新疆乌恰6.8级地震的场地响应分析*

张振斌，唐丽华

(1.中国科学技术大学地球和空间科学学院，合肥230026;2.新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐830011)

新疆乌恰6.8级地震的场地响应分析*

张振斌1，2，唐丽华1

(1.中国科学技术大学地球和空间科学学院，合肥230026;2.新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐830011)

利用2008年10月5日新疆乌恰6.8级地震时新疆强震动观测台记录的S波资料和脉动观测资料，采用Nakamura方法计算了这些强震观测台的场地响应。结果表明:(1)地震记录前10 s的脉动场地响应明显大于测试脉动和地震记录S波的场地响应，是测试脉动和记录S波场地响应的3倍，而测试脉动场地响应和S波记录场地响应基本相符。(2)当记录台站的等效剪切波速小于250 m/s时，测试脉动场地响应值在2.5～5.0之间;当等效剪切波速大于250 m/s时，测试脉动场地响应值在1.5～3.0之间。(3)当记录台站覆盖层为同一种类型时，台站测试脉动场地响应小于1。

强震动记录;衰减;乌恰地震;Nakamura方法;场址效应;新疆

0 引言

国家“十五”项目在新疆建成50个数字强震动观测烈度速报台和将近100个固定强震动速报台，强震动台的建设大大丰富了新疆近场记录的资料，也明显改善了新疆地震烈度速报的状况。这期间，2007年该强震台网记录强震事件40个，涉及台站100多个;2008年记录强震事件46个;2009年记录强震事件35个。2008年10月5日乌恰MS6.8地震的记录台站达26个，最近台站距震中60.9 km，记录到东西向峰值加速度142.74 Gal，最远台站距震中292.6 km，记录到南北向峰值加速度4.9 Gal。笔者旨在通过对这次强震加速度记录进行谱比分析，以了解区域场地卓越周期、衰减、场址响应等特征，为今后强震观测记录分析、校正奠定基础。

1 地震地质背景资料

2008年10月5日23时新疆乌恰发生MS6.8地震，震中 (39.27°N、74.02°E)位于南天山西段南麓与昆仑山交汇边缘，属于南天山、西昆仑山和塔里木盆地交汇地带，构造上处于塔里木中间地块西北边缘，新构造上属乌鲁克恰提隆起带，第四纪隆起幅度达900 m。由于受印度板块西北角块体向欧亚板块持续强烈的挤压作用，区域内形成一系列不同方向和不同性质的第四纪活动断裂，6级以上地震主要分布在这些活动断裂及其附近，这些断裂的构造运动目前仍以断块差异性升降运动为主 (冯先岳，1997)。主要活动断裂包括:乌鲁克恰提断裂、卡兹克阿尔特断裂、乌合沙鲁断裂等。此次地震记录台站分布如图1所示。

由图1可看出2008年乌恰6.8级地震时获取记录的强震台站的分布情况。此次地震发生在高山无人区，因此，在震中附近的强震固定台比较少，在危险区及其周围100 km的强震固定台站只有4个，100～200 km的强震台站大多分布在这次地震的正东方向上。

2 分析方法及资料处理

收集强震台记录数据，并对数据进行格式转换后，需去除直流分量和波形基线校正，仪器校正按公式 (1)进行:

式中，Y为转换后的加速度值 (单位:Gal)，X为记录数 (单位:count)，S为仪器转换灵敏度 (单位:count/Gal)。然后采用胡聿贤 (2006)给出的我国地震基岩记录加速度峰值和震级、震中距的衰减关系式 (式 (2))计算各强震台理论加速度。

其中σin为拟合标准，amax为地震水平峰值加速度(单位:cm·s－2);M为震级;R为震中距。再根据Aptikaev和Kopnichev(1980)提出的断层错动类型和地震动参数衰减关系，判定其断层类型(表1)。

表1 amax和断层类型的关系Tab.1 Relationship between amaxand fault type

最后，采用Nakamura(1989)提出的单点谱比法，即利用观测点水平向和垂直向观测记录的傅氏频谱比，计算观测场地效应。计算公式如3式所示

式中Se代表观测场地场址效应;SNS、SEW代表观测场地水平向傅氏频谱;SUD代表观测场地垂直向傅氏频谱。为了更好地分析数据，了解其场地特征，笔者参考《岩土工程勘察规范》(2001)给出了覆盖层的等效剪切波速计算公式

其中，n为覆盖层土层数;H为覆盖层厚度和固定值20 m二者的较小值;hi为第i层土层厚度;vi为第i层剪切波速度。结合钻孔资料计算各台场地等效剪切波速。

数据选取处理:在本次乌恰地震中有26个强震台获取到主震记录，用上述方法对这26个台的记录数据进行分析，结果见表2。

通常地震事件记录应有完整的波形及部分地震前的噪声信号，但是随着震中距的增加，即S波与P波到时差的增加，事件前记录时间将减少，导致丢失P波头或者没有记录到完整的S波，因此，笔者在谱分析时选取11个台站记录，其中3个台站记录完整，8个台站记录的P波、S波基本清楚，但没有记录到P波头前10 s的噪声信号，故在谱分析中没有对这8个台进行主震记录前10 s噪声信号谱分析;同时选取新疆强震台网在“十五”项目建设过程中所做的这11个台站测试脉动数据，分别计算其傅氏谱，并进行对比分析 (图2)。

图2给出了根据乌恰6.8级地震11个台的强震记录计算出的谱比曲线，其余15个台P、S波记录不完整，有的台还叠加了后续余震的P波记录，无法计算 S波的谱比。11个台中震中距小于100 km的吉根、乌鲁克恰提和乌合沙鲁台记录到的主震前脉动不少于10 s，为此针对这三个台给出S波、主震前10 s脉动、测试脉动的谱比 (图2a，b，c)。其余的8个台P波到达前的脉动时间少于10 s，所以只给出了S波和测试脉动的谱比。乌帕尔、托帕、布拉克苏三个台的S波谱比和测试地脉动图出现明显的差异 (图2f，g，i)，其余的8个台谱比曲线相似性比较好，曲线趋向性基本一致，但每个台的谱比值有差异。

图2 乌恰6.8级地震11个台站的谱比曲线(实线为S波谱比;点线为测试地脉动谱比;虚线为地震前10 s谱比)(a)吉根;(b)乌鲁克恰提;(c)乌合沙鲁;(d)膘尔托考依;(e)乌恰;(f)乌帕尔;(g)托帕;(h)托云;(i)布拉克苏;(j)红旗农场;(k)伽师Fig.2 H/V spectral ratio of 11 strong-motion stations recorded Wuqia 6.8 earthquake(solid line:S-wave spectral ratio;dotted line:test of ground micro-tremor spectral ratio;dashed line:10 seconds before earthquake micro-tremor spectral rostio)(a)Jigen;(b)Wulukeqiati;(c)Wuheshalu;(d)Biao'ertuokaoyi;(e)Wuqia;(f)Wupa'er;(g)Tuopa;(h)Tuoyun;(i)Bulakesu;(j)Hongqi Nongchang;(k)Jiashi

表2 乌恰6.8级地震加速度记录分析和结果Tab.2 Analytical results of acceleration records of the Wuqia MS6.8 earthquake

3 讨论

本次地震区域主要以逆冲型断层为主 (冯先岳，1997)，但通过计算lg(a0/amax)值 (表2)，依据表1所列关系，我们发现只有吉根台的值与给出的加速度和断层关系数值基本相符，其它台站计算出的数值基本上与断层类型数值没有关系。这说明用lg(a0/amax)的值来判定断层类型，对于不同的地区、不同的场地动力特征、不同的仪器记录，还需要考虑更多的因素，开展更多研究来推论和证实。综合上述26个台的场地条件、理论峰值加速度、等效剪切波速和11个台的谱比曲线，笔者得出以下结论:

(1)由表2和图2可知脉动场地效应值在2.5～5.0之间的布拉克苏、红旗农场和伽师3个台站，其等效剪切波速小于250 m/s;测试脉动场地响应值小于1的膘尔托考依、乌恰和托帕3个台站，其覆盖层为同一种类型且等效剪切波速大于400 m/s。结合表2和图2的计算对比分析，可以认为在本次地震危险区，当场地的等效剪切波速小于250 m/s时，其场地响应值在2.5～5.0之间;当场地的等效剪切波速在250～400 m/s之间时，其场地响应值在1.5～3.0之间;当场地的等效剪切波速大于400 m/s时，其场地响应值小于1。

(2)通过图2谱比图发现，震中距小于100 km的强震台记录的地震前10 s的脉动谱比幅值明显大于S波谱比幅值，也发现S波谱比幅值在1～10 Hz频段和测试脉动谱比幅值平均值基本一致，在大于10 Hz的频段S波谱比幅值明显减小，也就是说在地震前10 s场地响应有明显的放大，而场地响应对地震S波基本没有放大效应。

(3)新疆的强震台测试地脉动谱比和地震的S波谱比曲线在主要频段内起伏不大，和钻孔资料具有较好的一致性，可以用来计算分析其场地衰减关系。

综上所述，关于运用强震动近场记录统计分析区域地震记录的加速度峰值、震级、震中距的衰减关系式以及利用单点谱比法计算场地效应(Nakamura，1989)，许多专家在中国各地区都做过研究 (崔建文等，2007;郭明珠，2000;陈彧等，2006;朱荣欢，苏有锦，2007)，但在新疆这方面的研究还不多。笔者参阅了云南省地震局工作人员的研究成果，结合本区域一些特点进行分析，其结果和前人的研究结果有相似性也有许多差别。例如S波谱比在大于10 Hz频段有明显的下降趋势，而这项工作做出的强震台记录前10 s脉动谱比有明显的场地放大效应，Lachet等 (1996)认为放大效应和S波谱比并不一致，这就说明地震记录和许多因素有关，需要我们进一步研究。

陈彧，崔建文，刘学军.2006.昆明地震动强度(烈度)观测台场地动力特征研究［J］.地震研究，29(3):251－255.

崔建文，李正光，赵云旭.2007.2007年宁洱6.4级地震强震动观测记录［J］.地震研究，30(4):384－388.

冯先岳.1997.新疆古地震［M］.乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社.

郭明珠.2000.地脉动分析及场地其在场地动力特征测试中的应用［D］.哈尔滨:中国地震局工程力学所.

胡聿贤.2006.地震工程学［M］.北京:地震出版社.

朱荣欢，苏有锦.2007.用H/V谱比法计算云南区域数字地震台站的场地响应［J］.地震研究，30(3):248－252.

GB50021－2001.岩土工程勘察规范［S］.

Aptikaev F，Kopnichev J.1980.Correlation between Seismic Vibration Parameters and Type of faulting//［C］，proc，7WCEE，1(1):107－110.

Lachet C，Hatzfeld D，Bard P，et al.1996.Site effects and microzonation in the city thessaloniki(Greece)comparision of different approaches［J］.BSSA，86(6):1692 －1703.

Nakamura Y.1989.A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface［J］.QR of RTRI，30(1):25 －23.

Analysis of the Site Response of the MS6.8 Wuqia，Xinjiang Earthquake

ZHANG Zhen-bin1，2，TANG Li-hua2
(1.School of Earth and Space Sciences，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，Anhui，China)
(2.Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，Xinjiang，China)

Selecting the records of the seismic microtremor before the MS6.8 Wuqia earthquake on october 5，2008 and the S-wave data of the earthquake recorded by Xinjiang Strong Motion Network，we calculate the response of the strong-motion at these 26 stations through the Nakamura's technique.The results are as the following:(1)Ten seconds before the P-wave，the site amplification effects of the Earth pulse are 3 times of the effects of S-wave and the effects of the testing pulsation.Meanwhile，the site amplification effects of S-wave are constsitent with the ones of the testing pulsa.(2)When the equivalent shear-wave velocity of the recording stations is lower than 250 m/s，the site-response value of the test pulsation will be between 2.5 and 5.0.When the equivalent shear-wave velocity of the recording stations is higher than 250 m/s，the site-response value of the testing pulsation will be between 1.5 and 3.0.(3)When the overlayers under the recording station are of the same type，the site response value of the test pulsation will be lower than 1.

records of strong motion;attenuation;Wuqia earthquake;Nakamura's technique;site response;Xinjiang

P315.9

A

1000－0666(2011)02－0183－05

2010－03－29.

新疆地震局青年科学基金项目 (200508)和 (200606)联合资助.