2016年1月21日青海门源6.4级地震强震动记录及特征分析①

徐　钦, 李佐唐, 何新社, 王文才

(1.中国地震局兰州地震研究所,甘肃 兰州 730000; 2.甘肃省地震局,甘肃 兰州 730000)



强震观测

2016年1月21日青海门源6.4级地震强震动记录及特征分析①

徐钦1,2, 李佐唐1,2, 何新社1,2, 王文才1,2

(1.中国地震局兰州地震研究所,甘肃 兰州 730000; 2.甘肃省地震局,甘肃 兰州 730000)

摘要:2016年1月21日青海海北州门源县发生6.4级地震,西北强震动台网中心共收集到70组三分向加速度记录。在对强震记录进行常规处理后,给出了207条零基线校正后的三分向峰值加速度值(PGA);统计PGA随震中距衰减趋势,绘制了水平向PGA等值线分布图;选取近场典型台站的加速度记录进行分析,绘制出校正后的加速度、速度和位移时程曲线以及加速度反应谱。这些地震动特征可为我国西部工程震害调查提供重要的参考资料。

关键词:青海门源6.4级地震; 强震动记录; 峰值加速度; 加速度反应谱

0引言

2016年1月21日1时13分13秒,在青海省海北州门源县(37.68°N,101.62°E)发生MS6.4地震。据中国地震台网消息,该地震震中位于冷龙岭断裂附近。冷龙岭断裂是全新世活动的左旋走滑兼逆断断裂,断裂走向近NW。推测发震断裂为武威—民乐盆地西缘的民乐—大马营断裂东南段,或为冷龙岭断裂与民乐—大马营断裂之间的一条逆断层。

该地震发生后,西北区域强震动台网中心共获取地震记录70组,其中甘肃省强震动台网部41组,青海省强震动台网部17组,宁夏省强震台网部12组。获取记录的仪器稳定,波形完整,震相清晰。本文对所获取的207条有效三分向加速度记录特征进行处理和初步分析,以期为该地区地震区划、抗震设防、场地效应、烈度衰减关系等研究提供基础资料[1-4]。

1观测台站及获取记录

获取本次地震记录的台站均为自由场地土层台或基岩台,触发台站分布见图1(其中62HOX(红星台)三通道数据异常,未采用这组记录数据,因此共获取三分向加速度记录207条)。本次地震震中距为30.3～462.9 km,共获取强震动事件70组,其中震中距80 km以内的记录有6组,80～100 km 的有11组,其余的震中距都在100 km以外。63MEY(门源气象局台)获得最大加速度记录峰值为85.8 gal,震中距为33.6 km;其次是62HUC(皇城台),最大加速度记录峰值为71.2 gal,震中距为30.45 km。此次获取地震记录资料的强震仪均为数字强震仪,其主要性能指标列于表1。

2强震动记录的初步分析

2.1记录的初步处理及分析

对207条原始强震记录进行零线调整,先计算原始加速度记录前20 s的平均值,然后将原始数据减去事前记录平均值,对个别有零线漂移的加速度记录作调整,消除其对时程的影响[8]。通过分析计算出近场典型强震记录的基本信息及相关参数(表2),所有水平向峰值加速度值(PGA)为南北向PGA和东西向PGA数据拟合而成,水平合成PGA最大

图1　触发台站分布Fig.1　Distribution of strong motion stations

序号仪器类型通道数/个动态范围/dB最大记录范围/g采样率/sps频率范围/Hz数据存储/Mb1MR20023108±12000～200322ETNA3108±12000～200643GSMA-24003>126±12000～200128

表2　获取近场(震中距<100 km)强震动记录及其相关参数

为104.7 gal。根据中震测发[2015]《仪器地震烈度计算暂行规程》计算出最大PGA点对应的烈度为6.5度,该加速度记录为确定地震烈度提供了可供参考的定量依据。图2所示的PGA随震中距衰减趋势曲线并不是光滑的下降曲线,是因为受到了介质各向异性和记录场地覆盖层局部条件的影响。

(1) 震中距200 km内,PGA随震中距的增大而快速衰减。震中距80 km时PGA衰减到大约24.32 gal,衰减了约80%;80 km以后随震中距增大PGA缓慢衰减,直至降为零,基本不会再对建筑物和人员造成破坏[5]。

(2) 同一震中距(或震中距基本相等)的不同地点测得的PGA并不相等,这些特异性可能与当地的地质构造和台址的场地环境有关。比如,此次地震基岩场地(63QSZ)的PGA值明显偏低,只有类似震中距的土层台站(62HUC)、(63MEY)的几分之一。由此可见,局部场地条件对PGA有相当大的影响。同时,进一步验证了近场土层场地对地震动具有一定的放大作用。

图2　水平、垂直向PGA随震中距衰减趋势Fig.2　　　Horizontal and vertical PGA decrease　　　with the epicentral distance

(3) 震中距小于200 km (62HNG )的PGA随震中距的变化离散性较大,而距离更远的台站则离散性较小。除局部场地条件的影响外,震中距小于200 km台站受地震波的传播路径方向变化的影响远大于200 km以外台站的影响范围,此外,传播路径方向变化较大时传播路径中介质的横向不均匀的影响也较大[6]。

2.2典型加速度时程及反应谱特征

选取近场63MEY、63QSZ的加速度记录进行时程和反应谱特征的分析。63MEY场地类型为土层,63QSZ场地类型为基岩,两台站间距21 km,台站地质构造背景相似,均位于祁连山东段,甘、青交界地区。本区山脉主要为冷龙岭、大坂山和托来山,与盆地、河流相间,其原始褶皱形态比较复杂,目前已难以恢复。大坂山南坡深度大断裂构造延伸长,深度大和活动延续时间长为其主要特征,对两侧构造层的发育及岩浆和成矿起显著控制作用。图3～图5为63MEY、63QSZ经过基线校正处理后的三分向加速度、速度和位移时程曲线。

图3　典型加速度时程曲线Fig.3　The typical acceleration time-history curves

图4　典型速度时程曲线Fig.4　The typical velocity time-history curves

图5　典型位移时程曲线Fig.5　The typical displacement time-history curves

加速度反应谱是目前国内外工程抗震设计的重要依据和方法,对其进行计算和分析有助于了解震中附近地区强震加速度频域特征。反应谱形状、幅度及卓越周期的差别,体现了震级、场地条件对地面运动反应谱的影响[9]。

(1) 63MEY、63QSZ的加速度南北向、东西向及垂直向反应谱(阻尼比为5%)如图6(a)、(b)所示,图6(c)～(e)分别对比了两个台站在不同方向上的反应谱曲线。这两个台站3方向反应谱的形态基本一致,63MEY的反应谱曲线峰值均大于63QSZ。63MEY的卓越周期在0.3～1 s间,而63QSZ则在0.06～0.5 s间,在10 s以后反应谱幅值衰减至0。这验证了同一地震类似震中距的情况下,当场地土质松软时,长周期结构反应较大,加速度谱曲线峰值右移;而土质坚硬时,短周期结构反应较大,加速度谱曲线峰值左移[7]。

图6　典型场地加速度反应谱(阻尼比=5%)Fig.6　The typical acceleration response spectra (Damping ratio=5%)

图6　典型场地加速度反应谱(阻尼比=5%)(续)Fig.6　The typical acceleration response spectra (Damping ratio=5%)

(2) 图6(f)、(g)对比了此次MS6.4地震63MEY、63QSZ和2013年9月20日青海省门源县MS5.1地震的反应谱曲线[12],体现了不同震级对同一台站反应谱的影响。可以看出,MS6.4地震相较于MS5.1对反应谱形状的影响主要反映在0.5 s以后的长周期成分,震级愈大长周期分量愈大,而且震级对反应谱形状的影响程度大于场地条件的影响程度。

2.3峰值加速度分布图

峰值加速度分布图以各观测点的峰值加速度值为依据,可真实反映地震发生时各观测点的地面运动强度[11]。本文统计了获取强震记录(震中距小于200 km)的水平向PGA,并采用克里格插值方法绘出了水平向PGA等值线图(图7)。如图所示,水平PGA呈南北向分布,最大值位于震中附近。导致分布图呈南北走向的原因是数据源台站分布不均匀(如图1所示),此次地震获取台站尤其是西南部分台站数量偏少,对插值运算造成了一定影响。

图7　青海门源6.4级地震PGA等值线分布图Fig.7　　　The PGA contour map of the Menyuan MS6.4　　　earthquake in Qinghai province

3总结

对西北强震台网中心在青海海北州门源县6.4级地震中获取的207条有效三分向加速度记录特征进行了处理和初步分析,得出结论如下:

(1) 该地震震中距80 km内为主要的地震灾害区域;80 km 以后,随震中距增大PGA缓慢衰减,直至降为零,基本不会再对建筑物和人造成破坏。除局部场地条件的影响外,震中距小于200 km台站受地震波的传播路径方向变化的影响远大于200 km以外台站的影响范围。

(2) 计算最大PGA点对应的烈度为6.5度,绘制了此次地震PGA等值线分布图,但是本次地震数据源台站分布不均匀,对插值运算结果造成了一定影响。

(3) 选取近场PGA值最大的63MEY、63QSZ的加速度记录进行时程和反应谱特征的分析。根据反应谱形态,验证了同一地震类似震中距的情况下,当场地土质松软时长周期结构反应较大,加速度谱曲线峰值右移;而土质坚硬时短周期结构反应较大,加速度谱曲线峰值左移。不同震级对反应谱形状的影响程度大于场地条件的影响程度。

以上结果的分析是初步的,后面有待积累资料进行更进一步的补充研究。

致谢:感谢温瑞智研究员在文章写作过程中对相关问题的指导答复;感谢甘肃、青海、宁夏强震动观测人员在此次地震观测、记录收集工作中的辛勤劳动。

参考文献(References)

[1]温瑞智,任叶飞,齐文浩.2013年4月20日芦山地震最大加速度记录分析[J].西南交通大学学报,2013,48(5):783-790.

WEN Rui-zhi,REN Ye-fei,QI Wen-hao.Maximum Acceleration Recording from Lushan Earthquake on April 20,2013.[J].Journal Southwest Jiaotong University,2013,48(5):783-790.(in Chinese)

[2]陈鹏,刘文锋,付兴潘.关于场地卓越周期和特征周期的若干讨论[J].青岛理工大学学报,2009,30(6):30-36.

CHEN Peng,LIU Wen-feng,FU Xing-pan.Discussions on Site Predominant Period and Characteristic Period[J].Journal of Qingdao Technological University,2009,30(6):30-36.(in Chinese)

[3]黄旭涛,温瑞智,任叶飞.2013年7月22日岷县漳县6.6级地震强震记录及特征分析[J].地震工程学报,2013,35(3):489-496.

HUANG Xu-tao,WEN Rui-zhi,REN Ye-fei.Strong Motion Records and Its Characteristics in Minxian—ZhangxianMS6.6 Earthquake on July 22,2013[J].China Earthquake Engineering Journal,2013,35(3):489-496.(in Chinese)

[4]周荣军,赖敏,李大虎.2011年4月10日四川炉霍MS5.3级地震强震记录与震害特点[J].成都理工大学学报,2013,40(2):217-223.

ZHOU Rong-jun,LAI Min,LI Da-hu.Strong Motion Records and Characteristics in Earthquake Damages ofMS5.3 Earthquake Occuerred in Luhuo,Sichuan,China,on April 10,2011[J].Journal of Chendu Uinversity of Technology,2013,40(2):217-223.(in Chinese)

[5]姚凯,王兰民,张志坚.黄土覆盖山地对岷县、漳县MS6.6 地震余震动力响应的影响[J].地震工程学报,2013,35(4):768-773.

YAO Kai,WANG Lan-min,ZHANG Zhi-jian.Influence of Aftershocks of the Minxian—ZhangxianMS6.6 Earthquake in a Loess-rich,Hilly Region,2013[J].China Earthquake Engineering Journal,2013,35(3):489-496.(in Chinese)

[6]徐扬,罗词建,李小军.汶川8.0级地震陕西省数字强震动记录分析[J].震灾防御技术,2009,4(4):464-370.

XU Yang,LUO Ci-jian,LI Xiao-jun.Analysis of Digital Strong Ground Motion of theM8.0 Wenchuan Earthquake from the Network of Shaanxi Provmce[J].Technology for Earthquake Disaster Prevention,2009,4(4):464-370.(in Chinese)

[7]周正华,周雍年,赵刚.强震近场加速度峰值比和反应谱统计分析[J].地震工程与工振动,2002,22(3):16-18.

ZHOU Zheng-hua,ZHOU Yong-nian,ZHAO Gang.Statistical Analysis of Peak Ratios and Response Spectra of Near Field Accelerograms[J].Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2002,22(3):16-18.(in Chinese)

[8]何少林,闵祥义.2002年12月17日玉门ML4.5地震的强震仪多条记录资料分析[J].西北地震学报,2004,26(3):275-279.

HE Shao-lin,MIN Xiang-yi.Analysis on Records of Strong Motion Accelerograph in YumenML4.5 Earthquake On Dec.17,2002[J].Northwestern Seismological Journal,2004,26(3):275-279.(in Chinese)

[9]金星,康兰池,欧益萍.福建地区中小地震加速度反应谱衰减规律[J].地震工程与工程振动,2009,29(5):52-58.

JIN Xing,KANG Lan-chi,OU Yi-ping.Acceleration Spectrum Attenuation Relation for Small and Moderate Earthquakes in Fujian Region[J].Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2009,29(5):52-58.(in Chinese)

[10]李青梅,李惠智.宁夏数字强震动台网记录的汶川8.0级地震加速度资料分析[J].高原地震,2011,23(2):237-241.

LI Qing-mei,LI Hui-zhi.Analysis on Acceleration of WenChuan 8.0 Earthquake Recorded by NingXia Digital Strong Motion Network[J].Plateau Earthquake Research,2011,23(2):237-241.(in Chinese)

[11]田秀丰,李佐唐,徐钦.甘肃岷县漳县6.6级地震强震动观测记录与初步分析[J].地震工程学报,2013,35(3):497-502.

TIAN Xiu-feng,LI Zuo-tang,XU Qin.The Strong Motion Records and Preliminary Analysis for Minxian—ZhangxianMS6.6 Earthquake in Gansu Province[J].China Earthquake Engineering Journal,2013,35(3):497-502.(in Chinese)

[12]徐钦,李佐唐,何新社,等.青海门源5.1级地震强震动记录及初步分析[J].地震工程学报,2014,36(4):1071-1076.

XU Qin,LI Zuo-tang,HE Xin-she,et al.Preliminary Analysis of Strong Ground Motion Records of the MenyuanMS5.1 Earthquake[J].China Earthquake Engineering Journal,2014,36(4):1071-1076.(in Chinese)

[13]于海英,王栋,杨永强,等.汶川8.0级地震强震动加速度记录的初步分析[J].地震工程与工程振动,2009,29(6):2-13.

YU Hai-ying,WANG Dong,YANG Yong-qiang,et al.The Preliminary Analysis of Strong Ground Motion Records form theMS8.0 Wenchuan Earthquake[J].Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2009,29(6):2-13.(in Chinese)

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

中图分类号:P315.63

文献标志码:A

文章编号:1000-0844(2016)02-0327-06

作者简介:徐钦(1986-),女(汉族),工程师,硕士,主要从事强震动台网运维管理与数据处理等研究工作。E-mail:xuqinhu2008@163.com。

基金项目:中国地震局兰州地震研究所地震科技发展基金(2015ZB02);甘肃省强震台网运行与维护(JC005)

收稿日期:①2016-01-31