòu)造背景確定地震動(dòng)參數(shù)橢圓衰減模型的長(zhǎng)軸取向． 然而在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)， 特別是發(fā)震斷層具有新生性的地區(qū)， 僅依據(jù)地震地質(zhì)構(gòu)造背景確定地震動(dòng)參數(shù)橢圓衰減模型的長(zhǎng)軸取向并不一定十分準(zhǔn)確， 因此根據(jù)隨后收集到的本次地震的資料， 逐步校正峰值加速度震動(dòng)圖是非常必要的． 另外， 利用研究區(qū)域范圍外未限幅的測(cè)震臺(tái)站以及區(qū)域范圍內(nèi)強(qiáng)震臺(tái)站的地震動(dòng)參數(shù)峰值的空間分布信息, 也有助于判定地震動(dòng)參數(shù)橢圓衰減模型的長(zhǎng)軸取向．

本文臺(tái)站數(shù)據(jù)資料引自國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心網(wǎng)站， 中國(guó)地震局地球物理研究所布設(shè)的巧家強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)陣的加速度記錄由許力生研究員提供， 在此一并表示感謝．

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 K， Yu Y X， Gao M T. 2010. Research on ShakeMap system in terms of the site effect[J].EarthquakeResearchinChina， 26（1）: 92--102 （in Chinese）.

陳鯤， 俞言祥， 高孟潭， 馮靜. 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.

當(dāng)時(shí)鎮(zhèn)上只有一個(gè)知青返城指標(biāo)，本該是舒曼的，因?yàn)槭媛静粚儆谏仙较锣l(xiāng)的對(duì)象。舒曼把這個(gè)指標(biāo)讓給自己的愛(ài)人。

Chen K， Yu Y X， Gao M T， Feng J. 2012. Study on bias correction of ShakeMaps based on limited acceleration records[J].ActaSeismologicaSinica， 34（5）: 633--645 （in Chinese）.

陳鯤， 俞言祥， 高孟潭. 2013a. 基于地震記錄的震動(dòng)圖校正方法研究[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)， 21（4）: 679--691.

Chen K， Yu Y X， Gao M T. 2013a. Research on correction method for ShakeMap based on seismic data[J].JournalofBasicScienceandEngineering， 21（4）: 679--691 （in Chinese）.

陳鯤， 俞言祥， 高孟潭， 高景春. 2013b. 利用強(qiáng)震記錄校正的蘆山7.0級(jí)地震峰值加速度震動(dòng)圖[J]. 地震地質(zhì)， 35（3）: 627--633.

Chen K， Yu Y X， Gao M T， Gao J C. 2013b. ShakeMap of peak ground acceleration with bias correction for the Lushan， Sichuan earthquake on April 20， 2013[J].SeismologyandGeology， 35（3）: 627--633 （in Chinese）.

國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. 2001. 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB/T 18306—2001）[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社: 1.

General Administration of Quality Supervision of the People’s Republic of China. 2001.SeismicGroundMotionParameterZonationMapofChina（GB/T18306—2001）[S]. Beijing: China Standards Press: 1 （in Chinese）.

汪素云， 俞言祥， 高阿甲， 閻秀杰. 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 S Y， Yu Y X， Gao A J， Yan X J. 2000. Development of attenuation relations for ground motion in China[J].EarthquakeResearchinChina， 16（2）: 99--106 （in Chinese）.

徐錫偉， 于貴華. 2014. 云南魯?shù)椋ū本?7.1度， 東經(jīng)103.3度）6.5級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造圖[EB/OL]. [2014-08-03]. http:∥www.eq-igl.ac.cn/admin/upload/files/云南6_5級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造圖0805.jpg.

Xu X W， Yu G H. 2014. Picture of seismogenic structure for LudianMS6.5 earthquake （27.1°N， 103.3°E）， Yunnan Province[EB/OL]. [2014-08-03]. http:∥www.eq-igl.ac.cn/admin/upload/files/云南6_5級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造圖0805.jpg.

中國(guó)地震局地球物理研究所. 2014. 2014年8月3日云南魯?shù)?.5級(jí)地震[EB/OL]. [2014-08-03]. http:∥www.cea-igp.ac.cn/tpxw/270724.shtml.

Institute of Geophysics， China Earthquake Administration. 2014. LudianMS6.5 earthquake on 3 August 2014， Yunnan Province[EB/OL]. [2014-08-03]. http:∥www.cea-igp.ac.cn/tpxw/270724.shtml.

Allen T I， Wald D J. 2007.TopographicSlopeasaProxyforSeismicSite-Conditions（v30S）andAmplificationAroundtheGlobe[R]. U S Geological Survey Open-File Report 2007-1357: 69.

Allen T I， Wald D J. 2009. On the use of high-resolution topographic data as a proxy for seismic site conditions （v30S）[J].BullSeismolSocAm， 99（2A）: 935--943.

Borcherdt R D. 1994. Estimates of site-dependent response spectra for design （methodology and justification）[J].EarthqSpectra， 10（4）: 617--653.

USGS. 2014.M6.1-11 km W of Wenping， China[EB/OL]. [2014-02-12]. http:∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usb000rzmg#scientific.

Wald D J， Worden B C， Quitoriano V， Pandow K L. 2006.ShakeMapManual:TechnicalManual，User’sGuide，andSoftwareGuide[R]. U S Geological Survey: 156.

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

ShakeMap of peak ground acceleration for 2014 Ludian, Yunnan,MS6.5 earthquake

1）InstituteofGeophysics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100081，China2）EarthquakeAdministrationofSichuanProvince，Chengdu610041，China

Considering the geological structure background, focal mechanism solutions, aftershock distribution and attenuation characteristics of the ground motion in western China, ShakeMap of peak ground acceleration （PGA） for the Ludian, Yunnan,MS6.5 earthquake on 3 August 2014 was acquired, in which the method of rapid generation ShakeMaps considering site effects was used, and the PGAs of 62 strong motion stations for this earthquake were used as interpolation. Then, distribution of PGA was amended by using PGA observations to correct system bias of theoretical estimates in the area without PGA observations. The results show that the attenuation of ground motion with distance for the LudianMS6.5 earthquake was faster than that from previous studies on western China. The result by correction for bias in logarithmic regression was more consistent with attenuation law for this earthquake. The area with corrected PGA greater than 40 cm/s2was nearly 8000 km2, which was reduced by about 40% compared with that of uncorrected.

ShakeMap; distribution of peak ground acceleration; Ludian earthquake; logarithmic bias correction

附錄

表1 魯?shù)镸S6.5地震62個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站的峰值加速度Table 1 Peak ground acceleration of 62 strong motion stations for the Ludian MS6. 5 earthquake

續(xù)表1

10.11939/jass.2015.03.006.

中國(guó)地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（DQJB13B19）、 地震行業(yè)科研專項(xiàng)（201308018）及“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK15B01-04）共同資助.

2014-09-01收到初稿， 2015-04-09決定采用修改稿.

e-mail: chenkun-6620@163.com

10.11939/jass.2015.03.006

P315.9

A

陳鯤, 俞言祥, 高孟潭, 亢川川. 2015. 2014年云南魯?shù)镸S6.5地震峰值加速度震動(dòng)圖. 地震學(xué)報(bào), 37（3）: 429--436.

Chen K, Yu Y X, Gao M T, Kang C C. 2015. ShakeMap of peak ground acceleration for 2014 Ludian, Yunnan,MS6.5 earthquake.ActaSeismologicaSinica, 37（3）: 429--436. doi:10.11939/jass.2015.03.006.