胡進(jìn)軍 孫 健 劉 琎

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四川九寨溝S7.0地震的地震動(dòng)分布和衰減特征初步分析1

胡進(jìn)軍 孫 健 劉 琎

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150080）

2017年8月8日在四川阿壩州九寨溝縣發(fā)生了S7.0地震，這是繼2008年四川汶川S8.0地震和四川蘆山S7.0地震后在此地區(qū)發(fā)生的又一強(qiáng)震。本研究對(duì)此次地震中的66組主震記錄進(jìn)行了常規(guī)校正處理，基于此分析了此次地震中典型臺(tái)站——九寨百合臺(tái)站的地震動(dòng)特征，并通過地震動(dòng)的峰值加速度、反應(yīng)譜參數(shù)分析了近場(chǎng)效應(yīng)特征。研究結(jié)果表明：九寨百合臺(tái)站的三分量峰值加速度都超過了100 gal，而地震動(dòng)持時(shí)相對(duì)較短，并且三分量反應(yīng)譜在短周期大于Ⅷ度多遇地震設(shè)計(jì)譜，小于Ⅷ度罕遇地震設(shè)計(jì)譜；由于九寨溝地震屬于典型的走滑型地震，因此地震動(dòng)參數(shù)的方向性特征不明顯；九寨溝地震的地震動(dòng)的峰值加速度以及反應(yīng)譜譜值小于同等震級(jí)的蘆山地震，并且小于幾個(gè)典型衰減關(guān)系的預(yù)測(cè)值。對(duì)九寨溝地震的地震動(dòng)參數(shù)特征研究表明，此次地震是一次震級(jí)較大、但災(zāi)害損毀程度較低的地震。

四川九寨溝地震 地震動(dòng)分布場(chǎng) 近場(chǎng)效應(yīng) 峰值加速度 反應(yīng)譜

引言

2016年8月8日21時(shí)19分在四川阿壩州九寨溝縣（33.20°N，103.82°E）發(fā)生了S7.0地震，震源深度20km。此次地震發(fā)生地區(qū)地處青藏高原東緣、巴顏喀拉地塊東北邊界，此處斷裂分布復(fù)雜，發(fā)震斷層面呈北西向分展布，是一次以走滑型為主的地震（中國(guó)地震局地球物理研究所，2017）。此次地震的最大烈度為Ⅸ度，Ⅵ度區(qū)及以上總面積為18295km2，共造成四川省、甘肅省8個(gè)縣受災(zāi)（新浪網(wǎng)，2017）。根據(jù)報(bào)道，截至8月13日14時(shí)40分，此次地震死亡人數(shù)達(dá)到25人（中國(guó)青年網(wǎng)，2017）。

本文將從典型臺(tái)站的地震動(dòng)特征、地震動(dòng)方向性特征和上盤效應(yīng)特征、地震動(dòng)參數(shù)的衰減關(guān)系等方面對(duì)此次地震進(jìn)行分析。

1 強(qiáng)震動(dòng)記錄

九寨溝地震后國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心迅速公布了獲得的三分量自由場(chǎng)地記錄66組，震中距為32.2—628.3km，圖1給出了66個(gè)臺(tái)站的分布圖。其中九寨百合（51JZB）臺(tái)站震中距32.2km，記錄到的東西、南北和豎向三分量的峰值加速度分別為129.5gal、185.0gal和124.7gal，計(jì)算儀器烈度為6.2度（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2017）。表1給出了不同距離范圍內(nèi)的臺(tái)站數(shù)量及其所占比例。此次地震的震源深度為20km，根據(jù)陳運(yùn)泰研究小組提供的震源機(jī)制信息可知，此次地震破裂面走向151°，傾角83°，矩震級(jí)W6.5，圖2給出了有限斷層模型（中國(guó)地震局地球物理研究所，2017）。

表1 不同距離范圍內(nèi)臺(tái)站數(shù)量及其所占比例

圖1 臺(tái)站分布圖

圖2 有限斷層模型

2 典型臺(tái)站的地震動(dòng)特征

本次九寨溝地震中記錄到最大峰值加速度（PGA）的臺(tái)站是九寨百合（51JZB）臺(tái)，圖3給出了51JZB臺(tái)站的時(shí)程曲線圖。通過計(jì)算，51JZB臺(tái)站得到的三分量數(shù)據(jù)的90%能量持時(shí)分別為16.0s、13.8s和13.6s，相比于同震級(jí)的地震，其持時(shí)相對(duì)較短，對(duì)建筑物的累積損傷相對(duì)較輕，這可能也是造成損毀程度較低的原因之一（四川新聞網(wǎng)，2017）。

根據(jù)我國(guó)《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范》（GB50011—2010）（中華人民共和國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2010）規(guī)定，四川九寨溝縣抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g，所屬地震分組為第三組。圖4給出了51JZB臺(tái)站記錄的加速度反應(yīng)譜與該地區(qū)Ⅱ類場(chǎng)地條件下多遇地震和罕遇地震的設(shè)計(jì)譜。從圖4中可以看出，51JZB臺(tái)站三分量反應(yīng)譜在整個(gè)周期段（0—6s）都小于該地區(qū)Ⅷ度罕遇地震設(shè)計(jì)譜，當(dāng)＜0.4s時(shí)，南北向加速度反應(yīng)譜大于Ⅷ度多遇地震設(shè)計(jì)譜，當(dāng)＜0.38s時(shí)，東西向加速度反應(yīng)譜大于Ⅷ度多遇地震設(shè)計(jì)譜，當(dāng)＜0.15s時(shí)，豎向加速度反應(yīng)譜大于Ⅷ度多遇地震設(shè)計(jì)譜，說(shuō)明此次地震在近場(chǎng)地區(qū)內(nèi)對(duì)短周期且以Ⅷ度多遇地震設(shè)計(jì)譜設(shè)計(jì)的建筑物產(chǎn)生的影響更大。

圖3 51JZB臺(tái)站時(shí)程曲線

圖4 51JZB臺(tái)站加速度反應(yīng)譜

3 地震動(dòng)的空間分布

影響地震動(dòng)特征的因素有很多，除了震源機(jī)制、傳播路徑以及場(chǎng)地條件等常規(guī)因素以外，近場(chǎng)效應(yīng)（Hu等，2015，2016）也會(huì)對(duì)地震動(dòng)產(chǎn)生較大影響。四川九寨溝地震是一次走滑型地震，破裂的方向性可能對(duì)九寨溝地震的地震動(dòng)分布造成影響。本文選取震中距小于200km的臺(tái)站記錄，將東西、南北向記錄旋轉(zhuǎn)為垂直斷層走向（FN）和平行斷層走向（FP）方向，分別對(duì)FN、FP和豎向（UD）記錄的PGA和反應(yīng)譜（＝0.5s，1s，3s）畫等值圖，通過等值圖對(duì)近場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行分析。圖5為PGA和反應(yīng)譜的三分量等值圖。從圖5可以看出，PGA及短周期反應(yīng)譜等值圖與地震烈度圖大致相同；斷層?xùn)|北向PGA及反應(yīng)譜衰減速率明顯大于西南向；在＝3s時(shí)，加速度反應(yīng)譜分布存在明顯方向性，在＝0.5s及1s時(shí)，方向性不明顯，說(shuō)明九寨溝地震的方向性效應(yīng)對(duì)長(zhǎng)周期的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生較大的影響。另外，由于此次地震的發(fā)震斷層為接近垂直的走滑斷層，因此從地震動(dòng)分布特征來(lái)看，并沒有明顯的上、下盤的差異。

4 地震動(dòng)參數(shù)的衰減關(guān)系

地震動(dòng)衰減關(guān)系在地震安全性評(píng)價(jià)、地震危險(xiǎn)性分析和抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等工作中起著至關(guān)重要的作用，它以強(qiáng)震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探究地震動(dòng)參數(shù)與震級(jí)、傳播途徑以及場(chǎng)地條件等的統(tǒng)計(jì)規(guī)律（俞言祥等，2006，2013；肖亮等，2011；王珊等，2014）。本研究將應(yīng)用幾個(gè)典型的衰減關(guān)系（霍俊榮，1989；張齊，2012；姜治軍，2012）探究九寨溝地震的地震動(dòng)峰值加速度以及反應(yīng)譜的衰減規(guī)律，并將九寨溝地震與2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震進(jìn)行比較分析。

圖6給出了幾個(gè)典型衰減關(guān)系與九寨溝地震及蘆山地震的地震動(dòng)參數(shù)的比較。地震動(dòng)參數(shù)選取兩個(gè)互相垂直的水平分量的幾何平均值作為研究對(duì)象。九寨溝地震的地震動(dòng)的峰值加速度和各周期反應(yīng)譜小于蘆山地震的地震動(dòng)參數(shù)，尤其在震中距小于100km時(shí)更為明顯；九寨溝地震的地震動(dòng)參數(shù)小于霍俊榮（1989）、張齊（2012）和姜治軍（2012）的衰減關(guān)系預(yù)測(cè)值。這也是九寨溝地震的災(zāi)害損失小于同等級(jí)其他地震的原因之一。

圖5 峰值加速度及反應(yīng)譜等值圖

5 結(jié)論與討論

本文以九寨溝地震的66組地震動(dòng)記錄為基礎(chǔ)，對(duì)地震動(dòng)參數(shù)特征進(jìn)行了分析，主要得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)51JZB臺(tái)站的地震動(dòng)特征分析表明，該臺(tái)站的地震動(dòng)持時(shí)在15s左右，相對(duì)較短；該臺(tái)站的地震動(dòng)反應(yīng)譜大于Ⅷ度多遇地震設(shè)計(jì)譜，小于Ⅷ度罕遇地震設(shè)計(jì)譜。

（2）九寨溝地震的地震動(dòng)參數(shù)的分布存在方向性效應(yīng)特征，在周期等于1s時(shí)較為明顯，在較短周期和長(zhǎng)周期并不明顯。

（3）九寨溝地震的地震動(dòng)參數(shù)值小于同等震級(jí)的蘆山地震動(dòng)參數(shù)值，并且小于霍俊榮、張齊和姜治軍的衰減關(guān)系預(yù)測(cè)值。

由于九寨溝地震的震源深度較深，導(dǎo)致地震動(dòng)參數(shù)較小。除此之外，九寨溝地區(qū)設(shè)防烈度高、房屋抗震性能較好、人口密度低，災(zāi)后救援迅速等也是導(dǎo)致九寨溝地震災(zāi)害損毀程度低的原因（四川新聞網(wǎng)，2017）。

致謝：感謝中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所“國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心”為本研究提供了九寨溝及蘆山地震的強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖6 九寨溝地震的地震動(dòng)參數(shù)及蘆山地震的地震動(dòng)參數(shù)與典型衰減關(guān)系的比較

霍俊榮，1989．近場(chǎng)強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)衰減規(guī)律的研究．哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所．

姜治軍，2013．中國(guó)西部基巖地震動(dòng)衰減關(guān)系及場(chǎng)地影響系數(shù)初步研究．哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所．

四川新聞網(wǎng)，2017．地震專家：九寨溝地震損毀程度低于同級(jí)地震的五個(gè)原因．（2017-08-11）．http://scnews. newssc. org/ system/ 20170811/000807659.html．

王珊，張郁山，尤賀，2014．場(chǎng)地劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基巖地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系的影響．震災(zāi)防御技術(shù)，9（4）：759—769．

肖亮，俞言祥，2011．中國(guó)西部地區(qū)地震烈度衰減關(guān)系．震災(zāi)防御技術(shù)，6（4）：358—371．

新浪網(wǎng)，2017．九寨溝7.0級(jí)地震烈度圖發(fā)布：川甘8縣受影響，大部分房屋經(jīng)受住考驗(yàn)．（2017-08-12）．http://news. sina.com.cn/o/2017-08-12/doc-ifyixipt1345658.shtml．

俞言祥，汪素云，2006．中國(guó)東部和西部地區(qū)水平向基巖加速度反應(yīng)譜衰減關(guān)系．震災(zāi)防御技術(shù)，1（3）：206—217．

俞言祥，李山有，肖亮，2013．為新區(qū)劃圖編制所建立的地震動(dòng)衰減關(guān)系．震災(zāi)防御技術(shù)，8（1）：24—33．

張齊，2012．中國(guó)西部強(qiáng)地震動(dòng)衰減關(guān)系初步研究．哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所．

中國(guó)地震局地球物理研究所，2017．2017年8月8日四川九寨溝7.0級(jí)地震．（2017-08-11）．http://www. cea-igp.ac.cn/tpxw/275883.html．

中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2017．2017年8月8日四川九寨溝7.0級(jí)地震強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)簡(jiǎn)報(bào)V2．（2017-08-13）． http://www. iem.net.cn/detail.html?id=880．

中國(guó)青年網(wǎng)，2017．九寨溝地震遇難者人數(shù)上升至25人21人身份已確定．（2017-08-13）．http://news.youth. cn/sh/201708/t20170813_10502594.htm．

中華人民共和國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010．GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社．

Hu J. J., Zhang W. B., Xie L. L., et al., 2015. Strong motion characteristics of theW6.6 Lushan earthquake, Sichuan, China—an insight into the spatial difference of a typical thrust fault earthquake. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 14(2): 203—216.

Hu J. J., Zhang Q., Jiang Z. J., et al., 2016. Characteristics of strong ground motions in the 2014S6.5 Ludian earthquake, Yunnan, China. Journal of Seismology, 20(1): 361—373.

Preliminary Analysis of Distribution Characteristics of Ground Motion and Attenuation Relation of the JiuzhaigouS7.0Earthquake on August 24, 2016, Sichuan, China,

Hu Jinjun, Sun Jian and Liu Jin

(Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China)

On August 8, 2017, anS7.0 earthquake hit Aba County, Jiuzhaigou of Sichuan Province. This is the second strong earthquake occurred in this area after the WenchuanS8.0 earthquake in 2008 and the LushanS7.0 earthquake in 2013 in Sichuan. After conventional correction of the 66 sets of mainshock records, we analyzed the characteristics of the typical station, Jiuzhai Baihe, the peak ground acceleration, the response spectrum and the near-field effect of the ground motion. The results show that the peak ground acceleration of three components of Jiuzhai Baihe stations great than 100 gal, but the duration is relatively short. The response spectrum of the three components is greater than Ⅷ degree frequent seismic design spectra, less than Ⅷ degree rare earthquake design spectrum in the short period. Since the Jiuzhaigou earthquake is a typical strike-slip earthquake, the distribution of the ground motion has smaller directional characteristics. The peak ground acceleration and the response spectrum of the Jiuzhaigou earthquake is smaller than the Lushan earthquake, as well as smaller than the predicted value of several typical attenuation relationship. The characteristics of the ground motion parameters of the Jiuzhaigou earthquake show that the earthquake is the one with large magnitude and low damage degree.

Jiuzhaigou earthquake; Distribution field of ground motion; Near-field effect; Peak ground acceleration; Response spectrum

10.11899/zzfy20170408

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51578516，51238012）；中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資助項(xiàng)目（2016A01，2016A04）

2017-09-12

胡進(jìn)軍，男，生于1978年。博士，研究員。主要從事地震動(dòng)參數(shù)特性分析研究工作。E-mail：hu-jinjun@163.com

胡進(jìn)軍，孫健，劉琎，2017．四川九寨溝S7.0地震的地震動(dòng)分布和衰減特征初步分析．震災(zāi)防御技術(shù)，12（4）：797—802．