寧夏永寧M4.6級(jí)地震強(qiáng)震記錄分析

呂俊強(qiáng)， 溫瑞智， 曾憲偉

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150080）

寧夏永寧M4.6級(jí)地震強(qiáng)震記錄分析

呂俊強(qiáng)1， 溫瑞智2， 曾憲偉1

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150080）

2012年11月20日10時(shí)24分在寧夏銀川市永寧縣發(fā)生M4.6級(jí)地震， 寧夏強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)共有33個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站記錄到了該次地震的地面運(yùn)動(dòng)，記錄的最大加速度峰值為303.2cm/s2。這是寧夏“十五”數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)投入使用以來記錄到的最大、獲取強(qiáng)震記錄最多的一次省內(nèi)地震。本文通過對(duì)此次強(qiáng)震記錄的地震波頻譜特征、衰減關(guān)系、震源機(jī)制、發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行分析、研究。

寧夏永寧M4.6級(jí)地震； 強(qiáng)震動(dòng)記錄；加速度峰值；衰減關(guān)系

0　引言

寧夏“十五”數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)包括48個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站，其中43個(gè)土層臺(tái)，5個(gè)基巖臺(tái)。強(qiáng)震動(dòng)記錄器主要采用美國(guó)Kinemetrics 公司生產(chǎn)的ETNA 型記錄器和瑞士SYSCOM公司生產(chǎn)MR2002-20 型記錄器, 傳感器采用中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所的SLJ-100 三分量力平衡式加速度計(jì)。2012年11月20日10時(shí)24分在寧夏銀川市永寧縣與興慶區(qū)交界處發(fā)生M4.6級(jí)地震，震中位置106.3oE，38.4oN，震源深度6km。除震區(qū)永寧縣外，周邊銀川市、賀蘭縣和靈武市均有明顯震感，宏觀震中區(qū)（永寧縣望遠(yuǎn)鎮(zhèn)）部分商店貨架被震倒，個(gè)別房屋磚墻出現(xiàn)輕微裂縫。該地震造成了較大的社會(huì)影響，這次地震發(fā)生在銀川盆地內(nèi)。銀川盆地[1]總體走向北北東向,為一夾持在賀蘭山與鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶之間的斷陷盆地,是在賀蘭構(gòu)造帶的基礎(chǔ)上演化形成的地塹式盆地。從此次地震的震中及地質(zhì)構(gòu)造看這次地震很可能發(fā)生在銀川隱伏主斷層西側(cè)的次級(jí)斷層上。

地震發(fā)生后，寧夏地震局強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)中心立即進(jìn)行了遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)記錄回收，獲得33個(gè)臺(tái)站強(qiáng)震記錄資料，其中震中距為4.9km的通橋強(qiáng)震臺(tái)（64TQO）記錄到的南北向加速度峰值為303.2cm/s2此次地震記錄到的最大的峰值加速度，此次地震對(duì)寧夏地區(qū)的地震預(yù)報(bào)，地質(zhì)構(gòu)造，活斷層探測(cè)，安全性評(píng)價(jià)等提供了很好地基礎(chǔ)資料。

1　震源機(jī)制解與發(fā)震構(gòu)造

隨著地震觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展。震源機(jī)制解及地震的孕育、破裂過程逐漸被用于解釋觀測(cè)到的地面運(yùn)動(dòng)特性。地震發(fā)生后，曾憲偉采用了剪切和粘貼[2]（cut and paste,簡(jiǎn)寫為CAP方法），利用近臺(tái)記錄數(shù)據(jù)反演了此次地震的震源機(jī)制解和震源深度。反演結(jié)果表明：永寧M4.6級(jí)地震是一個(gè)帶有少量逆沖分量的右旋走滑地震，該地震矩震級(jí)為MW4.3，最佳雙力偶解為：節(jié)面Ⅰ走向11o，傾角74o，滑動(dòng)角171o；節(jié)面Ⅱ走向103o，傾角81o，滑動(dòng)角16o。最佳震源深度為8km（圖1）。

圖1　震源機(jī)制解隨深度變化圖Fig.1 Focal mechanism solutions change with depth chart

銀川市活動(dòng)斷層探測(cè)[3]結(jié)果表明銀川隱伏斷層規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。銀川隱伏斷層分為東側(cè)銀川主斷層和西側(cè)銀川分支斷層，并且在銀川主斷層兩側(cè)又發(fā)育有很多規(guī)模較小的次級(jí)斷層。銀川主斷層北段與南段以銀川市興慶區(qū)銀古路為界，北側(cè)斷層活動(dòng)強(qiáng)度較大，屬晚全新世活動(dòng)斷層，南側(cè)斷層活動(dòng)強(qiáng)度較弱，屬晚更新世末期活動(dòng)斷層，銀川主斷層北段和南段傾角分別為71o和66o，均傾向西；銀川北分支斷層與南分支斷層中間有過渡段，二者的活動(dòng)強(qiáng)度也不相同，前者屬于全新世早期—晚更新末期活動(dòng)斷層，后者在晚更新世晚期以來再?zèng)]有發(fā)生明顯錯(cuò)斷活動(dòng)，二者傾角分別為82o和76o，均傾向西，并且銀川南、北分支斷層均在地下一定深度與主斷層相連。此次地震的震中位于銀川隱伏主斷層與銀川隱伏分支斷層之間。由于銀川主斷層與分支斷層均西傾，因此該地震發(fā)生于銀川主斷層的西側(cè)的次級(jí)斷層上可能性較大。

2　強(qiáng)震動(dòng)記錄特性

這次地震震中位于寧夏銀川市永寧縣與興慶區(qū)交界處，寧夏數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)[4,5]在主震中共獲取3分量自由場(chǎng)記錄33組，記錄臺(tái)站分布圖見圖2。

圖2　記錄臺(tái)站與震中分布圖Fig.2 Record in seismic station and epicenter distribution

根據(jù)震中距的大小對(duì)上述記錄進(jìn)行分類，其中震中距≤50km的記錄有18組，震中距在50—100km范圍內(nèi)有10組，震中距在100—150km范圍內(nèi)有2組，震中距在150—200km范圍內(nèi)有3組，雖然此次地震獲取的強(qiáng)震記錄比較全面，但由于震級(jí)較小，能夠供工程使用的強(qiáng)震動(dòng)記錄還比較少。

表1　近場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)記錄及其相關(guān)參數(shù)

在強(qiáng)震動(dòng)記錄使用分析前對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理[6-11]。首先應(yīng)該消除基線漂移對(duì)于時(shí)程計(jì)算的影響，具體是原始強(qiáng)震動(dòng)記錄通過減去事前記錄平均值的方法進(jìn)行零線調(diào)整。本文采用Boore方法對(duì)記錄波形進(jìn)行了基線校正處理。通過分析計(jì)算得出了震中距<100km的5個(gè)臺(tái)站強(qiáng)震記錄的基本信息及其相關(guān)參數(shù)，見表1。

本次地震所記錄到的最大的峰值加速度（PGA）是位于距離震中4.9km的通橋強(qiáng)震臺(tái)（64TQO），EW方向?yàn)?225.3cm/s2，NS方向?yàn)?303.2cm/s2，UD方向?yàn)?117.4cm/s2。最遠(yuǎn)觸發(fā)的臺(tái)站是中衛(wèi)強(qiáng)震臺(tái)（64ZHW）距離震中179.8km，記錄幅值小于3.5cm/s2。圖3、圖4給出了通橋強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站加速度、速度時(shí)程及相關(guān)的傅里葉譜與加速度反應(yīng)譜。

圖3　64TQO加速度與速度時(shí)程Fig.3 64TQO acceleration and velocity time-history

圖4　64TQO傅里葉譜與加速度反應(yīng)譜Fig.4 64TQO Fourier spectrum and Acceleration response spectrum

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306 -2001）地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對(duì)照表（表2）。

表2　地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對(duì)照表

通橋臺(tái)的最大加速度值為303.2cm/s2，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度應(yīng)該為Ⅷ，但是根據(jù)實(shí)際的災(zāi)害調(diào)查當(dāng)?shù)氐卣鹆叶葹棰?，遠(yuǎn)低于Ⅷ。這也說明了加速度峰值只是判斷地震烈度的一個(gè)參考值而不是確定值，地震烈度的確定還是應(yīng)該以當(dāng)時(shí)在地面上人的感覺、房屋震害程度、其他震害現(xiàn)象、水平向地面峰值加速度等綜合考慮，這樣確定的地震烈度值才比較科學(xué)、準(zhǔn)確。

從圖4的（a）傅里葉譜與(b)加速度反應(yīng)譜可以看出本次地震通橋臺(tái)所得記錄的卓越周期在0.2s附近，特征周期為0.4s，與中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖中特征周期為0.4s區(qū)域的Ⅱ類場(chǎng)地特征周期相同。

3　地震動(dòng)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的比較

寧夏永寧地震獲取的強(qiáng)震動(dòng)記錄為研究寧夏強(qiáng)震動(dòng)的衰減關(guān)系[12-14]以及中國(guó)西部衰減關(guān)系提供了較好的基礎(chǔ)資料。本文選取了俞言祥老師的衰減關(guān)系作為地震動(dòng)預(yù)測(cè)方程形式如下：

式中，Y為地震動(dòng)參數(shù)aE或vE；M為面波震級(jí)；R為震中距；A、B、C、D和E為回歸系數(shù)。此次地震的震級(jí)為M4.6，所以選取了小于6.5級(jí)的回歸系數(shù)（表3），表中σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

表3　衰減關(guān)系系數(shù)

圖5為永寧地震數(shù)據(jù)的加速度峰值（東西、南北、垂直向）和預(yù)測(cè)值之間的比較，為了研究近場(chǎng)地震動(dòng)特性，僅繪制了100km以內(nèi)的數(shù)據(jù)。從圖中可以看出水平向的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的離散較大，垂直向的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的離散較小?？傮w觀測(cè)值大于預(yù)測(cè)值，但在垂直向PGA與預(yù)測(cè)值符合程度明顯好于水平向。利用實(shí)測(cè)值計(jì)算得到的回歸系數(shù)，水平向（東西、南北）偏差大于垂直向。

圖5　PGA與GMPE關(guān)系對(duì)比Fig.5 PGA in contrast to GMPE relationships

4　討論與結(jié)論

永寧地震是寧夏十五數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)自2007年正式運(yùn)行以來記錄到的寧夏省內(nèi)最大的一次地震，并且獲得了較高質(zhì)量的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，本文統(tǒng)計(jì)了強(qiáng)震動(dòng)記錄隨震中距的數(shù)量分布情況，分析了本次地震的震源機(jī)制解與發(fā)震構(gòu)造，通橋臺(tái)加速度、速度時(shí)程的波形、傅里葉譜與加速度反應(yīng)譜得出本次地震通橋臺(tái)所得記錄的卓越周期在0.2s附近，特征周期為0.4s,與中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖中特征周期為0.4s區(qū)域的Ⅱ類場(chǎng)地特征周期相同。通過地震動(dòng)觀測(cè)的PGA與預(yù)測(cè)值之間的對(duì)比可以看出：水平向的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的離散較大，垂直向的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的離散較小?？傮w觀測(cè)值大于預(yù)測(cè)值，可能與地質(zhì)構(gòu)造及場(chǎng)地條件有關(guān)，在所獲得記錄中的33個(gè)臺(tái)站中只有小口子強(qiáng)震臺(tái)的場(chǎng)地為基巖場(chǎng)地，并且其觀測(cè)值均小于預(yù)測(cè)值，其余臺(tái)站場(chǎng)地均為土層場(chǎng)地，具體原因有待進(jìn)一步的分析研究。

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PRELIMINARY ANALYSIS OF STRONG MOTION OBSERVATION RECORDS OF YONGNING M4.6 EARTHQUAKE IN 2012

LV Jun-qiang1, WEN Rui-zhi2, ZENG Xian-wei1
（1.Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region，Ningxia Yinchuan 750001, China；2.Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，Heilongjiang Harbin 150080, China）

The ground motion of Yongning M4.6 earthquake on November 20，2012 were recorded by 33 stations of the Ningxia Strong Motion Network．The maximum peak acceleration recorded was as much as 303.2cm/s2．It is the first earthquake with the most strong motion records simultaneously since the strong motion observation was carried out in Ningxia Hui Autonomous Region，which exhibits the preliminary results of the strong motion network construction．The records were analyzed preliminarily in this paper．

Yongning M4.6 earthquake；strong motion records；acceleration peak value；attenuation relationship

P315.63

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2015.02.003

1674-8565（2015）02-0019-05

中國(guó)地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：20140325）;中國(guó)地震局2014年度交流訪問學(xué)者計(jì)劃聯(lián)合資助

2015-03-24

2015-05-15

呂俊強(qiáng)（1978-），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市人，2004年畢業(yè)于云南大學(xué)，地球物理專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作。E-mail：84630932@qq.com