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四川九寨沟MS7.0地震的地震动分布和衰减特征初步分析
四川九寨沟MS7.0地震的地震动分布和衰减特征初步分析
胡进军*, 孙健, 刘琎
(中国地震局工程力学研究所,地震工程与工程振动重点实验室,哈尔滨 150080)
 [收稿日期]: 2017-09-12
摘要

2017年8月8日在四川阿坝州九寨沟县发生了MS 7.0地震,这是继2008年四川汶川MS 8.0地震和四川芦山MS 7.0地震后在此地区发生的又一强震。本研究对此次地震中的66组主震记录进行了常规校正处理,基于此分析了此次地震中典型台站——九寨百合台站的地震动特征,并通过地震动的峰值加速度、反应谱参数分析了近场效应特征。研究结果表明:九寨百合台站的三分量峰值加速度都超过了100 gal,而地震动持时相对较短,并且三分量反应谱在短周期大于Ⅷ度多遇地震设计谱,小于Ⅷ度罕遇地震设计谱;由于九寨沟地震属于典型的走滑型地震,因此地震动参数的方向性特征不明显;九寨沟地震的地震动的峰值加速度以及反应谱谱值小于同等震级的芦山地震,并且小于几个典型衰减关系的预测值。对九寨沟地震的地震动参数特征研究表明,此次地震是一次震级较大、但灾害损毁程度较低的地震。



引言

2016年8月8日21时19分在四川阿坝州九寨沟县(33.20°N,103.82°E)发生了MS 7.0地震,震源深度20km。此次地震发生地区地处青藏高原东缘、巴颜喀拉地块东北边界,此处断裂分布复杂,发震断层面呈北西向分展布,是一次以走滑型为主的地震(中国地震局地球物理研究所,2017)。此次地震的最大烈度为Ⅸ度,Ⅵ度区及以上总面积为18295km2,共造成四川省、甘肃省8个县受灾(新浪网,2017)。根据报道,截至8月13日14时40分,此次地震死亡人数达到25人(中国青年网,2017)。

本文将从典型台站的地震动特征、地震动方向性特征和上盘效应特征、地震动参数的衰减关系等方面对此次地震进行分析。

1 强震动记录

九寨沟地震后国家强震动台网中心迅速公布了获得的三分量自由场地记录66组,震中距为32.2—628.3km,图 1给出了66个台站的分布图。其中九寨百合(51JZB)台站震中距32.2km,记录到的东西、南北和竖向三分量的峰值加速度分别为129.5gal、185.0gal和124.7gal,计算仪器烈度为6.2度(中国地震局工程力学研究所,2017)。表 1给出了不同距离范围内的台站数量及其所占比例。此次地震的震源深度为20km,根据陈运泰研究小组提供的震源机制信息可知,此次地震破裂面走向151°,倾角83°,矩震级MW 6.5,图 2给出了有限断层模型(中国地震局地球物理研究所,2017)。


图 1 台站分布图 Fig. 1 Distribution of stations
表 1 不同距离范围内台站数量及其所占比例 Table 1 Number and percentage of stations in different rupture distance ranges

图 2 有限断层模型 Fig. 2 Illustration of finite-fault model
2 典型台站的地震动特征

本次九寨沟地震中记录到最大峰值加速度(PGA)的台站是九寨百合(51JZB)台,图 3给出了51JZB台站的时程曲线图。通过计算,51JZB台站得到的三分量数据的90%能量持时分别为16.0s、13.8s和13.6s,相比于同震级的地震,其持时相对较短,对建筑物的累积损伤相对较轻,这可能也是造成损毁程度较低的原因之一(四川新闻网,2017)。


图 3 51JZB台站时程曲线 Fig. 3 Time travel curve of 51JZB station

根据我国《建筑设计抗震规范》(GB50011—2010)(中华人民共和国城乡建设部等,2010)规定,四川九寨沟县抗震设防烈度为Ⅷ度,设计基本地震加速度为0.2g,所属地震分组为第三组。图 4给出了51JZB台站记录的加速度反应谱与该地区Ⅱ类场地条件下多遇地震和罕遇地震的设计谱。从图 4中可以看出,51JZB台站三分量反应谱在整个周期段(0—6s)都小于该地区Ⅷ度罕遇地震设计谱,当T<0.4s时,南北向加速度反应谱大于Ⅷ度多遇地震设计谱,当T<0.38s时,东西向加速度反应谱大于Ⅷ度多遇地震设计谱,当T<0.15s时,竖向加速度反应谱大于Ⅷ度多遇地震设计谱,说明此次地震在近场地区内对短周期且以Ⅷ度多遇地震设计谱设计的建筑物产生的影响更大。


图 4 51JZB台站加速度反应谱 Fig. 4 Acceleration response spectra of 51JZB station
3 地震动的空间分布

影响地震动特征的因素有很多,除了震源机制、传播路径以及场地条件等常规因素以外,近场效应(Hu等,2015, 2016)也会对地震动产生较大影响。四川九寨沟地震是一次走滑型地震,破裂的方向性可能对九寨沟地震的地震动分布造成影响。本文选取震中距小于200km的台站记录,将东西、南北向记录旋转为垂直断层走向(FN)和平行断层走向(FP)方向,分别对FN、FP和竖向(UD)记录的PGA和反应谱(T=0.5s,1s,3s)画等值图,通过等值图对近场效应进行分析。图 5为PGA和反应谱的三分量等值图。从图 5可以看出,PGA及短周期反应谱等值图与地震烈度图大致相同;断层东北向PGA及反应谱衰减速率明显大于西南向;在T=3s时,加速度反应谱分布存在明显方向性,在T=0.5s及1s时,方向性不明显,说明九寨沟地震的方向性效应对长周期的结构物产生较大的影响。另外,由于此次地震的发震断层为接近垂直的走滑断层,因此从地震动分布特征来看,并没有明显的上、下盘的差异。


图 5 峰值加速度及反应谱等值图 Fig. 5 Contour map of peak acceleration and response spectrum
4 地震动参数的衰减关系

地震动衰减关系在地震安全性评价、地震危险性分析和抗震设防标准等工作中起着至关重要的作用,它以强震数据为基础,探究地震动参数与震级、传播途径以及场地条件等的统计规律(俞言祥等, 2006, 2013肖亮等,2011王珊等,2014)。本研究将应用几个典型的衰减关系(霍俊荣,1989张齐,2012;姜治军,2012)探究九寨沟地震的地震动峰值加速度以及反应谱的衰减规律,并将九寨沟地震与2013年4月20日芦山7.0级地震进行比较分析。

图 6给出了几个典型衰减关系与九寨沟地震及芦山地震的地震动参数的比较。地震动参数选取两个互相垂直的水平分量的几何平均值作为研究对象。九寨沟地震的地震动的峰值加速度和各周期反应谱小于芦山地震的地震动参数,尤其在震中距小于100km时更为明显;九寨沟地震的地震动参数小于霍俊荣(1989)张齐(2012)和姜治军(2012)的衰减关系预测值。这也是九寨沟地震的灾害损失小于同等级其他地震的原因之一。


图 6 九寨沟地震的地震动参数及芦山地震的地震动参数与典型衰减关系的比较 Fig. 6 Comparison of ground motion parameters and typical attenuation relationship between the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake and Lushan MS7.0 earthquake
5 结论与讨论

本文以九寨沟地震的66组地震动记录为基础,对地震动参数特征进行了分析,主要得到以下结论:

(1)对51JZB台站的地震动特征分析表明,该台站的地震动持时在15s左右,相对较短;该台站的地震动反应谱大于Ⅷ度多遇地震设计谱,小于Ⅷ度罕遇地震设计谱。

(2)九寨沟地震的地震动参数的分布存在方向性效应特征,在周期等于1s时较为明显,在较短周期和长周期并不明显。

(3)九寨沟地震的地震动参数值小于同等震级的芦山地震动参数值,并且小于霍俊荣、张齐和姜治军的衰减关系预测值。

由于九寨沟地震的震源深度较深,导致地震动参数较小。除此之外,九寨沟地区设防烈度高、房屋抗震性能较好、人口密度低,灾后救援迅速等也是导致九寨沟地震灾害损毁程度低的原因(四川新闻网,2017)。

致谢: 感谢中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”为本研究提供了九寨沟及芦山地震的强震动数据。
参考文献
霍俊荣, 1989. 近场强地面运动衰减规律的研究. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=Y129938
姜治军, 2013. 中国西部基岩地震动衰减关系及场地影响系数初步研究. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-85406-1013342699.htm
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Preliminary Analysis of Distribution Characteristics of Ground Motion and Attenuation Relation of the Jiuzhaigou MS7.0 Earthquake on August 24, 2016, Sichuan, China
Hu Jinjun*, Sun Jian, Liu Jin
(Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China)
Abstract

On August 8, 2017, an MS7.0 earthquake hit Aba County, Jiuzhaigou of Sichuan Province. This is the second strong earthquake occurred in this area after the Wenchuan MS8.0 earthquake in 2008 and the Lushan MS7.0 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.



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四川九寨沟MS7.0地震的地震动分布和衰减特征初步分析
胡进军*, 孙健, 刘琎
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20170408