汶川MS8.0地震兰州烈度速报强震动记录与初步分析①

刘旭宙，张元生，周民都，闵祥仪

（中国地震局兰州地震研究所，甘肃，兰州，730000）

汶川MS8.0地震兰州烈度速报强震动记录与初步分析①

刘旭宙，张元生，周民都，闵祥仪

（中国地震局兰州地震研究所，甘肃，兰州，730000）

2008年汶川MS8.0地震有感地区范围大于1 000km。甘肃省十五期间在兰州市架设了50个强震台站用于实现市区范围内的强震动烈度速报，在本次地震中大多数台站都记录到了相应的强震动记录，其中最大单道加速度峰值记录为40.4cm／s2。本文展示了43个兰州烈度速报台站记录到的共129道本次地震强震动记录信息，并初步分析了兰州市加速度峰值分布和加速度峰值与土层厚度的对应情况。

汶川MS8.0地震；强震动记录；兰州地区；烈度；土层厚度

Abstract：The Wenchuan MS8.0earthquake in 2008caused shake even in region more than 1 000 km away.Most strong ground motion stations in Lanzhou area，which were built in"tenth 5－years plan"for rapid reporting of seismic intensity，recorded seismic wave during the event，the maximum peak acceleration of single channel was 40.4cm／s2.In this paper，129records from 43 stations among total 50stations in Lanzhou area during the earthquake are shown.The distribution of peak accelerations in Lanzhou area and relationship between the peak acceleration and soil thickness are analyzed also.

Key words：Wenchuan MS8.0earthquake；Strong ground motion records；Lanzhou area；Intensity；Soil thickness

0 引言

2008年5月12日14点28分四川汶川发生MS8.0地震，震中位置在103.4°E，31.0°N。这是新中国成立以来破坏最严重的一次地震。甘肃省十五期间在兰州市架设的烈度速报台站在本次地震中记录到相应的强震动信息，其记录真实反应了汶川地震主震在兰州市相应地区的地表震动情况。本文将展示兰州烈度速报台站在汶川主震中的地震动记录信息，并初步分析兰州市加速度峰值分布和加速度峰值与土层厚度的对应情况。

1 资料

十五期间甘肃兰州共架设了50个烈度速报台站，其中有43个台记录到129道汶川地震主震信息（表1）。最大单道加速度峰值记录来自和平台，为40.4cm／s2，震中距为560km。和平台站场地条件为自由场地土层，故和平台的记录基本反应了当地地表加速度，合加速度峰值为49.0cm／s2，按照中国烈度表其地表破坏程度达到VI度。距震中最近为中铺台，震中距为530km，单道加速度峰值10.8 cm／s2；最远为秦川台，震中距为630km，单道加速度峰值7.4cm／s2。图1为相应的强震动波形记录。

表1 各测点信息及主震记录信息

图1 几个强震台记录的汶川地震波形示例Fig.1 The waveform records of Wenchuan MS8.0earthquake from some strong ground motion stations.

图1可以看出，虽然各台站相对震中的方位和震中距相差不大，但是所记录的地震动波形却有一定的差异。为进一步分析其差异，将震中距在530～590km之间，土层厚度分别为1m以下，3～5m，16m和大于50m的博物馆台、中铺台、观象台、和平台记录的波形进行傅里叶变换后进行比较（图2）。可以看出：随着土层厚度的增大频率在0.5～7 Hz之间的地震动幅度有显著的增加。显然，随着土层厚度的增加地表接收的地震波中周期在1s左右的地震波能量明显加强。故虽然几个台站的震中距和方位相差不大，但是记录的波形却不尽相同。并且由于这一频率范围接近一般建筑物的固有频率，所以地表土层的这种地震动放大作用对建筑物的抗震性能有很大的影响。

2 地表加速度峰值的分布特征

地面运动加速度大小和持续时间直接决定了地震的破坏力，强震动记录则真实地反映了地面的加速度，其等值线分布能够较好地描绘震害的分布情况。兰州市烈度速报台站分布在市区三县五区之中，各台站基本布设于自由场地，架设以来运行稳定。在50个烈度速报台站中有43个台站记录到汶川地震主震的信息，为绘制兰州市地表加速度分布提供了可靠的数据。整理资料后选取各个台站最大的单道加速度记录做出加速度峰值等值分布图（图3）。图中显示加速度峰值最大值和最大梯度区均分布在兰州市和平一带地区。这一地区相对其他烈度速报台更靠近龙门山断裂的延伸方向，此外钻孔资料显明这一带的个别地区土层也较市区其他地方要厚。

众所周知土层对于地震动有一定的放大作用。例如和平台的土层厚度超过了50m，在汶川地震的强震动记录中其加速度峰值就大于其他兰州烈度速报台站的记录。为进一步分析土层厚度与加速度峰值之间的关系，先将43个烈度台的加速度峰值记录换算成统一震中距的加速度值（由于兰州烈度速报台站在汶川主震的震中距都在530km以上，在不考虑其他场地因素的前提下，各台站的加速度峰值可以近似认为和震中距成线性关系），然后参照各个台站的钻孔土层厚度资料，作出强震动记录的加速度峰值与土层厚度的对应情况。

图2 几个台的波形傅立叶谱Fig.2 The Fourier spectrums of waveform records from some strong ground motion stations.

图3 兰州市范围内的加速度峰值等值线分布图Fig.3 The peak acceleration isopleths in Lanzhou.

图4（a）、（b）、（c）分别为垂直向，东西向，北南向加速度峰值与土层厚度的对应情况。从图中可以看出土层厚度在20m以下时，加速度峰值与土层厚度的关系有很大的不确定性，然而当土层厚度超过20m时加速度峰值

明显随着土层厚度的增加呈现正比例增长。实际上地表加速度值与台站相对断裂带所处的地理位置，当地地质结构和场地条件都有关系，但是汶川地震主震的兰州市烈度速报台站记录仍然反映出土层超过20m时地表加速度峰值随着土层厚度的增加正比例增长这一现象。

图4 加速度峰值与土层厚度的关系Fig.4 Relationship between the peak accelaration in different diractions and soil thickness.

3 总结

十五期间在甘肃兰州市架设了50个烈度速报强震台站。2008年5月12日发生的汶川地震是一次惨痛的自然灾害，但同时也带来了丰富的强震动资料。本文在对43个烈度速报台站记录到的129道强震动记录进行分析后得出，随着土层厚度的增加，地表接收的地震波中周期在1s左右的地震波能量明显加强，并得到了兰州市区地表加速度峰值的等值线分布，根据其分布兰州市大部分地区地震动烈度为Ⅲ～Ⅴ度，有个别地方达到了Ⅵ度；并印证了台站的加速度峰值记录与台站土层厚度呈现正比的对应情况。

［1］ 中国科学院地球物理研究所.地震学基础［M］.北京：科学出版社，1976.

［2］ 闵祥仪，姚凯，何新社.2003年10月25日甘肃民乐－山丹MS6.1地震强震近场记录和分析［J］.西北地震学报，2003，25（4）：289－292.

［3］ 李舀，马建新.地震拟合相关系数在青海地区地震预报中的应用［J］.西北地震学报，2008，30（2）：184－188.

［4］ 刘旭宙，姚凯，何新社，等.2008年5月12日汶川MS8.0地震甘肃强震动记录与初步分析［J］.西北地震学报，2008，30（3）：270－275.

［5］ 石树中，沈建文.美国西部地震烈度衰减规律［J］.世界地震工程，2003，（3）：50－55.

［6］ 刘高，李新召，邓建丽，等.岩体力学参数变异性及取值方法［J］.西北地震学报，2008，30（1）：1－4.

Strong Ground Motion Records of Wenchuan MS8.0Earthquake from the Seismic Intensity Rapid Reporting Stations in Lanzhou and Its Preliminary Analysis

LIU Xu－zhou，ZHANG Yuan－sheng，ZHOU Min－du，MIN Xiang－yi
（Lanzhou Institute of Seismology，CEA，Lanzhou 730000，China）

P315.914

A

1000－0844（2010）04－0376－05

2009－05－12

国家自然基金：40874029；基本科研业务专项：景泰－天祝－古浪地区区域数字台网资料深加工；中国地震局兰州地震研究

所论著编号：LC2010058

刘旭宙（1976－），男（汉族），青海西宁人，助理研究员，现主要从事地震学研究.