四川九寨溝MS 7.0地震的地震動分布和衰減特征初步分析1

胡進軍 孫 健 劉 琎

?

四川九寨溝S7.0地震的地震動分布和衰減特征初步分析1

胡進軍 孫 健 劉 琎

（中國地震局工程力學研究所，地震工程與工程振動重點實驗室，哈爾濱 150080）

2017年8月8日在四川阿壩州九寨溝縣發生了S7.0地震，這是繼2008年四川汶川S8.0地震和四川蘆山S7.0地震后在此地區發生的又一強震。本研究對此次地震中的66組主震記錄進行了常規校正處理，基于此分析了此次地震中典型臺站——九寨百合臺站的地震動特征，并通過地震動的峰值加速度、反應譜參數分析了近場效應特征。研究結果表明：九寨百合臺站的三分量峰值加速度都超過了100 gal，而地震動持時相對較短，并且三分量反應譜在短周期大于Ⅷ度多遇地震設計譜，小于Ⅷ度罕遇地震設計譜；由于九寨溝地震屬于典型的走滑型地震，因此地震動參數的方向性特征不明顯；九寨溝地震的地震動的峰值加速度以及反應譜譜值小于同等震級的蘆山地震，并且小于幾個典型衰減關系的預測值。對九寨溝地震的地震動參數特征研究表明，此次地震是一次震級較大、但災害損毀程度較低的地震。

四川九寨溝地震 地震動分布場 近場效應 峰值加速度 反應譜

引言

2016年8月8日21時19分在四川阿壩州九寨溝縣（33.20°N，103.82°E）發生了S7.0地震，震源深度20km。此次地震發生地區地處青藏高原東緣、巴顏喀拉地塊東北邊界，此處斷裂分布復雜，發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度區及以上總面積為18295km2，共造成四川省、甘肅省8個縣受災（新浪網，2017）。根據報道，截至8月13日14時40分，此次地震死亡人數達到25人（中國青年網，2017）。

本文將從典型臺站的地震動特征、地震動方向性特征和上盤效應特征、地震動參數的衰減關系等方面對此次地震進行分析。

1 強震動記錄

九寨溝地震后國家強震動臺網中心迅速公布了獲得的三分量自由場地記錄66組，震中距為32.2—628.3km，圖1給出了66個臺站的分布圖。其中九寨百合（51JZB）臺站震中距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，計算儀器烈度為6.2度（中國地震局工程力學研究所，2017）。表1給出了不同距離范圍內的臺站數量及其所占比例。此次地震的震源深度為20km，根據陳運泰研究小組提供的震源機制信息可知，此次地震破裂面走向151°，傾角83°，矩震級W6.5，圖2給出了有限斷層模型（中國地震局地球物理研究所，2017）。

表1 不同距離范圍內臺站數量及其所占比例

圖1 臺站分布圖

圖2 有限斷層模型

2 典型臺站的地震動特征

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

根據我國《建筑設計抗震規范》（GB50011—2010）（中華人民共和國城鄉建設部等，2010）規定，四川九寨溝縣抗震設防烈度為Ⅷ度，設計基本地震加速度為0.2g，所屬地震分組為第三組。圖4給出了51JZB臺站記錄的加速度反應譜與該地區Ⅱ類場地條件下多遇地震和罕遇地震的設計譜。從圖4中可以看出，51JZB臺站三分量反應譜在整個周期段（0—6s）都小于該地區Ⅷ度罕遇地震設計譜，當＜0.4s時，南北向加速度反應譜大于Ⅷ度多遇地震設計譜，當＜0.38s時，東西向加速度反應譜大于Ⅷ度多遇地震設計譜，當＜0.15s時，豎向加速度反應譜大于Ⅷ度多遇地震設計譜，說明此次地震在近場地區內對短周期且以Ⅷ度多遇地震設計譜設計的建筑物產生的影響更大。

圖3 51JZB臺站時程曲線

圖4 51JZB臺站加速度反應譜

3 地震動的空間分布

影響地震動特征的因素有很多，除了震源機制、傳播路徑以及場地條件等常規因素以外，近場效應（Hu等，2015，2016）也會對地震動產生較大影響。四川九寨溝地震是一次走滑型地震，破裂的方向性可能對九寨溝地震的地震動分布造成影響。本文選取震中距小于200km的臺站記錄，將東西、南北向記錄旋轉為垂直斷層走向（FN）和平行斷層走向（FP）方向，分別對FN、FP和豎向（UD）記錄的PGA和反應譜（＝0.5s，1s，3s）畫等值圖，通過等值圖對近場效應進行分析。圖5為PGA和反應譜的三分量等值圖。從圖5可以看出，PGA及短周期反應譜等值圖與地震烈度圖大致相同；斷層東北向PGA及反應譜衰減速率明顯大于西南向；在＝3s時，加速度反應譜分布存在明顯方向性，在＝0.5s及1s時，方向性不明顯，說明九寨溝地震的方向性效應對長周期的結構物產生較大的影響。另外，由于此次地震的發震斷層為接近垂直的走滑斷層，因此從地震動分布特征來看，并沒有明顯的上、下盤的差異。

4 地震動參數的衰減關系

地震動衰減關系在地震安全性評價、地震危險性分析和抗震設防標準等工作中起著至關重要的作用，它以強震數據為基礎，探究地震動參數與震級、傳播途徑以及場地條件等的統計規律（俞言祥等，2006，2013；肖亮等，2011；王珊等，2014）。本研究將應用幾個典型的衰減關系（霍俊榮，1989；張齊，2012；姜治軍，2012）探究九寨溝地震的地震動峰值加速度以及反應譜的衰減規律，并將九寨溝地震與2013年4月20日蘆山7.0級地震進行比較分析。

圖6給出了幾個典型衰減關系與九寨溝地震及蘆山地震的地震動參數的比較。地震動參數選取兩個互相垂直的水平分量的幾何平均值作為研究對象。九寨溝地震的地震動的峰值加速度和各周期反應譜小于蘆山地震的地震動參數，尤其在震中距小于100km時更為明顯；九寨溝地震的地震動參數小于霍俊榮（1989）、張齊（2012）和姜治軍（2012）的衰減關系預測值。這也是九寨溝地震的災害損失小于同等級其他地震的原因之一。

圖5 峰值加速度及反應譜等值圖

5 結論與討論

本文以九寨溝地震的66組地震動記錄為基礎，對地震動參數特征進行了分析，主要得到以下結論：

（1）對51JZB臺站的地震動特征分析表明，該臺站的地震動持時在15s左右，相對較短；該臺站的地震動反應譜大于Ⅷ度多遇地震設計譜，小于Ⅷ度罕遇地震設計譜。

（2）九寨溝地震的地震動參數的分布存在方向性效應特征，在周期等于1s時較為明顯，在較短周期和長周期并不明顯。

（3）九寨溝地震的地震動參數值小于同等震級的蘆山地震動參數值，并且小于霍俊榮、張齊和姜治軍的衰減關系預測值。

由于九寨溝地震的震源深度較深，導致地震動參數較小。除此之外，九寨溝地區設防烈度高、房屋抗震性能較好、人口密度低，災后救援迅速等也是導致九寨溝地震災害損毀程度低的原因（四川新聞網，2017）。

致謝：感謝中國地震局工程力學研究所“國家強震動臺網中心”為本研究提供了九寨溝及蘆山地震的強震動數據。

圖6 九寨溝地震的地震動參數及蘆山地震的地震動參數與典型衰減關系的比較

霍俊榮，1989．近場強地面運動衰減規律的研究．哈爾濱：中國地震局工程力學研究所．

姜治軍，2013．中國西部基巖地震動衰減關系及場地影響系數初步研究．哈爾濱：中國地震局工程力學研究所．

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

王珊，張郁山，尤賀，2014．場地劃分標準對基巖地震動參數衰減關系的影響．震災防御技術，9（4）：759—769．

肖亮，俞言祥，2011．中國西部地區地震烈度衰減關系．震災防御技術，6（4）：358—371．

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

俞言祥，汪素云，2006．中國東部和西部地區水平向基巖加速度反應譜衰減關系．震災防御技術，1（3）：206—217．

俞言祥，李山有，肖亮，2013．為新區劃圖編制所建立的地震動衰減關系．震災防御技術，8（1）：24—33．

張齊，2012．中國西部強地震動衰減關系初步研究．哈爾濱：中國地震局工程力學研究所．

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

中國地震局工程力學研究所，2017．2017年8月8日四川九寨溝7.0級地震強震動觀測簡報V2．（2017-08-13）． http://www. iem.net.cn/detail.html?id=880．

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

中華人民共和國城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2010．GB 50011—2010建筑抗震設計規范．北京：中國建筑工業出版社．

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

國家自然科學基金資助項目（51578516，51238012）；中國地震局工程力學研究所基本科研業務專項資助項目（2016A01，2016A04）

2017-09-12

胡進軍，男，生于1978年。博士，研究員。主要從事地震動參數特性分析研究工作。E-mail：hu-jinjun@163.com

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