汶川地震地面運動場估計及地震烈度與地震動參數(shù)相關性分析

林 淋

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

汶川地震地面運動場估計及地震烈度與地震動參數(shù)相關性分析

林 淋

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

地震工程學的發(fā)展離不開強震觀測資料，其中觀測資料又可以分為兩類：一類是地震動時程記錄；另一類是實際震害調(diào)查資料。在眾多實際震害調(diào)查資料中，地震烈度分布是一種最為常見、最有價值的實際震害調(diào)查資料。如果能建立由強震觀測記錄衍生而來的各種地震動參數(shù)與烈度兩者之間合理的關系，則可為地震應急和相應措施的制定提供依據(jù)。有鑒于此，本文以各種地震動參數(shù)與烈度的相關性分析為核心，對用什么樣的參數(shù)、采用什么樣的方法來衡量烈度進行了探索。

本文以發(fā)生在中美的9次破壞性地震中捕獲的部分加速度記錄及其對應的烈度資料為數(shù)據(jù)源（共計226組三分量加速度記錄），通過最小二乘法建立了16種地震動參數(shù)與烈度的一元回歸關系式，并對比分析了16種強地震動參數(shù)與烈度間的相關性。統(tǒng)計結(jié)果表明，標準累計絕對速度與震害烈度的相關性最好。采用標準累積絕對速度所確定的臺站儀器烈度，與臺站所在地區(qū)實際震害烈度一致的比率為42%，46%的臺站儀器烈度與震害烈度相差1度，12%的臺站儀器烈度與震害烈度相差2度。16種地震動參數(shù)所確定的臺站儀器烈度與震害烈度一致的平均比率為34.5%，儀器烈度與震害烈度相差1度的平均比率為49.9%，相差2度的平均比率為15.6%。

統(tǒng)計結(jié)果表明，采用各種地震動參數(shù)與烈度的一元回歸模型確定臺站儀器烈度時，與震害烈度有較大的誤差。因此，基于一元回歸模型很難對一次地震的烈度分布進行可靠的估計。為此，本文建立了240種不同地震動參數(shù)組合、震級MS與烈度的多元回歸模型，較大程度上提高了儀器烈度的正確識別率，烈度識別正確率最好的參數(shù)組合是譜烈度和標準累計絕對速度，用這兩種參數(shù)組合建立的多元回歸模型在計算臺站儀器烈度時，與實際震害烈度一致的比率為51.6%，有92.2%的臺站的儀器烈度與實際烈度相差在1度以內(nèi)，240種地震動參數(shù)組合所確定的臺站儀器烈度與震害烈度一致的平均比率為45%，相差1度的平均比率為45%，相差2度的平均比率為10%。從統(tǒng)計結(jié)果看，多元回歸模型計算臺站儀器烈度時與震害烈度相符合的情況要好于一元回歸模型計算的結(jié)果。

本文工作應用的中國記錄大部分來自于中國西南地區(qū)。本文的一個主要工作是對這一地區(qū)的地震動參數(shù)衰減規(guī)律進行初步的統(tǒng)計分析。但是各種地震動參數(shù)的一元回歸模型計算的臺站儀器烈度與實際震害烈度吻合程度不佳，若直接用這樣的參數(shù)進行地震動參數(shù)衰減規(guī)律的統(tǒng)計分析，則很難得到理想的結(jié)果。為此，本文對參與統(tǒng)計的中國記錄以其加速度反應譜特征周期為統(tǒng)計分組標準，繼而統(tǒng)計了不同特征周期區(qū)間用一元回歸模型計算儀器烈度時與實際震害烈度的累積誤差，并對這種誤差進行了相應的修正。修正后的各種地震動參數(shù)稱為等效地震動參數(shù)。用16種等效地震動參數(shù)確定的臺站儀器烈度與震害烈度一致的平均比率要好于未經(jīng)等效處理的各種地震動參數(shù)確定的臺站儀器烈度。另外對地震烈度與地震動參數(shù)組合的多元回歸模型亦用相似的方法進行了修正。修正后的地震動參數(shù)組合即譜烈度和標準累計絕對速度與烈度的多元回歸模型確定的儀器烈度與實際震害烈度一致的比率為66.9%，有96%的臺站烈度識別誤差在1度以內(nèi)。

目前我國工程場地使用的衰減關系大部分還是俞言祥、霍俊榮依靠美國西部地震資料通過轉(zhuǎn)化方式得來的。有鑒于此，本文以汶川地震、汶川地震余震及我國西南地區(qū)發(fā)生的幾次地震的觀測資料為數(shù)據(jù)源，對我國西南地區(qū)的地震動參數(shù)衰減規(guī)律進行了初步的探索，統(tǒng)計分析了包括PGA、PGV、譜烈度、標準累計絕對速度等16種地震動參數(shù)和加速度反應譜的衰減規(guī)律?？紤]到等效參數(shù)對臺站進行烈度識別時，臺站儀器烈度與震害烈度相一致的比率較高，因此，對各種等效地震動參數(shù)的衰減規(guī)律也進行了統(tǒng)計與分析。

地震動的估計是地震工程學的一個重要步驟，其作用就是為抗震設計提供一個定量的數(shù)據(jù)。鑒于汶川地震中近斷層強震臺站數(shù)量較少，且不同烈度區(qū)臺站數(shù)量分布不均勻，本文采用增設虛擬臺站，并用一種綜合辦法確定了虛擬臺站的地震動參數(shù)值，最后利用汶川地震各烈度區(qū)強震臺站和不同烈度區(qū)的虛擬臺站的參數(shù)值繪制了汶川地震加速度及速度等值線。同時，統(tǒng)計了不同烈度區(qū)觀測臺站（包括虛擬臺站）的加速度峰值及速度峰值的范圍、均值、標準差，并最終確定了我國VI～X度區(qū)PGA和PGV的取值范圍，這些取值范圍和我國烈度表中的規(guī)定相比是有一定差別的。

總之，本文通過分析各種地震動參數(shù)和烈度的相關性，提出了一種儀器烈度的判別方法。該方法的特點就是采用多個參數(shù)來組合、確定強震觀測臺站的儀器烈度；通過我國西南地區(qū)發(fā)生的幾次地震的觀測資料，對該地區(qū)的地震動參數(shù)衰減規(guī)律進行了初步的探索，最后提出了一種對一次地震地面運動場進行合理估計的綜合方法。

烈度；地震動參數(shù)；衰減關系；虛擬臺站；等效參數(shù)

（作者電子信箱，林淋：linlin197805＠163.com）

P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.04.015