利用強(qiáng)震記錄校正的蘆山7.0級地震峰值加速度震動圖

陳 鯤 俞言祥 高孟潭 高景春

1)中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2)河北省地震局，石家莊 050021

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，2013年4月20日08時02分(北京時間)在四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級地震，震中位置30.3°N，103.0°E，震源深度13km。地震發(fā)生后，作者運用考慮場地效應(yīng)的震動圖快速生成方法(陳鯤等，2010)，借助于地震動衰減關(guān)系快速生成了此次地震的峰值加速度震動圖。然而，中國分區(qū)地震動參數(shù)衰減關(guān)系是不同震源機(jī)制地震的平均結(jié)果。此外，針?biāo)賵蟮卣鸩⒉荒鼙ＷC最初的地震的震級是完全正確的。而且，由于相同震級地震的平均地震動參數(shù)可能相當(dāng)離散，存在地震事件間的不確定性。這樣用地震動衰減關(guān)系直接估計地震動強(qiáng)度存在較大的不確定性。因此，隨后根據(jù)中國地震局地球物理研究所的大震應(yīng)急科技產(chǎn)品中的震源機(jī)制解，并利用收集到的強(qiáng)震記錄的峰值加速度，運用有限強(qiáng)震記錄校正等震線的方法(陳鯤，2012)修正了本次地震的震動圖。希望校正后的峰值加速度震動圖能為科學(xué)研究和抗震減災(zāi)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)

本次工作的計算區(qū)域范圍是100.2°～106.6°E;27.26°～32.85°N?？焖偕傻牡?版本峰值加速度震動圖考慮局部場地放大效應(yīng)，使用了USGS根據(jù)全球地形坡度與Vs30相關(guān)關(guān)系制作的該次地震震中地區(qū)地下30m的平均剪切波速數(shù)據(jù)(Wald et al.，2006，2007;Allen et al.，2007)。考慮震中位置、震中地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景和震源機(jī)制解結(jié)果，確定了橢圓衰減模型長軸取向為34°，運用地震動參數(shù)經(jīng)驗估計方法計算了震中地區(qū)的基巖參考面的地震動參數(shù)結(jié)果，其中地震動參數(shù)的衰減關(guān)系選用中國西部峰值加速度衰減關(guān)系(汪素云等，2000)，本文簡稱wang 2000。進(jìn)一步考慮局部場地效應(yīng)的影響，運用Borcherdt的Vs 30表征幅值與頻率非平穩(wěn)的場地放大系數(shù)(Borcherdt，1994)，將基巖上的地震動參數(shù)分布修正到土層地表上，得到了震中地區(qū)的峰值加速度震動圖。

隨后收集到四川、云南、甘肅和陜西省84組三分量加速度記錄252條，本文篩選了峰值加速度≥10cm/s2的63個強(qiáng)震臺的峰值加速度，其中峰值加速度選取2個水平方向的最大值，臺站數(shù)據(jù)示于表1。

表1 2013年4月20日蘆山地震63個強(qiáng)震臺站的峰值加速度Table 1 Peak ground acceleration at each station for the Lushan M S 7.0 earthquake on April 20，2013

續(xù)表1

2 方法

利用強(qiáng)震記錄校正震動圖的方法，主要是考慮局部場地效應(yīng)將臺站實際的觀測值換算至基巖參考面。本次研究使用的是橢圓衰減模型，為了表述方便，其距離項選用臺站與震中連線經(jīng)該線與短軸方向的夾角在橢圓上旋轉(zhuǎn)得到的短軸距。借助于當(dāng)?shù)厮p關(guān)系3倍標(biāo)準(zhǔn)差的準(zhǔn)則進(jìn)行異常數(shù)據(jù)判別，然后將折算后的觀測值與利用衰減關(guān)系的估計值進(jìn)行最小二乘法的對數(shù)線性擬合，得到兩者之間的偏差因子(分別為a=0.88;b=0.93)。通過偏差因子對缺少臺站地區(qū)理論估計值進(jìn)行系統(tǒng)偏差校正。最后，考慮局部場地效應(yīng)將基巖面上校正后的理論估計值返算到地表土層上，與實際的觀測值一起插值，等值線化得到峰值加速度分布圖。

3 結(jié)果和討論

圖1a給出了考慮局部場地效應(yīng)及震源機(jī)制計算的峰值加速度震動圖。由圖可見，震動圖的展布方向與龍門山斷裂帶的走向一致。最大的峰值加速度在300～400cm/s2之間，分布在蘆山縣城東北方向、寶興縣城的西側(cè)約9km的位置。該區(qū)域圍繞震中呈近似橢圓分布，長約28km，寬約15km。蘆山縣城、寶興縣城均位于峰值加速度200～300cm/s2的區(qū)域。而50cm/s2以上的區(qū)域主要從瀘定縣城、漢源縣城東北20km起，至都江堰市、郫縣。而50cm/s2等值線東北端向四川盆地內(nèi)呈不規(guī)則放大，主要因為深厚的盆地物質(zhì)容易沉積在坡度較緩的盆地里，這些物質(zhì)相對剪切波速較低，土層的放大系數(shù)會比較大。

圖1 2013年4月20日蘆山地震峰值加速度震動圖Fig.1 Shakemaps of peak acceleration for the Lushan M S 7.0 earthquake on April 20，2013.

圖1b給出主震強(qiáng)震臺站觀測的峰值加速度校正后的震動圖。圖2為峰值加速度偏差校正的結(jié)果。圖1b顯示校正后峰值加速度＞50cm/s2的區(qū)域面積比未經(jīng)校正的面積大大加大，西南從甘洛縣附近起至東北綿竹縣、汶川縣，跨度約為300km。最大的峰值加速度為500cm/s2以上。蘆山、寶興和名山縣城位于峰值加速度400～500cm/s2的區(qū)域。寶興民治、雅安專業(yè)、天全兩路及震中東北側(cè)約250km的江油、武都臺站處均不同程度出現(xiàn)了加速度的異常區(qū)。從圖2可以看出，震中距約19km的寶興地辦強(qiáng)震臺站EW分量出現(xiàn)了＞1g峰值加速度，位于汪素云(2000)衰減關(guān)系3倍標(biāo)準(zhǔn)差之外，本次校正沒有使用該臺站數(shù)據(jù)。峰值加速度的觀測值絕大部分比汪素云(2000)衰減關(guān)系估計的結(jié)果大，主要是因為汪素云(2000)的衰減關(guān)系是不同震源機(jī)制類型地震的平均結(jié)果。而蘆山地震屬于高角度逆沖地震(曾祥方等，2013;劉杰等，2013)，平均的衰減關(guān)系直接估計地震動峰值加速度就存在較大的不確定性。偏差校正后的結(jié)果進(jìn)一步減小了缺少臺站地區(qū)峰值加速度估計值的不確定性，但震中附近30km范圍內(nèi)，校正后的結(jié)果仍然略低于觀測值。因此，震中距＜10km的太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)、龍門鄉(xiāng)和雙石鎮(zhèn)遭受的震動程度可能更高。

圖2 2013年4月20日蘆山地震峰值加速度校正結(jié)果Fig.2 Result of bias correction for the Lushan M S 7.0 earthquake on April 20，2013.

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