溫瑞智

1) 中國哈爾濱150080中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室2) 中國哈爾濱150080中國地震局工程力學(xué)研究所

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我國強地震動記錄特征綜述*

溫瑞智1,2),*

1) 中國哈爾濱150080中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室2) 中國哈爾濱150080中國地震局工程力學(xué)研究所

本文概述了我國強地震動臺網(wǎng)的發(fā)展歷程，總結(jié)了唐山地震的強地震動記錄特征和2007年以來我國數(shù)字臺網(wǎng)獲取的強地震動記錄特征，重點分析了近年來發(fā)生的幾次典型破壞性地震的強地震動記錄特征．結(jié)果表明：我國近場地震動記錄體現(xiàn)了近場的方向性效應(yīng)、上/下盤效應(yīng)、速度脈沖、局部場地效應(yīng)等多樣性特征，可以進一步服務(wù)于地震工程領(lǐng)域的科學(xué)研究與工程應(yīng)用．

唐山地震 強地震動記錄 近場特征 工程應(yīng)用

引言

強地震動記錄可以用來分析峰值、持時和頻譜特征，因此研究地震的震源機制、地震波的傳播路徑、局部場地條件等對地震動的影響，可以為地震動參數(shù)區(qū)劃圖和行業(yè)抗震設(shè)計規(guī)范的編制與修訂提供依據(jù)．1933年3月10日美國長灘MW6.4地震共有3個強震臺站被觸發(fā)(Trifunac，2008)，其中長灘臺站的垂向最大加速度記錄峰值達(dá)到279 cm/s2，處理后的速度和位移分別為29.5 cm/s和26.4 cm．長灘記錄被認(rèn)為是地震工程領(lǐng)域的第一條真正意義上的強地震動加速度記錄，雖然此次地震獲得的強地震動記錄不能用來反演震源特征，但因其觀測點位于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)，因而具有十分重要的工程應(yīng)用價值．

從1976年7月28日唐山MS7.8地震及其余震序列中，我國華北強地震動臺網(wǎng)獲得了一批模擬強地震動記錄，這些記錄為我國早期強地震動數(shù)據(jù)的處理分析、強地震動臺網(wǎng)的規(guī)劃、抗震設(shè)計等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其影響深遠(yuǎn)(郭玉學(xué)等，1981；謝禮立，于雙久，1982；劉恢先，1986)．經(jīng)過40年的發(fā)展，我國強地震動臺網(wǎng)規(guī)模和儀器系統(tǒng)等均有了巨大的發(fā)展(高光伊等，2001；周雍年，2001；李山有等，2003；Lietal，2008；盧大偉，李小軍，2008)．

本文擬結(jié)合我國強地震動臺網(wǎng)的發(fā)展歷程，重新分析唐山地震中獲得的模擬強地震動記錄，并總結(jié)我國數(shù)字強地震動臺網(wǎng)自2007年運行以來近10年的強震動記錄特征，為強地震動記錄的進一步應(yīng)用提供基礎(chǔ)信息．

1 模擬強地震動記錄

1.1 模擬強地震動臺網(wǎng)

劉恢先(1958)將“強地震記錄的積累”作為“地震力理論”研究的首要基礎(chǔ)工作，為我國開展強地震動觀測指明了方向．1959年廣東省新豐江大壩附近發(fā)生了系列地震，中國科學(xué)院土木建筑研究所(中國地震局工程力學(xué)研究所的前身)在該大壩壩體布設(shè)強地震動觀測儀器，于1962年獲得了我國首條強地震動記錄．1966年3月8日邢臺MS6.8地震后，中國科學(xué)院土木建筑研究所開創(chuàng)了我國強地震動流動觀測工作．至1971年底，國家地震局提出強地震動觀測也要為震源機制等研究服務(wù)，并著手編制相應(yīng)的強震觀測技術(shù)規(guī)程．1973年建成南京長江大橋強地震動監(jiān)測臺陣，并在1979年8月溧陽MS6.0地震中取得了完整的強地震動記錄．20世紀(jì)90年代，通過中美強地震動觀測合作計劃，我國建設(shè)了唐山實驗臺陣、八寶山存放臺陣、滇西試驗場臺陣、康定鮮水河斷裂臺陣等(周雍年，2011)．

“八五”期間，國家地震局對全國強地震動臺網(wǎng)的布局予以調(diào)整，觀測對象由自由場地擴展到水工結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)等重大工程，同時也重點開展了局部場地條件對地震動影響的觀測，注重數(shù)字磁帶記錄強震儀的研發(fā)和數(shù)字強地震動觀測數(shù)據(jù)的管理．“九五”期間，中國地震局開始進行“中國數(shù)字地震觀測”系統(tǒng)的數(shù)字強地震動臺網(wǎng)建設(shè)，改造全國強地震動觀測臺網(wǎng)，并推進“首都圈防震減災(zāi)示范區(qū)”系統(tǒng)工程、固態(tài)強震儀的研制與開發(fā)、“地震強度(烈度)監(jiān)測速報”系統(tǒng)研制、響堂局部場地條件臺陣擴建等工作．至2000年底，我國共建成了283個強地震動臺站，布設(shè)了366臺強地震動儀器，臺站主要分布在華北的首都圈地區(qū)、西南的川滇地區(qū)和西北的新甘青地區(qū)以及東南沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)(高光伊等，2001)．在此期間，模擬觀測儀器主要為光記錄式、模擬磁帶式、數(shù)字磁帶式和極少數(shù)量的固態(tài)存儲式．

1.2 模擬強地震動記錄特征

圖1 截至2002年我國模擬強地震動臺網(wǎng)時期的單分量強地震動記錄數(shù)量(修改自高光伊等，2001和Tao et al，2005)

模擬記錄是對強地震動儀記錄膠片等介質(zhì)進行數(shù)字化處理而形成的加速度記錄．從1976年唐山MS7.8地震中，華北強地震動臺網(wǎng)獲得了一批主震及余震的強地震動記錄，中國科學(xué)院工程力學(xué)研究所(中國地震局工程力學(xué)研究所的前身)啟用強地震動記錄數(shù)字化處理設(shè)備，于1978年公布了第一批數(shù)字化的強地震動記錄(中國科學(xué)院工程力學(xué)研究所，1978)；此后，《中國強震記錄匯報》陸續(xù)出版．截至2002年，我國共累積了3255條單分量強地震動記錄，絕大多數(shù)為模擬記錄，其中自由場地記錄2143條，結(jié)構(gòu)臺陣記錄1112條，水平向最大峰值地面加速度(peak ground acceleration，簡寫為PGA)為541.7 cm/s2，垂向最大PGA為528.2 cm/s2，單分量PGA與記錄數(shù)量之間的關(guān)系如圖1所示．

我國在強地震動觀測早期主要注重結(jié)構(gòu)臺陣的建設(shè)，2002年前的強地震動記錄中結(jié)構(gòu)臺陣記錄所占比例較大(約32%)，約75%的PGA<50 cm/s2，而且能夠獲得較多強地震動記錄的地震數(shù)量也十分有限，難以滿足工程和科學(xué)研究的需要．鑒于我國強地震動臺網(wǎng)密度不高，不能覆蓋所有的地震區(qū)，所以流動觀測成為模擬時期獲取強地震動記錄的重要手段，一些典型的記錄均是由流動觀測所獲取的．

2 唐山地震的強地震動記錄

1966年3月8日河北邢臺發(fā)生MS6.8地震，該地震造成了重大的經(jīng)濟損失．此后，我國開始重視華北地區(qū)強地震動觀測臺網(wǎng)的建設(shè)，至1976年7月28日唐山MS7.8地震前，華北地區(qū)共建有強地震動觀測臺站23個．在唐山主震中，布設(shè)于北京飯店、呼家樓、三里河、密云水庫、官廳水庫、馮村橋和紅山的強地震動臺站(陣)被觸發(fā)并獲得了58條單分量有效記錄. 除紅山臺站為自由場地臺站外，其余臺站均為結(jié)構(gòu)臺站(劉恢先，1986)．為彌補唐山地震近場強地震動臺站的不足，在主震震中附近增設(shè)了5個流動臺站，與固定臺站共同組成了觀測臺網(wǎng)(圖2)．1976年7月28日18時45分灤縣MS7.1余震中，有5個強震臺站被觸發(fā)并獲得了45條單分量記錄；1976年11月15日寧和MS6.9余震中，有9個強震臺站被觸發(fā)并獲得了72條單分量記錄．截至1976年10月1日，共有16個強震臺站獲得163條單分量強地震動記錄，共記錄到134次余震，其中M5.0—5.9余震19次，M4.0—4.9余震87次，M3.0—3.9余震28次．

圖2 唐山地震序列附近的強地震動觀測臺網(wǎng)和地震分布(余震截至1976年10月1日)

圖3 唐山地震序列的強地震動記錄 結(jié)構(gòu)臺陣的PGA選用的是地表強地震動臺站記錄值

從唐山地震序列中獲取的強地震動記錄雖然較少，尤其是近場強地震動記錄，但仍體現(xiàn)了地震動的一些基本特征．強地震動記錄水平向PGA隨震級及震中距Δ的變化如圖3所示. 可以看出，相同震中距的震級變化對PGA的影響并不明顯，這可能與較為粗糙的震級分檔有關(guān)，相近震級的PGA隨震中距增大有減小的趨勢．對唐山地震序列而言，局部場地條件對地震動幅值的影響顯著，例如，土層覆蓋的馮村橋臺與基巖地面上的紅山臺的主震記錄相比，前者水平向PGA為后者的2.4倍，垂向為2.2倍，反映了局部場地對地震動的放大效應(yīng)．局部場地條件對強地震動記錄的頻譜特性也有顯著影響，強地震動記錄的卓越頻率隨場地覆蓋土層變軟而降低，例如，1976年8月8日唐山ML5.5余震中位于石灰?guī)r上的唐山機場強地震動臺站獲得的記錄與覆蓋土層上的唐山水泥廠強地震動臺站的記錄相比，前者的卓越頻率明顯高于后者．另外，北京飯店強地震動觀測臺陣獲得的唐山MS7.8主震記錄的加速度反應(yīng)譜與其獲得的1978年11月15日寧河MS6.9地震的加速度反應(yīng)譜的對比顯示，前者的長周期段幅值低于后者，這體現(xiàn)了不同震源機制對地震動特征的影響(郭玉學(xué)等，1981)．

模擬時期的強地震動記錄為我國抗震規(guī)范的制定與修編提供了基礎(chǔ)資料，并為結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析提供了可選用的地震動輸入．遷安灤河橋流動基巖臺站獲得的1976年8月31日遷安ML5.8余震強地震動記錄(簡稱為“遷安記錄”，圖4a)和布設(shè)于軟土場地的天津醫(yī)院強地震動臺站獲得的1976年11月15日寧河MS6.9余震強地震動記錄(簡稱為“寧河記錄”，圖4b)被廣泛用于結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析和振動臺試驗中．然而，從目前地震動的認(rèn)知水平來看，以上兩組強地震動記錄不建議作為結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析的典型輸入波形．遷安記錄的地震震級為ML5.8，距離震中13.5 km，包含近場的高頻成分，受限于中小地震的破裂范圍，其長周期成分缺失，且由于模擬儀器的觸發(fā)特點，處理后的記錄顯示出了“丟頭現(xiàn)象”．寧河記錄的兩個水平分量的加速度時程均有長周期大脈沖，水平分量的加速度反應(yīng)譜在長周期(大約1.0 s)有明顯的峰值，且顯著高于垂向分量的加速度反應(yīng)譜，這是由于軟土場地對長周期記錄的顯著放大作用所致．應(yīng)該注意到，獲取寧河記錄的強地震動傳感器安裝在一座7層裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的一層地面上，按現(xiàn)行的有關(guān)強地震動臺站建設(shè)的要求來看，該記錄受到土-結(jié)構(gòu)相互作用的影響，不宜作為自由場地的典型記錄．

圖4 遷安記錄(a)和寧河記錄(b)的加速度時程(上)及其相應(yīng)的加速度反應(yīng)譜(下)

3 數(shù)字強地震動記錄

3.1 國家數(shù)字臺網(wǎng)

“十五”期間我國完成了新一代“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)工程”項目中的數(shù)字強地震動臺網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，主要包括固定強地震動臺網(wǎng)、大城市地震動強度(烈度)速報臺網(wǎng)、強地震動專用臺陣、強地震動流動觀測臺網(wǎng)、國家強震動臺網(wǎng)中心及區(qū)域強震動臺網(wǎng)中心，共建有1 154個固定強地震動觀測臺站、310個烈度速報臺站、5個速報中心、10個強地震動專用臺陣和5個強地震動存放臺陣(盧大偉，李小軍，2008)．臺站主要布設(shè)在21個全國地震重點監(jiān)視防御區(qū)，大幅度提高了防御區(qū)內(nèi)固定強地震動觀測臺網(wǎng)的密度及獲取近場強地震動記錄的能力，加快了我國強地震動觀測記錄的積累．

“十一五”期間，在現(xiàn)有的國家數(shù)字強地震動觀測臺網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，依據(jù)全國地震重點監(jiān)視防御區(qū)的判定結(jié)果，實施了地震背景場項目，增設(shè)了一批強地震動觀測臺站以加強對地震重點監(jiān)視防御區(qū)的觀測，并在首都圈和蘭州地區(qū)分別建設(shè)80個預(yù)警強地震動臺站，形成東部和西部預(yù)警強地震動臺網(wǎng)，為“強地震動預(yù)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示范”工程的建設(shè)提供試驗平臺．目前我國數(shù)字強地震動臺網(wǎng)中自由場地強地震動臺站的分布如圖5所示．

圖5 我國數(shù)字強地震動臺網(wǎng)(修改自Li et al, 2008；周雍年，2011；Wen et al，2014)

除了國家數(shù)字臺網(wǎng)作為我國強地震動觀測的骨干臺網(wǎng)，地方政府、相關(guān)行業(yè)、企業(yè)也開始重視區(qū)域強地震動臺網(wǎng)(陣)的建設(shè)．《中華人民共和國防震減災(zāi)法》第十九條規(guī)定: “水庫、油田、核電站等重大建設(shè)工程的建設(shè)單位，應(yīng)當(dāng)按照國家有關(guān)規(guī)定，建設(shè)專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)或者強震動監(jiān)測設(shè)施”(中華人民共和國第十一屆全國人民代表大會常務(wù)委員會，2009)，至此區(qū)域性臺網(wǎng)也逐步成為我國數(shù)字強地震動臺網(wǎng)的必要補充部分，促進了強地震動記錄的積累．

3.2 數(shù)字強地震動記錄特征

我國強地震動觀測進入數(shù)字時期不過10年，但其記錄數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國30余年的模擬記錄數(shù)量，且數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯提高．依據(jù)《中國強震記錄匯報》系列資料，自2007到2014年底，我國數(shù)字強地震動臺網(wǎng)共獲得三分量記錄6500余組，其中結(jié)構(gòu)臺陣記錄30余組(中國地震局震害防御司，2009，2012，2014)．這些強地震動記錄來源于約1000次的M2.0—8.0地震，其中2008年汶川MS8.0地震和2013年蘆山MS7.0地震的記錄占較大比例．蘆山地震中，距震中10 km的寶興地辦臺(051BXD)記錄到的東西分量PGA高達(dá)1005.3 cm/s2，這是我國首次獲得的超過1000 cm/s2的強地震動記錄．

我國強地震動記錄數(shù)量較大(圖6a)，記錄的震中距分布范圍廣泛，且大多來自于南北地震帶和天山地震帶，東部地區(qū)獲得的記錄較少．震中距Δ>200 km的記錄較多；中小震級(M<6.0)的記錄數(shù)量遠(yuǎn)超過較大震級(M≥6.0)；PGA<10 cm/s2的記錄所占的比例較高，PGA>100 cm/s2的記錄則相對較少；Δ<10 km的近場記錄且PGA>100 cm/s2的記錄較少. 由于數(shù)字觀測儀器的分辨率大幅提高，有效記錄分布范圍擴大，中小地震及遠(yuǎn)震

圖6 強地震動記錄PGA與震中距Δ的關(guān)系(上)以及震級檔數(shù)量的分布(下)(a) 中國2007—2014年記錄；(b) 美國下一代地震動衰減關(guān)系數(shù)據(jù)庫(NGA-West1)記錄

地震動均可獲得有效的記錄，促進了記錄數(shù)量的快速積累，如汶川地震記錄中最遠(yuǎn)的震中距Δ>1000 km，蘆山地震記錄最遠(yuǎn)的震中距接近800 km．為體現(xiàn)我國強地震動記錄的特點，將其與美國下一代地震動衰減關(guān)系數(shù)據(jù)庫(NGA-West1)記錄(圖6b)進行對比, 可以看出：我國強地震動記錄多來源于中小震，PGA值較小，且震中距分布范圍較廣；而NGA數(shù)據(jù)庫的強地震動記錄多來源于破壞性地震，且強地震動記錄經(jīng)過廣泛選取和統(tǒng)一處理后，記錄的PGA值普遍較大，多數(shù)記錄的震中距Δ<200 km．另外，NGA數(shù)據(jù)庫的強地震動記錄覆蓋了世界上多個地區(qū)的地震，具有很好的區(qū)域代表性，其更適用于工程應(yīng)用．

4 典型地震動特征分析

近年來，我國發(fā)生了數(shù)次破壞性大地震，包括2008年5月12日汶川MS8.0，2013年4月20日蘆山MS7.0，2014年8月3日魯?shù)镸S6.5，2014年10月7日景谷MS6.6等地震. 在這些地震及其余震中，我國數(shù)字臺網(wǎng)均獲得了一批有研究價值的強地震動記錄，為研究地震動特征提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．

4.1 2008年5月12日汶川MS8.0地震臺陣(圖7)．汶川主震中，臺站觸發(fā)范圍廣，甚至觸發(fā)了位于江蘇省和山東省的部分臺站，龍門山斷裂帶附近的50多個臺站均獲得了PGA>100 cm/s2的加速度記錄，其中46組記錄的斷層距在100 km以內(nèi)(Wenetal，2014)．2008年5月12日—9月12日的余震觀測中，共有383次余震觸發(fā)了固定臺站，并獲得了2 026組三分量加速度記錄，正式發(fā)布了其中PGA>10 cm/s2的701組記錄．與唐山地震類似，汶川主震發(fā)生后中國地震局開展了強地震動流動觀測，在2008年5月13日—10月10日的949次余震中共捕獲了3250組三分量加速度記錄，正式發(fā)布了其中的2739組記錄(Wenetal，2014)．

汶川地震中19個省、市、自治區(qū)的455個臺站獲得了主震加速度記錄，其中420個臺站獲得了震相完整的記錄，包括402個固定自由場地臺站、1個地形影響臺陣和2個結(jié)構(gòu)

圖7 汶川主震觸發(fā)的強地震動臺站(三角形)分布圖

汶川地震的震源破裂過程復(fù)雜，包括5個主要的能量釋放階段. 震后14—34 s，第二次釋放能量約占全部地震釋放能量的60%；震后43—58 s，第四次釋放能量約占總能量的17%．這種多次集中破裂的震源過程清晰地反映在強地震動記錄中，從汶川臥龍臺(051WCW)記錄(圖8)可以看出，加速度時程存在兩個明顯的波包，且后一個波包的加速度峰值小于前者，兩者之間相差25 s左右，體現(xiàn)了這兩次主要破裂．

汶川地震為典型的單側(cè)破裂，由震源向NE方向破裂，近場地震動的峰值、反應(yīng)譜和持時均表現(xiàn)出明顯的破裂方向性特征(Lietal，2008；胡進軍，謝禮立，2011)；該地震的宏觀地震烈度圖中的等震線呈紡錘狀，長軸沿NE方向，極震區(qū)主要位于震中的NE方向，震中NE方向等值線面積遠(yuǎn)大于SW方向，這在地震高烈度區(qū)尤為明顯．

圖8 汶川臥龍臺(051WCW)記錄的汶川主震加速度時程

汶川地震中近斷層地震動的峰值、頻譜和持時也表現(xiàn)出明顯的上/下盤效應(yīng)(Liu，Li，2009)．近斷層地震動PGA的上/下盤效應(yīng)顯著，上盤PGA明顯高于PGA的統(tǒng)計均值，約放大0.8—1.2倍. 上/下盤效應(yīng)對峰值地面速度(peak ground velocity，簡寫為PGV)和峰值地面位移(peak ground displacement，簡寫為PGD)的影響并不明顯, 其對反應(yīng)譜的影響主要體現(xiàn)在短周期段(T<0.5 s)，且隨著周期增大有減弱的趨勢. 上盤加速度記錄三個分量的持時明顯小于持時的統(tǒng)計均值(王棟，2010)．

圖9 汶川地震中場地反應(yīng)非線性程度指數(shù)DNL 與PGA的線性回歸曲線，虛線為DNL 臨界值(引自任葉飛，2014)

汶川地震中局部場地條件對地震動特征的影響顯著．遠(yuǎn)離震中的渭河盆地為典型的遠(yuǎn)震烈度異常區(qū)，沿渭河盆地邊緣形成的Ⅶ度烈度異常區(qū)與盆地邊緣效應(yīng)密切相關(guān)；盆地中覆蓋土層對地震動也有顯著的放大效應(yīng)(王海云，2011)．位于Ⅵ度區(qū)域內(nèi)遠(yuǎn)離震中的漢源縣城在汶川地震中遭受到了嚴(yán)重破壞，薄景山等(2009)的研究表明背后山滑坡的復(fù)活、特殊土層結(jié)構(gòu)的放大等場地條件的影響是引起烈度異常的主要原因．汶川地震中部分臺站的場地反應(yīng)出現(xiàn)了顯著的非線性現(xiàn)象，任葉飛(2014)利用非線性程度指數(shù)(degree of nonlinearity，簡寫為DNL)描述了場地在強震下的非線性程度，并統(tǒng)計了該指數(shù)與PGA的相關(guān)性，結(jié)果顯示其回歸相關(guān)系數(shù)R=0.65，如圖9所示，因此，汶川地震中場地反應(yīng)的非線性程度指數(shù)閾值可定為8.0．

汶川強地震動記錄成為我國數(shù)字強地震動觀測時期的標(biāo)志性記錄，汶川強地震動特征的研究成果已在地震領(lǐng)域相關(guān)期刊上陸續(xù)出版，其中Klinger等(2010)文章介紹了美國地震學(xué)會會刊專輯的主要研究內(nèi)容．

4.2 2013年4月20日蘆山MS7.0地震

蘆山主震獲得的三分量自由場地強地震動記錄共114組，其中四川省83組、云南省21組、陜西省8組和甘肅省2組，云南省地震局減災(zāi)大樓獲得了結(jié)構(gòu)臺陣記錄，成都市地震烈度速報網(wǎng)絡(luò)也獲得了63組記錄，其中斷層距不超過100 km的記錄達(dá)79組(溫瑞智等，2013a)．蘆山主震過后，其余震活動十分頻繁，截至2013年7月6日累計獲得的余震記錄共有1100余組．

任葉飛等(2014)的統(tǒng)計結(jié)果表明，蘆山地震記錄的PGA與中國西南地區(qū)地震動預(yù)測方程所給出的預(yù)測值較為一致，但高于四川盆地和青藏地區(qū)地震動預(yù)測方程給出的預(yù)測值．蘆山地震記錄的顯著持時大于全球預(yù)測模型和美國加州地區(qū)預(yù)測模型給出的預(yù)測值；同樣括弧持時也大于全球預(yù)測模型給出的預(yù)測值，且衰減速度相對較慢．

雖然蘆山地震的近場記錄相對汶川地震較少，但也表現(xiàn)出明顯的上/下盤效應(yīng). 上盤水平和垂直分量的PGA均明顯高于近場區(qū)域PGA的統(tǒng)計均值，僅有垂直分量的PGV明顯高于近場區(qū)域PGV的統(tǒng)計均值；上盤短周期加速度反應(yīng)譜相對其平均水平放大趨勢十分明顯，而中長周期的加速度反應(yīng)譜并未出現(xiàn)明顯的放大，僅略高于或接近其平均水平，故蘆山記錄的上/下盤效應(yīng)比汶川地震顯著(王棟，2010; Wen，Ren，2014)．

蘆山地震中部分記錄受局部場地條件的影響顯著．《地震臺站建設(shè)規(guī)范----強震動臺站》中明確規(guī)定“固定臺站宜布設(shè)在自由場地上，臺站應(yīng)避開局部地形起伏變化大的地點”(中國地震局，2006)．寶興地辦臺的觀測環(huán)境如圖10所示，該臺站位于坡度較大的陡坎上，特殊的選址造成了局部地形影響．溫瑞智等(2013b)通過現(xiàn)場背景噪聲的測試與分析以及震害考察，驗證了地形效應(yīng)是導(dǎo)致該臺站記錄PGA>1000 cm/s2的原因．

圖10 寶興地辦臺(051BXD)觀測環(huán)境示意圖，1，2，3為脈動測試點

蘆山主震震源破裂過程及余震的精確定位均表明蘆山主震震源無明顯的破裂方向性(張勇等，2013)，但2013年4月20日11時34分、2013年4月21日4時53分以及2013年4月21日17時5分的3次蘆山MS5.4余震均表現(xiàn)出顯著的方向性效應(yīng)(Wenetal, 2015)．基于這3次余震觀測記錄的PGA和PGV值反演了3次余震的震源破裂參數(shù)，結(jié)果顯示4月20日11時34分和4月21日4時53分的兩次余震震源主要沿SE側(cè)破裂，而4月21日17時5分的余震震源的破裂略偏向NE側(cè)，近似為均勻破裂，表明中小震震源的破裂也存在顯著的方向性(Wenetal，2015)．

4.3 2014年8月3日魯?shù)镸S6.5地震

魯?shù)榈卣鸸搏@得三分量自由場地強地震動記錄70組，包括四川省28組和云南省42組，云南省地震局減災(zāi)大樓獲得了結(jié)構(gòu)臺陣記錄．震中附近觸發(fā)的臺站分布較為稀疏，震中距50 km內(nèi)僅捕獲7組主震記錄．此次地震中最大的PGA記錄由震中距不足10 km的龍頭山鎮(zhèn)臺(053LLT)所獲得，該記錄EW，NS和UD分量的PGA分別為949.1，705.9和504.4 cm/s2，與蘆山地震中寶興地辦臺記錄的PGA相近，但龍頭山鎮(zhèn)臺記錄的低頻成分更明顯，卓越頻率為2.5 Hz左右，遠(yuǎn)低于寶興地辦臺記錄的卓越頻率(約為10 Hz)(冀昆等，2014)．采用Shahi和Baker (2014)提出的脈沖地震動判斷方法識別脈沖記錄，兩個水平分量的脈沖指標(biāo)均為1.0，表明龍頭山鎮(zhèn)臺的水平分量記錄為典型的脈沖地震動. 利用小波變換法提取速度時程中的長周期脈沖信號，如圖11所示，由此推斷速度脈沖是造成臺站周圍建筑物損毀嚴(yán)重的重要原因之一．

圖11 龍頭山鎮(zhèn)臺(053LLT)記錄的速度時程及提取的速度脈沖(紅線)

4.4 2014年10月7日景谷MS6.6地震

景谷地震共獲得三分量自由場地強地震動記錄39組，其中震中附近的景谷永平臺(053JYP)獲得了PGA>600 cm/s2的記錄．景谷地震和魯?shù)榈卣鹁鶠樽呋屏亚艺鸺壪嘟?，但兩次地震震中附近的破壞程度差異顯著：魯?shù)榈卣鹫鹬?龍頭山鎮(zhèn))房屋損毀嚴(yán)重，房屋局部倒塌現(xiàn)象普遍，基本無法修復(fù)，宏觀烈度為Ⅸ度；景谷地震震中破壞也較嚴(yán)重，但房屋倒塌現(xiàn)象較少，大部分房屋修理后可繼續(xù)使用，宏觀烈度為Ⅷ度．

圖12 景谷地震與魯?shù)榈卣鹩涗浀陌⒗飦喫?Arias)強度IA對比

圖12為景谷、魯?shù)閮纱蔚卣鹩涗浀陌⒗飦喫?Arias)強度IA的對比. 可以看出，以Travasarou等(2003)統(tǒng)計的B類場地IA衰減關(guān)系作為參考，除近場區(qū)域部分臺站高于預(yù)測中位值外，其余均低于預(yù)測中位值，魯?shù)榈卣疬h(yuǎn)場記錄的IA低于-1倍標(biāo)準(zhǔn)差的中位值，這與兩次地震震害均集中于近場區(qū)域的實際調(diào)查結(jié)果是一致的(冀昆等，2014)．景谷地震中景谷永平臺的震中距約為10 km，與魯?shù)榈卣鹬旋堫^山鎮(zhèn)臺的震中距相近，但相應(yīng)的強地震動記錄的IA卻分別為171.73 cm/s和619.54 cm/s，相差近4倍；景谷地震中震中距約20 km的益智臺(053JYZ)和鉛廠臺(053QQC)記錄的IA分別為11.66 cm/s和26.38 cm/s，相差一倍多，震害調(diào)查也表明魯?shù)榈卣鸾鼒鰠^(qū)域的破壞要比景谷地震嚴(yán)重．

5 討論與結(jié)論

本文結(jié)合地震實例，總結(jié)了我國地震動特征研究的新進展．“十五”期間國家數(shù)字強地震動臺網(wǎng)的建成提高了我國強地震動觀測水平，近十年來獲得的高質(zhì)量強地震動記錄正在逐步改善基礎(chǔ)觀測資料匱乏的現(xiàn)狀．通過數(shù)據(jù)共享方式，利用汶川地震、蘆山地震、魯?shù)榈卣鸺熬肮鹊卣鹬械膹姷卣饎佑涗浬钊胙芯苛私鼒鰪姷卣饎犹卣鳌⑻接懻鹪礄C理及解釋震害等．研究結(jié)果表明，我國近場地震動記錄體現(xiàn)了近場的方向性效應(yīng)、上/下盤效應(yīng)、速度脈沖、局部場地效應(yīng)等特征，可以進一步服務(wù)于地震工程領(lǐng)域的科學(xué)研究與工程應(yīng)用．

震源、地震波傳播路徑及局部場地條件仍是認(rèn)識地震動特征的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)對每一次地震的強地震動記錄進行深入分析，以進一步研究近場地震動特性、地震動與震害相關(guān)性、地震致災(zāi)機理等．例如，蘆山地震余震表現(xiàn)出的方向性效應(yīng)，揭示了中小地震震源不均勻的破裂過程，這對利用點源表示中小地震震源的可行性提出了新的研究課題．

從工程應(yīng)用角度來看，諸多新型、重大工程的設(shè)計對強地震動記錄的選取與應(yīng)用提出了新的要求．合理有效地利用強地震動觀測記錄，采取適當(dāng)?shù)姆趴s方法以及制定合理的目標(biāo)譜來滿足結(jié)構(gòu)抗震分析的需要，已成為工程地震領(lǐng)域和結(jié)構(gòu)抗震分析領(lǐng)域亟需解決的問題，因此應(yīng)建立記錄質(zhì)量評價方法體系，以抗震設(shè)計反應(yīng)譜為目標(biāo)給出滿足一定抗震設(shè)防要求的記錄選取方法，實現(xiàn)建筑物抗震設(shè)計要求．

強地震動數(shù)據(jù)的質(zhì)量是保障開展地震動特征分析的前提．隨著我國強地震動記錄數(shù)量的迅速增加，其記錄質(zhì)量已成為目前系統(tǒng)運行中重點關(guān)注的問題(盧大偉，2015)，例如：近年來規(guī)范和統(tǒng)一了強地震動觀測自由場地臺站的方向性、極性等觀測中的基本問題，保證了數(shù)據(jù)的一致性；在強地震動觀測室內(nèi)儀器墩面位置安裝加速度傳感器方位角的永久標(biāo)志，方便方位角普查校正及維修更換設(shè)備時北方位的識別；重視臺站基礎(chǔ)資料的整理，通過臺站的鉆孔資料，地質(zhì)、地貌數(shù)據(jù)以及臺站記錄的地震動反應(yīng)譜等來描述場地特征，解決了場地資料匱乏的窘迫現(xiàn)狀．這些措施有效地提高了我國強地震動記錄的質(zhì)量，推動了我國強地震動數(shù)據(jù)的工程應(yīng)用．

中國地震局工程力學(xué)研究所謝禮立院士對本文撰寫給予了指導(dǎo)，審稿專家對本文提出了修改意見，中國地震局工程力學(xué)研究所強震動臺網(wǎng)中心提供了強震動觀測數(shù)據(jù)，作者在此一并表示感謝．

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A review on the characteristics of Chinese strong ground motion recordings

Wen Ruizhi1,2),*

1)KeyLaboratoryofEarthquakeEngineeringandEngineeringVibration，ChinaEarthquakeAdministration，Harbin150080，China2)InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，Harbin150080，China

The strong ground motion recordings from theMS7.8 Tangshan earthquake on 28 July，1976 and its aftershocks started the process of Chinese analog strong motion recordings and its application to engineering in China. This paper reviewed the history of the Chinese strong ground motion network，and the general characteristics of strong ground motion recordings. Firstly，this paper revaluated the typical analog strong ground motion recordings from the Tang-shan earthquake sequence，and then summarized the characteristics of strong ground motion recordings from the digital strong motion observation network since 2007. And then this paper analyzed the basic characteristics of strong ground motion recordings from several destructive earthquakes occurred in recent years. The results show that the near-field ground motion recordings reflect the near-field characteristics of directivity effect，the hanging wall/footwall effect，the pulse-like effect，and local site effect. The variations of these strong ground motion recordings lead us to enhance the research，including the near-field strong motion characteristics，the relationship between ground motion and damage，in order to meet the requirement of the further scientific research and engineering application.

Tangshan earthquake; strong ground motion recordings; near-field characteristic; engineering application

10.11939/jass.2016.04.003.

綜 述

地震行業(yè)科研專項(201508005)、黑龍江省科技基金項目(LC2015022)和國家科技與支撐計劃課題(2014BAK03B01)共同資助.

2016-03-09收到初稿，2016-05-31決定采用修改稿.

10.11939/jass.2016.04.003

P315.9

A

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*通訊作者 e-mail: ruizhi@iem.ac.cn