楊 銳解全才楊 程錢(qián) 亮李繼龍毛國(guó)良王莉嬋劉 新

1）中國(guó)石家莊 050021河北省地震局

2）中國(guó)哈爾濱150080中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所

內(nèi)蒙古阿拉善左旗M 5.8地震強(qiáng)震記錄分析

楊 銳1）解全才2）楊 程2）錢(qián) 亮2）李繼龍2）毛國(guó)良1）王莉嬋1）劉 新1）

1）中國(guó)石家莊 050021河北省地震局

2）中國(guó)哈爾濱150080中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所

2015年4月15日內(nèi)蒙古阿拉善盟阿拉善左旗發(fā)生M 5.8地震，國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心獲取39組強(qiáng)震動(dòng)記錄。對(duì)此地震進(jìn)行反應(yīng)譜和傅里葉譜分析，得出峰值加速度圖和儀器烈度圖，得到儀器烈度值最大為6.5度，震中距最小的地震臺(tái)儀器烈度為6.2度，與震中現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害評(píng)估烈度7度、大部分地區(qū)6度一致，充分體現(xiàn)了強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)成效。

強(qiáng)震動(dòng)記錄；加速度峰值；頻譜分析；地震烈度

0 引言

2015年4月15日15時(shí)39分在內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟阿拉善左旗(39.8°N，106.3°E)發(fā)生M 5.8地震，震源深度10 km，截至4月17日08時(shí)00分，內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)記錄余震86次，其中M 3.0以上余震3次，最大余震為4月15日15時(shí)44分M 4.0地震。此次地震震中在巴音木仁附近，人員稀少。震中距烏海市43 km、石嘴山市86 km、阿拉善左旗121 km。烏海市震感強(qiáng)烈，阿拉善左旗、巴彥淖爾市臨河區(qū)震感明顯，包頭市、呼和浩特市部分地區(qū)有感，雖然沒(méi)有人員傷亡，但造成一定社會(huì)影響。地震發(fā)生后，內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局啟動(dòng)Ⅲ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)。

中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心及時(shí)回收內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局13組強(qiáng)震臺(tái)站記錄資料，寧夏回族自治區(qū)地震局26組強(qiáng)震臺(tái)站記錄資料。真實(shí)地震是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和儀器性能的最好機(jī)會(huì)，對(duì)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)、發(fā)展和完善具有很大促進(jìn)作用。本文將針對(duì)此次內(nèi)蒙古阿拉善左旗M 5.8地震強(qiáng)震記錄進(jìn)行匯總分析，驗(yàn)證強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)的成效。

1 強(qiáng)震記錄

1.1 強(qiáng)震臺(tái)參數(shù)

內(nèi)蒙古阿拉善左旗M 5.8地震后，至當(dāng)日18時(shí)，國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心接收內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局11組強(qiáng)震動(dòng)記錄事件，截至20時(shí)，新增28組強(qiáng)震動(dòng)記錄事件，其中內(nèi)

蒙古自治區(qū)地震局2組，寧夏回族自治區(qū)地震局26組，計(jì)39個(gè)強(qiáng)震臺(tái)記錄到此次地震，具體參數(shù)見(jiàn)表1。臺(tái)站配備哈爾濱威波瑞科技有限公司生產(chǎn)的SLJ-100型外置力平衡式加速度計(jì)及美國(guó)Kinemetrics公司生產(chǎn)的ETNA型和瑞士SYSCOM公司生產(chǎn)的MR2002型數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)記錄儀，具體參數(shù)見(jiàn)表2。強(qiáng)震記錄清晰完整、震相明了。

39個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)土層臺(tái)34個(gè)，基巖臺(tái)5個(gè)，震中距分布在38.9—440.2 km范圍內(nèi)，臺(tái)站測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖1，其中巴彥木仁地震臺(tái)震中距最小，為38.9 km（表1）。

圖1 數(shù)據(jù)臺(tái)測(cè)點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of the observation points

表1 臺(tái)站參數(shù)及M 5.8地震加速度記錄Table 1 Station parameters and acceleration records for M 5.8 earthquake

表2 強(qiáng)震儀類(lèi)型Table 2 The seismometers used for strong motion record

1.2 強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)

內(nèi)蒙古阿拉善左旗M 5.8地震發(fā)生后，國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)共獲取39個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站加速度記錄，通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，得到3分量加速度峰值，見(jiàn)表1，其中巴彥木仁臺(tái)（震中距最?。┘铀俣确逯禐?05.5 cm/s2，吉蘭泰臺(tái)（震中距比巴彥木仁臺(tái)大，比其他地震臺(tái)?。┯涗浀淖畲蠓逯导铀俣葹?70.3 cm/s2。由巴彥木仁臺(tái)和吉蘭泰臺(tái)原始數(shù)據(jù)的強(qiáng)震時(shí)程曲線（圖2）可見(jiàn)，強(qiáng)震記錄清晰完整，且可見(jiàn)M 5.8地震后又獲得一個(gè)小震記錄，其中巴彥木仁臺(tái)記錄的小震時(shí)程曲線清晰，而吉蘭泰臺(tái)小震記錄幾乎淹沒(méi)在大震波形里。

圖2 阿拉善左旗M5.8地震加速度時(shí)程記錄(a)巴彥木仁臺(tái)； (b)吉蘭泰臺(tái)Fig.2 Acceleration time-history of Alax Zuoqi M 5.8 earthquake

2 加速度數(shù)據(jù)分析

2.1 加速度反應(yīng)譜

強(qiáng)震記錄頻譜表示一次地震動(dòng)過(guò)程中振幅與頻率關(guān)系的曲線。地震記錄中包含許多豐富的振動(dòng)頻率，不同地區(qū)的主要振動(dòng)頻率不同，在不同頻率振動(dòng)作用下，結(jié)構(gòu)振動(dòng)就不相同。為了避免地震作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生共振現(xiàn)象，確保結(jié)構(gòu)安全，有必要對(duì)地震頻率成分進(jìn)行分析（李山有，2004）。根據(jù)震中距選擇有代表性的8個(gè)地震臺(tái)站（巴彥木仁、吉蘭泰、烏海、正誼關(guān)、巴彥浩特、五原、包頭、薛家灣）進(jìn)行頻譜分析，反應(yīng)譜阻尼系數(shù)分別取0、0.02、0.05、0.1和0.2，得到8個(gè)地震臺(tái)東西、南北、垂直分量24個(gè)分道5種阻尼比單自由度系統(tǒng)的加速度反應(yīng)譜，見(jiàn)圖3。圖中橫坐標(biāo)為自振圓頻率，縱坐標(biāo)為反應(yīng)譜值，可以看出，8個(gè)地震臺(tái)的反應(yīng)譜高頻成分比較豐富，多數(shù)地震臺(tái)兩個(gè)水平分量的反應(yīng)譜比較一致，主要分布在6—12 Hz。圖3同時(shí)反映了不同地貌、相同覆蓋層深度、不同震中距反應(yīng)譜的細(xì)微變化，震中距越大，三分向反應(yīng)譜越接近，隨著震中距加大，高頻值反應(yīng)譜的衰減快于低頻成分。說(shuō)明介質(zhì)對(duì)高頻信號(hào)有吸收作用，低頻信號(hào)能夠傳播更遠(yuǎn)的距離，所以遠(yuǎn)場(chǎng)的高層建筑物要防止長(zhǎng)周期（低頻）共振。

圖3 阿拉善左旗M 5.8地震加速度反應(yīng)譜(a)巴彥木仁； (b)吉蘭泰； (c)烏海； (d)正誼關(guān)； (e)巴彥浩特； (f)五原； (g)包頭； (h)薛家灣Fig.3 Acceleration response spectra of Alax Zouqi M 5.8 earthquake

2.2 加速度傅氏譜

根據(jù)內(nèi)蒙古和寧夏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)39個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)記錄得到117條加速度傅氏譜，其中單峰值型和雙峰值型較少，多為多峰值型傅氏譜，可能是因?yàn)樗x臺(tái)站均為土層地震臺(tái)，頻率成分豐富（李永振，2011）。篇幅有限，在此不一一列出117條傅氏譜分析結(jié)果，只選出4個(gè)震中距較近的土層地震臺(tái)（巴彥木仁、吉蘭泰、烏海、巴彥浩特地震臺(tái)）加速度記錄進(jìn)行傅氏譜分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，震中距最近的巴彥木仁、吉蘭泰、烏海地震臺(tái)加速度譜峰值均處在5—14 Hz之間，尤其震中距分別為38.9 km和46.6 km的巴彥木仁臺(tái)和吉蘭泰臺(tái)，譜峰值變化不大（圖4）。

圖4 阿拉善左旗M5.8地震傅氏譜(a)巴彥木仁； (b)吉蘭泰； (c)烏海； (d)巴彥浩特Fig.4 Fourier spectrum of Alax Zouqi M 5.8 earthquake

2.3 地震動(dòng)衰減

利用獲取的地震臺(tái)站加速度峰值，畫(huà)出不同震中距加速度峰值變化曲線，見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，震中距約100 km，地震動(dòng)衰減變化不大，但超過(guò)100 km，隨著震中距增大，地震動(dòng)衰減變化較大，且垂直分量衰減較快，尤其震中距在400 km左右，地震動(dòng)衰減變化更大。

圖5 加速度峰值隨震中距的變化Fig.5 The change of peak acceleration with distance

3 地震烈度分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗發(fā)生M 5.8地震后，內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局啟動(dòng)Ⅲ級(jí)地震應(yīng)急響應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合工作隊(duì)深入災(zāi)區(qū)，對(duì)阿拉善盟、鄂爾多斯市、烏海市和巴彥淖爾市的6個(gè)旗（區(qū)）共計(jì)72個(gè)調(diào)查點(diǎn)的房屋建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害調(diào)查，確定此次地震最高烈度為Ⅶ度，見(jiàn)表3和圖6(a)。由圖6(a)可見(jiàn)，等震線長(zhǎng)軸呈北東東走向分布，Ⅵ度及以上區(qū)域總面積約為5 030 km2，共涉及內(nèi)蒙古自治區(qū)6個(gè)旗、縣（區(qū)），包括阿拉善盟的阿拉善左旗、阿拉善經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、烏蘭布和沙產(chǎn)業(yè)生態(tài)示范區(qū)、鄂爾多斯市鄂托克旗、烏海市海勃灣區(qū)（表3）。此外，Ⅵ度區(qū)外的部分地區(qū)受到地震波及，個(gè)別居民點(diǎn)房屋有少量破壞。Ⅶ度區(qū)位于烏蘭布和沙產(chǎn)業(yè)生態(tài)示范區(qū)巴彥木仁蘇木和阿拉善左旗吉蘭泰鎮(zhèn)交界處。Ⅵ度區(qū)西自阿拉善左旗吉蘭泰鎮(zhèn)政府所在地，東至烏海市海勃灣區(qū)西部，北自烏蘭布和沙產(chǎn)業(yè)生態(tài)示范區(qū)巴彥木仁蘇木和平村南，南至茫來(lái)北。與國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心利用強(qiáng)震加速度記錄得出的儀器烈度值比較接近，見(jiàn)圖6(b)，其中巴彥木仁和吉蘭泰地震臺(tái)由強(qiáng)震數(shù)據(jù)得出的儀器烈度分別為6.2度和6.5度（表1），儀器烈度等震線長(zhǎng)軸也呈北東東走向分布，吉蘭泰臺(tái)附近儀器烈度基本可定為7度，與現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害評(píng)估定出的7度位置稍有偏差（表3）。儀器烈度由地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度回歸關(guān)系計(jì)算得出，比現(xiàn)場(chǎng)震害宏觀調(diào)查得出的地震烈度結(jié)果快速、及時(shí)，且地震烈度結(jié)果基本一致（最高為7度，大部分為6度），可以參考儀器烈度值進(jìn)行震后救援、指揮，提高震災(zāi)救援效率。儀器烈度與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)考察烈度有少許差入，可能與地質(zhì)結(jié)構(gòu)、儀器性能、場(chǎng)地響應(yīng)等有一定關(guān)系，有待更多的數(shù)據(jù)和地震實(shí)例來(lái)考證（崔建文，2007）。

圖6 阿拉善左旗M 5.8地震震中分布(a)現(xiàn)場(chǎng)考察地震烈度； (b)儀器地震烈度分布Fig.6 Intensity distribution of Alax Zouqi M 5.8 earthquake

表3 地震烈度值Table 3 Seismic intensity values

4 結(jié)論

2015年4月15日15時(shí)39分內(nèi)蒙古阿拉善左旗發(fā)生M 5.8地震，國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心接收內(nèi)蒙古和寧夏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)39組強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄，初步分析可以得出以下結(jié)論：①39個(gè)地震臺(tái)震中距在38.9—422.6 km，加速度峰值在0.7—170.3 cm/s2，最大水平加速度峰值為吉蘭泰臺(tái)東西分向170.3 cm/s2，最大豎向加速度峰值為巴彥木仁臺(tái)的105.5 cm/s2；②對(duì)強(qiáng)震數(shù)據(jù)進(jìn)行譜分析，多數(shù)臺(tái)兩個(gè)水平分量的反應(yīng)譜比較一致，主要分布在6—12 Hz，且加速度傅氏譜以多峰值為主；③隨著震中距增大，地震動(dòng)衰減加快，且垂直向衰減較快；④利用強(qiáng)震數(shù)據(jù)得到的儀器烈度值與現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害評(píng)估結(jié)果較為吻合，強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)的獲取能夠?yàn)闉?zāi)區(qū)救援指導(dǎo)工作及時(shí)提供參考數(shù)據(jù)。

實(shí)際震例是檢驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)和儀器性能的最佳機(jī)會(huì)，對(duì)強(qiáng)震數(shù)據(jù)的應(yīng)用和處理，對(duì)評(píng)價(jià)儀器工作性能和強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)及強(qiáng)震數(shù)據(jù)產(chǎn)出具有促進(jìn)意義。強(qiáng)震數(shù)據(jù)的積累和應(yīng)用，體現(xiàn)了強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)實(shí)效，今后應(yīng)更加重視強(qiáng)震觀測(cè)。

崔建文，李正光，趙云旭，等.2007年寧洱6.4級(jí)地震強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)記錄[J].地震研究，2007，30（4）：384-388.

何少林，閔祥儀，何新社，等.2002年12月17日玉門(mén)ML4.5地震的強(qiáng)震儀多條記錄資料分析[J].西北地震學(xué)報(bào)，2004，26（3）：274-279.

李山有.強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)技術(shù)[J].東北地震研究，2004，4 ：64-74.

李永振.遼寧海城M 4.3地震強(qiáng)震記錄分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32（6）：40-46.

Analysis of strong motion records of Alax Zuoqi M 5.8 earthquake

Yang Rui1)，Xie Quancai2)，Yang Cheng2)，Qian Liang2)，Li Jilong2)，Mao Guoliang1)，Wang Lichan1)and Liu Xin1)
1) Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China
2) Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration,Harbin 150080,China

One M 5.8 earthquake occurred in Alax Zouqi,Inner Mongolia on April 15,2015.There are 39 sets of strong motions recorded by National Strong Motion Network Center.According to the peak acceleration diagrams and instrument intensity map which obtained from the analysis of the response spectrum and the Fourier spectrum of the strong motion of Alax Zouqi M 5.8 earthquake,the maximum instrument intensity is 6.5 degree and the instrument intensity of the nearest station is 6.2 degree which are basically consistent with the epicenter intensity of 7 degree from site disaster assessment and most areas of 6 degree.And the similarity can fully refl ect the role and effect of the strong motion network construction.

strong motion record，the peak of acceleration，spectral analysis，seismic intensity

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.006

楊銳（1983—），女，河北懷來(lái)人，工程師，本科，主要從事地震監(jiān)測(cè)與速報(bào)工作。

E-mail： yangrui9811@eyou.com

中國(guó)地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專(zhuān)項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：20160504）；河北省地震局科技星火項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)： DZ20160407040）

本文收到日期：2015-10-30