2016年1月21日青海門源6.4級地震強震動記錄及特征分析①

徐　欽, 李佐唐, 何新社, 王文才

(1.中國地震局蘭州地震研究所,甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

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強震觀測

2016年1月21日青海門源6.4級地震強震動記錄及特征分析①

徐欽1,2, 李佐唐1,2, 何新社1,2, 王文才1,2

(1.中國地震局蘭州地震研究所,甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

摘要:2016年1月21日青海海北州門源縣發生6.4級地震,西北強震動臺網中心共收集到70組三分向加速度記錄。在對強震記錄進行常規處理后,給出了207條零基線校正后的三分向峰值加速度值(PGA);統計PGA隨震中距衰減趨勢,繪制了水平向PGA等值線分布圖;選取近場典型臺站的加速度記錄進行分析,繪制出校正后的加速度、速度和位移時程曲線以及加速度反應譜。這些地震動特征可為我國西部工程震害調查提供重要的參考資料。

關鍵詞:青海門源6.4級地震; 強震動記錄; 峰值加速度; 加速度反應譜

0引言

2016年1月21日1時13分13秒,在青海省海北州門源縣(37.68°N,101.62°E)發生MS6.4地震。據中國地震臺網消息,該地震震中位于冷龍嶺斷裂附近。冷龍嶺斷裂是全新世活動的左旋走滑兼逆斷斷裂,斷裂走向近NW。推測發震斷裂為武威—民樂盆地西緣的民樂—大馬營斷裂東南段,或為冷龍嶺斷裂與民樂—大馬營斷裂之間的一條逆斷層。

該地震發生后,西北區域強震動臺網中心共獲取地震記錄70組,其中甘肅省強震動臺網部41組,青海省強震動臺網部17組,寧夏省強震臺網部12組。獲取記錄的儀器穩定,波形完整,震相清晰。本文對所獲取的207條有效三分向加速度記錄特征進行處理和初步分析,以期為該地區地震區劃、抗震設防、場地效應、烈度衰減關系等研究提供基礎資料[1-4]。

1觀測臺站及獲取記錄

獲取本次地震記錄的臺站均為自由場地土層臺或基巖臺,觸發臺站分布見圖1(其中62HOX(紅星臺)三通道數據異常,未采用這組記錄數據,因此共獲取三分向加速度記錄207條)。本次地震震中距為30.3～462.9 km,共獲取強震動事件70組,其中震中距80 km以內的記錄有6組,80～100 km 的有11組,其余的震中距都在100 km以外。63MEY(門源氣象局臺)獲得最大加速度記錄峰值為85.8 gal,震中距為33.6 km;其次是62HUC(皇城臺),最大加速度記錄峰值為71.2 gal,震中距為30.45 km。此次獲取地震記錄資料的強震儀均為數字強震儀,其主要性能指標列于表1。

2強震動記錄的初步分析

2.1記錄的初步處理及分析

對207條原始強震記錄進行零線調整,先計算原始加速度記錄前20 s的平均值,然后將原始數據減去事前記錄平均值,對個別有零線漂移的加速度記錄作調整,消除其對時程的影響[8]。通過分析計算出近場典型強震記錄的基本信息及相關參數(表2),所有水平向峰值加速度值(PGA)為南北向PGA和東西向PGA數據擬合而成,水平合成PGA最大

圖1　觸發臺站分布Fig.1　Distribution of strong motion stations

序號儀器類型通道數/個動態范圍/dB最大記錄范圍/g采樣率/sps頻率范圍/Hz數據存儲/Mb1MR20023108±12000～200322ETNA3108±12000～200643GSMA-24003>126±12000～200128

表2　獲取近場(震中距<100 km)強震動記錄及其相關參數

為104.7 gal。根據中震測發[2015]《儀器地震烈度計算暫行規程》計算出最大PGA點對應的烈度為6.5度,該加速度記錄為確定地震烈度提供了可供參考的定量依據。圖2所示的PGA隨震中距衰減趨勢曲線并不是光滑的下降曲線,是因為受到了介質各向異性和記錄場地覆蓋層局部條件的影響。

(1) 震中距200 km內,PGA隨震中距的增大而快速衰減。震中距80 km時PGA衰減到大約24.32 gal,衰減了約80%;80 km以后隨震中距增大PGA緩慢衰減,直至降為零,基本不會再對建筑物和人員造成破壞[5]。

(2) 同一震中距(或震中距基本相等)的不同地點測得的PGA并不相等,這些特異性可能與當地的地質構造和臺址的場地環境有關。比如,此次地震基巖場地(63QSZ)的PGA值明顯偏低,只有類似震中距的土層臺站(62HUC)、(63MEY)的幾分之一。由此可見,局部場地條件對PGA有相當大的影響。同時,進一步驗證了近場土層場地對地震動具有一定的放大作用。

圖2　水平、垂直向PGA隨震中距衰減趨勢Fig.2　　　Horizontal and vertical PGA decrease　　　with the epicentral distance

(3) 震中距小于200 km (62HNG )的PGA隨震中距的變化離散性較大,而距離更遠的臺站則離散性較小。除局部場地條件的影響外,震中距小于200 km臺站受地震波的傳播路徑方向變化的影響遠大于200 km以外臺站的影響范圍,此外,傳播路徑方向變化較大時傳播路徑中介質的橫向不均勻的影響也較大[6]。

2.2典型加速度時程及反應譜特征

選取近場63MEY、63QSZ的加速度記錄進行時程和反應譜特征的分析。63MEY場地類型為土層,63QSZ場地類型為基巖,兩臺站間距21 km,臺站地質構造背景相似,均位于祁連山東段,甘、青交界地區。本區山脈主要為冷龍嶺、大坂山和托來山,與盆地、河流相間,其原始褶皺形態比較復雜,目前已難以恢復。大坂山南坡深度大斷裂構造延伸長,深度大和活動延續時間長為其主要特征,對兩側構造層的發育及巖漿和成礦起顯著控制作用。圖3～圖5為63MEY、63QSZ經過基線校正處理后的三分向加速度、速度和位移時程曲線。

圖3　典型加速度時程曲線Fig.3　The typical acceleration time-history curves

圖4　典型速度時程曲線Fig.4　The typical velocity time-history curves

圖5　典型位移時程曲線Fig.5　The typical displacement time-history curves

加速度反應譜是目前國內外工程抗震設計的重要依據和方法,對其進行計算和分析有助于了解震中附近地區強震加速度頻域特征。反應譜形狀、幅度及卓越周期的差別,體現了震級、場地條件對地面運動反應譜的影響[9]。

(1) 63MEY、63QSZ的加速度南北向、東西向及垂直向反應譜(阻尼比為5%)如圖6(a)、(b)所示,圖6(c)～(e)分別對比了兩個臺站在不同方向上的反應譜曲線。這兩個臺站3方向反應譜的形態基本一致,63MEY的反應譜曲線峰值均大于63QSZ。63MEY的卓越周期在0.3～1 s間,而63QSZ則在0.06～0.5 s間,在10 s以后反應譜幅值衰減至0。這驗證了同一地震類似震中距的情況下,當場地土質松軟時,長周期結構反應較大,加速度譜曲線峰值右移;而土質堅硬時,短周期結構反應較大,加速度譜曲線峰值左移[7]。

圖6　典型場地加速度反應譜(阻尼比=5%)Fig.6　The typical acceleration response spectra (Damping ratio=5%)

圖6　典型場地加速度反應譜(阻尼比=5%)(續)Fig.6　The typical acceleration response spectra (Damping ratio=5%)

(2) 圖6(f)、(g)對比了此次MS6.4地震63MEY、63QSZ和2013年9月20日青海省門源縣MS5.1地震的反應譜曲線[12],體現了不同震級對同一臺站反應譜的影響。可以看出,MS6.4地震相較于MS5.1對反應譜形狀的影響主要反映在0.5 s以后的長周期成分,震級愈大長周期分量愈大,而且震級對反應譜形狀的影響程度大于場地條件的影響程度。

2.3峰值加速度分布圖

峰值加速度分布圖以各觀測點的峰值加速度值為依據,可真實反映地震發生時各觀測點的地面運動強度[11]。本文統計了獲取強震記錄(震中距小于200 km)的水平向PGA,并采用克里格插值方法繪出了水平向PGA等值線圖(圖7)。如圖所示,水平PGA呈南北向分布,最大值位于震中附近。導致分布圖呈南北走向的原因是數據源臺站分布不均勻(如圖1所示),此次地震獲取臺站尤其是西南部分臺站數量偏少,對插值運算造成了一定影響。

圖7　青海門源6.4級地震PGA等值線分布圖Fig.7　　　The PGA contour map of the Menyuan MS6.4　　　earthquake in Qinghai province

3總結

對西北強震臺網中心在青海海北州門源縣6.4級地震中獲取的207條有效三分向加速度記錄特征進行了處理和初步分析,得出結論如下:

(1) 該地震震中距80 km內為主要的地震災害區域;80 km 以后,隨震中距增大PGA緩慢衰減,直至降為零,基本不會再對建筑物和人造成破壞。除局部場地條件的影響外,震中距小于200 km臺站受地震波的傳播路徑方向變化的影響遠大于200 km以外臺站的影響范圍。

(2) 計算最大PGA點對應的烈度為6.5度,繪制了此次地震PGA等值線分布圖,但是本次地震數據源臺站分布不均勻,對插值運算結果造成了一定影響。

(3) 選取近場PGA值最大的63MEY、63QSZ的加速度記錄進行時程和反應譜特征的分析。根據反應譜形態,驗證了同一地震類似震中距的情況下,當場地土質松軟時長周期結構反應較大,加速度譜曲線峰值右移;而土質堅硬時短周期結構反應較大,加速度譜曲線峰值左移。不同震級對反應譜形狀的影響程度大于場地條件的影響程度。

以上結果的分析是初步的,后面有待積累資料進行更進一步的補充研究。

致謝:感謝溫瑞智研究員在文章寫作過程中對相關問題的指導答復;感謝甘肅、青海、寧夏強震動觀測人員在此次地震觀測、記錄收集工作中的辛勤勞動。

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Strong Ground Motion Records and Its Characteristics in the MenyuanMS6.6 Earthquake of January 21,2016

XU Qin1,2, LI Zuo-tang1,2, HE Xin-she1,2, WANG Wen-cai1,2

(1.LanzhouInstituteofSeismology,CEA,Lanzhou730000,Gansu,China;2.EarthquakeAdministrationofGansuProvince,Lanzhou730000,Gansu,China)

Abstract:A MS6.4 earthquake occurred at Menyuan county,Haibei city,Qinghai province,China on January 21,2016.The Northwestern Strong Motion Network Center collected 70 groups of three-component acceleration records of this earthquake.The characteristics of these records were then analyzed,including the spatial locations of the stations,and 207 peak ground accelerations (PGAs),recorded by the strong motion stations,were calculated after the zero baseline was corrected.In this study,we analyzed the attenuation tendencies of the PGAs with respect to the epicentral distance,and drew a contour map of the horizontal PGAs.We selected the acceleration records of some typical stations,and plotted the acceleration,velocity,and displacement time-history curves,as well as the acceleration response spectra.The study results provide an important reference for seismic damage investigation in Western China.

Key words:Menyuan MS6.4 earthquake; strong motion records; peak acceleration; acceleration response spectrum

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.02.0327

中圖分類號:P315.63

文獻標志碼:A

文章編號:1000-0844(2016)02-0327-06

作者簡介:徐欽(1986-),女(漢族),工程師,碩士,主要從事強震動臺網運維管理與數據處理等研究工作。E-mail:xuqinhu2008@163.com。

基金項目:中國地震局蘭州地震研究所地震科技發展基金(2015ZB02);甘肅省強震臺網運行與維護(JC005)

收稿日期:①2016-01-31