2011年10月12日北京市石景山区ML2．1地震近场加速度记录初步分析①

赵雯佳，徐 平，林向东，白立新

（（1．中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000；2．北京市地震局，北京 100080）

0 引言

据中国数字地震台网测定，2011年10月12日北京市石景山区（39．95°N，116．16°E）发生了一次ML2．1地震，震源深度约6．2km。此次地震发生在北京市区内，尽管震级较小，震动持续时间较短，但有感范围较大，曾受到广泛关注。

如何快速地利用有限的数据得到震后应急灾害损失评估一直是地震研究的重要课题。在地震过后能够很快得到的地震参数是震中位置和震级，但地震造成的损害分布并非仅由这两个参数决定［1］，还要受宏观震中和微观震中的差异、烈度衰减模型和局部场地条件等因素的影响［2］。近年来，众多学者选择分析强震台加速度记录对这个问题进行探讨［3－7］，并在地震烈度分布、峰值加速度衰减和近场条件等方面的研究中取得了很大进展。陈琳等［2］将福建省区域离散化为若干网格，并提出一种基于地震动峰值加速度的烈度计算和地震灾害评估方法；赖敏等［8］通过极震区强震加速度台记录推断出2007年3月5日攀枝花ML3．5地震为逆冲走滑性型地震，并总结出各地区"综合烈度"的计算方法；卞真付等［9］利用首都圈强震台网加速度记录对河北文安地震进行分析，认为仪器记录的峰值加速度衰减特征可以反映地震的宏观特征和当地的地质构造特征。W．suzuki等［10］也使用近源强震记录得到了2008年日本岩手—宫城内陆地震的破裂过程。因此，利用近场强震台数据进行加速度影响场分析对于研究震害特征、场地响应、地震过程等具有重要意义。

本文研究的震例尽管震级较小，但震中位于北京市中心位置，首都圈台网和强震台网的大多数台站都清晰地记录到地震数据，且所使用的台站间距较小，分布在震中距2km到34km的范围内，是难得的近震记录资料，因此开展相关的研究和讨论，为今后强震或较大地震发生后快速响应和评定震害影响场提供参考依据。

1 资料选取和处理

1．1 资料选取

本研究中所采用的加速度数据来自于首都圈强震动台网。尽管震级较小，但仍有11个强震台清晰地记录下了地震数据。强震台所使用的仪器采样频率为200Hz。表1为强震台站的基本信息和相应的峰值加速度情况。

由表1可见，记录此震例的强震台震中距均较小，最远仅33．7km，最近为2．2km，且台站之间的间隔也较小，分布较为密集。最大EW向峰值加速度出现在LSG台，为22．528gal；最大NS向峰值加速度出现在LSG台，为30．989gal；最大垂直向峰值加速度出现在CCS台，为12．797gal。总体来看，NS向峰值加速度普遍大于EW向，水平向普遍大于垂直向。

表1 强震台基本信息和峰值加速度Table 1 Information and Peak Ground Acceleration of Strong Motion Stations

本文所使用的用于计算震源机制解的数据来自首都圈地震台网的140个数字地震台站。由于设备检修和信号传输等原因，共有23个宽频带台的地震波形较为清晰，初动较为明显，因此使用这23个台的波形计算震源机制解。

1．2 数据处理

本文将表1的强震台峰值加速度记录数据矢量合成为水平向峰值加速度以及垂直向峰值加速度，使用GMT软件进行进行格点拟合，获取了峰值加速度影响场分布图（图1）。

本文还获取了加速度动态影响场的分布过程，以便更清晰地体现水平、垂直向加速度记录在值的大小、持续时间和衰减等方面的特征。记录仪器的频率为200Hz。首先将加速度预处理，合成为水平向（EW和NS向矢量合成）以及垂直向两个分量，同时为减小因噪音和干扰造成高低值异常点对结果的影响，将1s内所有记录到的加速度值取平均值，再以1s为单位，用GMT软件进行格点拟合并绘出等值线。每秒的加速度影响场见图2所示。

2 结果分析

2．1 加速度记录分析

根据近场加速度记录数据可以看出，2011年10月12日北京市石景山区ML地震最大水平向加速度为LSG台的NS向，记录值为30．989gal，最大垂直向加速度为SJZ台，记录值为12．797gal。从总体上看，垂直向记录小于水平向记录。根据文献［9］的研究结果可知，以往的地震记录中，水平向峰值加速度普遍大于垂直向，因此这个结果符合一般规律。仅有HSY台为例外，这可能是由于近场场地条件而产生的结果。地震后的震感记录中，明显感受到地震的人群主要集中在石景山区和海淀区，这与加速度影响场的结果基本吻合。合成水平向加速度影响场分布表明（图1（a）），此次地震的加速度震中北部高于南部区域，且界限较为清晰，分界线呈NEE向分布，合成水平峰值加速度点与微观震中相距约5．6km，峰值加速度点附近影响场分布呈近EW向分布；垂直向影响场与合成水平向相类似，呈南强北弱分布，但微观震中和峰值加速度点基本重合。

2．2 加速度动态影响场分析

图2中每一行的两张图分别代表地震之后同一秒钟水平向和垂直向加速度分布情况。从图2的整体趋势可以看出，水平向的加速度普遍大于垂直向，另外，垂直向加速度衰减快于合成水平向。垂直向的各台站在地震发生后第3秒时（图（b）4）平均加速度值就下降到2gal以下，而水平向在地震发生的第5秒及第6秒内（图（a）5及（a）6）仍有部分台站的平均加速度在2gal以上。

2．3 震源机制分析

北京地区地壳厚度由东南到西北部呈逐渐变厚的趋势［12］。同时北京地区新生代构造活动强烈［13］。地壳浅表断裂构造十分发育，近EW向，NEE－NE向，NNE－NS向和NW向或NWW向断裂纵横交错，断续展布，既有正断层，又有逆断层［14］。文献［15］的结论表明，北京地区最大主应力方位为NEE向，最小主应力方位为NNW向。近年在北京地区所发生的中小地震中，以正断层性质的地震为主，约占地震总量的70%［16］。

图1 峰值加速度影响场分布Fig．1 Distribution of peak acceleration influence field．

本文获得首都圈23个宽频带台站的地震波形记录，资料较为充分。由于P波初动符号物理图像明确，是稳定的地震波信息，因此可以较好地确定震源机制解［17］，所以用P波初动求解震源机制解是当今地震学界公认的求取震源机制解的有效途径之一［18］。

本文使用许忠淮等［19］提出的求P波震源机制解的格点尝试法解算此次地震的震源机制解。胡幸平等［18］曾用此方法对汶川地震及其强余震震源进行分析，并与哈佛大学公布的汶川主震和8个强余震的快速矩张量解及其最佳双力偶解进行对比，结果显示总体上两者的结果较为一致。由此可见用P波资料进行格点尝试法求解震源机制比较可靠。

本文依据读取的P波初动数据，选取最小矛盾符号比φ和φ加5%之间的所有解求平均解作为最终结果。所得到的震源机制解如图3所示，表2为解算结果。

图2 每秒加速度动态影响场的分布Fig．2 Dynamic distribution of acceleration influence field for each second．

表2 震源机制解结果Table 2 Results of Focal Mechanism Solution

图3 格点尝试法求得的震源机制解Fig．3 Focal Mechanism Solution calculated by grid point test method．

参与计算的台站对震中的包围性较好，计算出的结果矛盾比为13%，结果较为可靠。解算结果表明，此次地震为北京地区较为多发的正断性质错动，带有一定的走滑性质。节面I呈SEE向展布，节面II近EW向展布，节面II的倾角大于节面I，主压应力方向为NNW。

2．4 综合分析

此次2．1级地震尽管震级较小，但近场区有较多强震动台站和测震台站记录可以较好地进行加速度分析和震源机制解算。通过加速度分布情况和震源机制解的结果，可以初步得出以下认识：

（1）此次地震加速度影响场分布水平向加速度普遍高于垂直向，符合以往记录结果，同时水平峰值加速度分布点与震感调查结果是一致的。峰值加速度点（或宏观震中）与微观震中并未完全吻合，偏差约5．6km。

（2）水平向峰值加速度分布区和加速度影响场高低速度过渡区总体呈EW向或NEE向。同时通过动态影响场的情况可以看出，水平向加速度的衰减速度要慢于垂直向。

（3）震源机制解的结果中，两个节面走向近EW向，可以发现其走向与加速度影响场高低速度过渡区总体较为一致，这个结果对判定地震过程具有参考意义。

3 初步结论与讨论

2011年10月12日北京市石景山区ML2．1地震是一次北京地区较为多发的具有走滑正断层性质的地震，结合加速度影响场高低速度过渡区分布特征分析，其优势破裂面可能是高倾角的节面II，节面走向为近EW。

本文所得到的震源机制解的结果与加速度影响场高低速度过渡区分布具有较好的一致性。然而，记录到该地震的强震台震中距较近，记录较为清晰，但台站的方位角还存有比较大的间隔，导致震中东南部和震中北部区域数据有所缺失。从某种程度上表明，如果强震动台分布较为密集和合理的话，其影响场计算分析可能更为精确，由此不但可以快速判定灾害分布特征，还可以为地震过程研究提供参考依据。

地震定位和加速度影响场的结果分析认为，此次地震的微观震中与加速度峰值点（或宏观震中）存在空间偏差是合理的，表明震中投影点和错动出露点的位置是不一致的。

尽管记录此次地震的强震台震中距较小，台间距较近，但由于地震加速度影响场计算的近场记录偏少，且空间分布不均匀，研究对象震级偏小，其结果可能具有一定片面性，尤其在加速度低值分布区存在有高值点异常分布，还有待对仪器工作状况及场地条件进行深入的分析和研究。

本研究工作还是初步的。随着地震观测条件的逐步改善和强震监测能力的增强，利用地震加速度记录数据进行影响场分析，可为灾害评估和地震应急快速响应等方面提供科学依据。近场地震加速度记录数据深入研究具有科学和实用前景。

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