汶川MS8.0地震河谷地形對(duì)漢源縣城高烈度異常的影響

李平， 劉紅帥， 薄景山， 李孝波， 于曉輝

1 防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河　065201 2 地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)工程研究中心， 北京　100036

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汶川MS8.0地震河谷地形對(duì)漢源縣城高烈度異常的影響

李平1， 劉紅帥2*， 薄景山1， 李孝波1， 于曉輝1

1 防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河065201 2 地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)工程研究中心， 北京100036

摘要漢源縣城位于汶川 MS8.0 特大地震六度區(qū)內(nèi)唯一的八度異常區(qū)，為典型且罕見(jiàn)的遠(yuǎn)震高烈度異常區(qū).漢源縣城處于流沙河的河流階地之上，河谷地形對(duì)地震震害有顯著的影響.為定量分析河谷地形對(duì)汶川大地震漢源縣高烈度異常的影響，基于漢源縣城震害科學(xué)考察和場(chǎng)地勘察獲取的資料，根據(jù)震害分布特征和流沙河谷地形的特點(diǎn)，選取1條實(shí)測(cè)得到的橫切漢源縣城并垂直流沙河河谷方向的典型剖面作為計(jì)算模型，以脈沖作為基底輸入，采用有限差分方法研究了該剖面的場(chǎng)地放大效應(yīng)，分析了地形對(duì)高烈度異常的影響.計(jì)算結(jié)果表明：漢源縣城場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)放大效應(yīng)的顯著頻段是1.0～10 Hz，且這一頻段老縣城場(chǎng)地的放大效應(yīng)比新縣城場(chǎng)地顯著；漢源老縣城場(chǎng)地對(duì)汶川MS8.0地震主震的地震動(dòng)有顯著的放大效應(yīng)，地表峰值加速度大大超過(guò)了抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定值；漢源場(chǎng)地地形放大效應(yīng)顯著頻段與汶川MS8.0地震的能量集中頻段基本吻合，漢源老縣城建筑物的自振頻率恰恰位于該頻段，產(chǎn)生共振效應(yīng)，從而造成更顯著的放大效應(yīng)，這也是漢源震害異常的主要原因之一.由此可見(jiàn)，河谷地形對(duì)地表地震動(dòng)有重要的影響，在工程選址和抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其影響.

關(guān)鍵詞汶川MS8.0地震； 河谷地形； 異常烈度； 地震動(dòng)； 有限差分方法； 抗震設(shè)計(jì)

1引言

破壞性地震發(fā)生的烈度異常是一種常見(jiàn)現(xiàn)象.例如，國(guó)內(nèi)典型的烈度異常有1976年唐山大地震的玉田Ⅵ度低烈度異常(劉曾武等，1982)以及北京地區(qū)高烈度異常(高振寰，1979；蔣溥等，1979)、麗江7.0級(jí)地震震害異常(韓新民和周瑞琦，1997)、伽師6.6級(jí)地震震害異常(李錳等，2000)、大姚6.2級(jí)地震震害異常等(非明倫等，2004).國(guó)外，最具有代表的是1985年9月19日墨西哥8.1級(jí)地震墨西哥城高烈度異常(Anderson et al.，1986).2008年5月12日14時(shí)28分，在中國(guó)四川省汶川縣發(fā)生了震級(jí)為MS8.0特大地震，在四川漢源和陜西渭河沿岸分別有Ⅷ度和Ⅶ度烈度異常區(qū)，在甘肅慶陽(yáng)南部、云南昭通地區(qū)北部、重慶梁平、西安部分地區(qū)還有Ⅵ度異常區(qū)，如圖1所示(袁一凡，2008).其中漢源縣城遠(yuǎn)距震中約200 km，為此次特大地震六度區(qū)內(nèi)唯一的八度異常區(qū)，是十分典型且又罕見(jiàn)的遠(yuǎn)震高烈度異常區(qū)，與國(guó)內(nèi)以往多數(shù)地震震害異常相比，其比較突出的特點(diǎn)是該高烈度異常區(qū)的烈度高出所在大區(qū)兩度，這一罕見(jiàn)現(xiàn)象引起了學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注.

2008年7月初，在中國(guó)地震局的組織和領(lǐng)導(dǎo)下，相關(guān)專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍開(kāi)展了汶川MS8.0地震現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)考察工作，旨在查明汶川MS8.0地震的發(fā)震機(jī)理，獲取了活動(dòng)斷層、地殼形變、地震地質(zhì)災(zāi)害、建筑震害和工程地震等方面的第一手資料.漢源縣烈度異常區(qū)場(chǎng)地條件的科學(xué)考察(下文簡(jiǎn)稱(chēng)烈度異?？瓶?是汶川MS8.0地震科學(xué)考察的任務(wù)之一，該任務(wù)由中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所和防災(zāi)科技學(xué)院共同組織完成，開(kāi)展了震害、地質(zhì)、地基和地震地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)調(diào)查.基于地震應(yīng)急和科考期間的資料，國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者對(duì)此烈度異常開(kāi)展了研究，并取得了一些有意義的成果.高孟潭等(2008)從場(chǎng)地條件、近場(chǎng)區(qū)的地震構(gòu)造背景、漢源縣地震臺(tái)震相特征以及震源過(guò)程等方面對(duì)該烈度異常的影響進(jìn)行分析，給出了造成漢源縣城烈度異常的初步原因.薄景山等(2009)結(jié)合汶川MS8.0地震科學(xué)考察資料和數(shù)值模擬結(jié)果，指出了漢源背后山古滑坡復(fù)活和特殊的土層結(jié)構(gòu)對(duì)地震動(dòng)放大效應(yīng)加重了漢源老縣城的震害.齊文浩等(2010)通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲取的漢源縣城地脈動(dòng)的卓越周期，指出漢源老縣城場(chǎng)地軟弱是造成震害異常的主要原因之一.李平等(2012)，李平(2013)基于場(chǎng)地勘察和原位試驗(yàn)資料，采用一維土層地震反應(yīng)分析方法進(jìn)行了詳細(xì)的場(chǎng)地地震反應(yīng)分析，結(jié)果表明場(chǎng)地的土層結(jié)構(gòu)對(duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)加重了漢源老縣城震害.

漢源縣城位于長(zhǎng)條形盆地底部邊緣.已有研究結(jié)果表明，地形地貌對(duì)地震動(dòng)有顯著的影響(Gao et al.，2012；Bordoni et al.，2014；王海云等，2011；任葉飛等，2013； Rote et al.，2009；Tsuda et al.，2010；Zhang et al.，2012).汶川MS8.0地震河谷地形究竟對(duì)漢源縣城震害影響有多大，震時(shí)沒(méi)有獲取強(qiáng)震觀測(cè)資料.本文第一作者有幸作為烈度異常科考組成員并負(fù)責(zé)后期的場(chǎng)地勘察工作，整理分析了漢源縣城烈度異常區(qū)的場(chǎng)地條件資料，在此基礎(chǔ)上，選取1條實(shí)測(cè)得到的橫切漢源縣城并垂直流沙河河谷方向的典型剖面作為計(jì)算模型，以脈沖作為基底輸入，采用有限差分方法研究了該剖面的場(chǎng)地放大效應(yīng)，分析了地形對(duì)高烈度異常的影響，對(duì)研究場(chǎng)地條件工程抗震影響有一定的促進(jìn)作用，對(duì)提高工程抗震水平有著重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值.

2漢源縣城地形地貌

漢源縣城位于橫斷山脈北段東緣，地處川西高原與四川盆地之間的過(guò)渡地帶，區(qū)內(nèi)高山林立，溝壑縱橫.根據(jù)野外調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，繪制出了漢源縣城三維地形圖，如圖2所示.由圖2可知漢源縣城位于長(zhǎng)條形盆地底部邊緣.地形上是周?chē)咧虚g低，高山環(huán)繞四周.漢源縣城所在的區(qū)域?qū)僦械蜕絽^(qū)，絕對(duì)高程約為790～1230 m，相對(duì)高差約440 m.大渡河一側(cè)高山峭壁，陡崖多見(jiàn)；流沙河一側(cè)地勢(shì)開(kāi)闊，坡度平緩，眾多沖溝發(fā)育，沖溝切割不深.地貌以重力地貌和流水地貌為主.重力地貌在大渡河和流沙河兩岸發(fā)育，構(gòu)造較發(fā)育.汶川地震觸發(fā)的崩滑多出現(xiàn)在大渡河的北岸；流沙河的北岸第三系昔格達(dá)組泥巖，沉積厚度較大，易發(fā)生滑坡.流水地貌主要發(fā)育在流沙河，階地發(fā)育，流沙河發(fā)育一級(jí)和二級(jí)階地.勘察資料表明：一級(jí)階地是上疊式，階地上地層為細(xì)顆粒土，與此同時(shí)河漫灘下是河相沉積物；二級(jí)階地是基座式，地層主要以河相的砂卵礫石為主，下部泥巖或砂巖基座.漢源縣城主要坐落在大渡河與流沙河交匯的河流階地上.

3漢源烈度異常現(xiàn)象

地震烈度多指標(biāo)的綜合性、分等級(jí)的模糊性和以后果表示原因的間接性是其三大特點(diǎn)，即使按照相同的標(biāo)準(zhǔn)，不同的人對(duì)于同一地點(diǎn)的評(píng)定結(jié)果可能有很大的差別.由于上述原因，2008年7月，科考組對(duì)2008年5月汶川地震災(zāi)害損失評(píng)估期間所評(píng)定的漢源縣城烈度(高孟潭等，2008)進(jìn)行了認(rèn)真的復(fù)核.科考人員對(duì)漢源縣城建筑物作了更為詳細(xì)的調(diào)查，并選取了33個(gè)典型樣本86棟建(構(gòu))筑物，根據(jù)調(diào)查結(jié)果繪制出漢源縣縣城建(構(gòu))筑物平均震害指數(shù)等值線圖(薄景山等，2009).震害調(diào)查表明老縣城震害較重，房屋建筑毀壞(如圖3所示)或嚴(yán)重破壞，調(diào)查結(jié)果顯示震害指數(shù)處于0.5的等值線范圍，老縣城烈度評(píng)定為Ⅸ度.新縣城位于大渡河與流沙河之間的蘿卜崗上，勘察資料表明該場(chǎng)地覆蓋土層較薄，震害較輕，房屋多為輕微破壞(如圖4所示)或基本完好，調(diào)查結(jié)果顯示震害指數(shù)0.2～0.5之間，漢源縣城新城區(qū)烈度評(píng)定為Ⅶ，綜合評(píng)定漢源縣城評(píng)定為Ⅷ.

圖1　汶川MS8.0地震烈度分布簡(jiǎn)圖(第三稿)(據(jù)袁一凡(2008)圖修改)

從漢源的震害烈度評(píng)定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，漢源縣城震害分布與其地形地貌特征有一定的關(guān)系，蘿卜崗上的新縣城震害較輕，盆地山前的老縣城震害較重.由于該縣城內(nèi)未布設(shè)強(qiáng)震臺(tái)站，故不能直接采用強(qiáng)震記錄的方法來(lái)揭示河谷地形的影響.盡管該方法是被公認(rèn)分析場(chǎng)地效應(yīng)最有效的方法，但是河谷地形對(duì)漢源縣城震害的影響只能采用數(shù)值模擬方法.

圖2　漢源縣城三維地形圖

圖3　漢源老縣城倒塌的房屋

圖4　漢源新縣城輕微破壞的房屋

4計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)

根據(jù)汶川MS8.0地震漢源烈度異?？茖W(xué)考察野外調(diào)查及鉆探勘察得到的資料，選取了1條垂直流沙河河谷方向能反映其河谷地形及震害分布特點(diǎn)的剖面作為計(jì)算剖面，具體位置見(jiàn)圖5.考慮到波動(dòng)數(shù)值模擬單元大小不同，影響地震動(dòng)結(jié)果的有效頻段，為了保證在土層剪切波速為200 m·s-1時(shí)，頻率為10 Hz的波在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)有10個(gè)單元，確定計(jì)算模型四邊形單元和等腰三角形單元邊長(zhǎng)都為2.0 m，其相應(yīng)的計(jì)算模型如圖6所示.為滿(mǎn)足計(jì)算穩(wěn)定條件和保證10 Hz內(nèi)有足夠的輸入分量，計(jì)算時(shí)輸入脈沖函數(shù)的寬度為0.1 s，時(shí)間步距為0.0001 s，這樣可使輸入波的頻段擴(kuò)充到約20 Hz.

圖5　計(jì)算剖面

圖6　計(jì)算模型示意圖

計(jì)算模型中相關(guān)土體資料基于現(xiàn)場(chǎng)鉆探成果確定.勘探成果表明漢源縣城土層主要有填土、粉質(zhì)黏土及卵礫石土組成.計(jì)算模型中土體密度和剪切波速數(shù)值是基于現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析得到，基巖相關(guān)計(jì)算參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取.計(jì)算模型所采用的參數(shù)如表1所示.

表1　模型土物理力學(xué)參數(shù)

5計(jì)算結(jié)果

計(jì)算方法采用二維顯式有限差分和多次透射人工邊界理論，具體方法闡述見(jiàn)文獻(xiàn)(李平，2013；廖振鵬等，1981,1984；廖振鵬，2002；廖振鵬和楊柏坡，1986；楊柏坡和陳慶彬，1992).計(jì)算分析時(shí)輸入脈沖函數(shù)，計(jì)算得到脈沖地震反應(yīng)結(jié)果，如圖7所示.從脈沖地震反應(yīng)震相追蹤結(jié)果可知，計(jì)算過(guò)程沒(méi)發(fā)生失穩(wěn)，由此可見(jiàn)計(jì)算模型和選用的計(jì)算數(shù)據(jù)是合理的，從而計(jì)算結(jié)果是可信的.為了分析地形對(duì)地震動(dòng)不同頻段的反應(yīng)程度，計(jì)算得到了各觀測(cè)點(diǎn)場(chǎng)地傳遞函數(shù)曲線，如圖8所示.傳遞函數(shù)曲線可以得出場(chǎng)地放大效應(yīng)顯著頻率及放大效應(yīng)最大值(Amax)，如圖9所示.從圖9可知，場(chǎng)地各觀測(cè)點(diǎn)在(<1 Hz)低頻存在放大效應(yīng)，觀測(cè)點(diǎn)號(hào)1—8放大效應(yīng)最大值(Amax)相差不大，最小值為1.96，最大值為2.38，平均值為2.2，其值相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)號(hào)9—22值較小，與之相應(yīng)的頻率在0.2～1 Hz之間，頻帶分布不規(guī)律；觀測(cè)點(diǎn)9—22號(hào)放大效應(yīng)值A(chǔ)max值分布范圍稍大，最小值為2.52，最大值為4.4，平均值為3.45，但絕大部分觀測(cè)點(diǎn)放大效應(yīng)Amax值在2～4之間，與之相應(yīng)的頻率都接近1 Hz.

圖7　各觀測(cè)點(diǎn)輸入脈沖地震反應(yīng)圖

圖8　各觀測(cè)點(diǎn)傳遞函數(shù)曲線圖

各觀測(cè)點(diǎn)在(>1 Hz)高頻頻段內(nèi)有顯著的放大效應(yīng)，各觀測(cè)點(diǎn)的放大效應(yīng)Amax值與觀測(cè)點(diǎn)位置存在一定的相關(guān)性.觀測(cè)點(diǎn)號(hào)1—8放大效應(yīng)Amax值在2～5之間分布，最小值為2.4，最大值為4.58，平均值為3.6，相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)號(hào)9—22其值較小，與之相應(yīng)的頻率在2.0～9.6 Hz之間；觀測(cè)點(diǎn)號(hào)9—22放大效應(yīng)Amax值分布范圍較大，最小值為9.05，最大值為36.2，平均值為14.9，與之相應(yīng)的頻率在1.7～8.2 Hz之間，頻段主要在1.7～5.5 Hz之間.由上述結(jié)果可知，漢源場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)放大顯著的觀測(cè)點(diǎn)9—22號(hào)，即老縣城場(chǎng)地較新縣城場(chǎng)地放大效應(yīng)更顯著，其Amax值更大；在放大頻段上(>1 Hz)高頻部分的地震動(dòng)有顯著的放大效應(yīng).據(jù)鉆孔資料可知，老縣城的覆蓋層厚度最深達(dá)60 m，而新縣城覆蓋層厚度10 m左右，由于新老縣城的覆蓋層厚度相差較大(李平，2013)才導(dǎo)致了地震動(dòng)分布不符合“邊緣效應(yīng)”，因此，漢源縣場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)不同的放大效應(yīng)是覆蓋層厚度和地形效應(yīng)共同作用的結(jié)果.

輸入地震動(dòng)頻譜特性對(duì)場(chǎng)地放大效應(yīng)的影響已被相關(guān)研究成果證實(shí)(蘭景巖等, 2012)，考慮到汶川MS8.0地震的頻譜特性，為了使輸入地震動(dòng)盡量符合汶川MS8.0地震漢源場(chǎng)地情況，選用離漢源老縣城最近的九襄強(qiáng)震臺(tái)作為反演臺(tái)站，該強(qiáng)震臺(tái)站記錄到了汶川MS8.0地震主震強(qiáng)震記錄，共記錄到63459點(diǎn)，時(shí)間步長(zhǎng)為0.005 s，其東西向(EW)峰值加速度為72.7 cm·s-2，南北向(SN)為80.35 cm·s-2，該強(qiáng)震記錄時(shí)程曲線如圖10a所示.由于九襄強(qiáng)震臺(tái)站建臺(tái)時(shí)進(jìn)行了場(chǎng)地勘察、土動(dòng)力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)和剪切波速測(cè)試，獲得了詳細(xì)的計(jì)算參數(shù)，所以采用一維等效線性方法反演基巖輸入地震動(dòng)時(shí)程是可行的，得到的基巖輸入地震動(dòng)時(shí)程曲線如圖10b所示(李平，2013).

將輸入地震動(dòng)的傅里葉譜與場(chǎng)地各點(diǎn)傳遞函數(shù)相乘，得到相應(yīng)各點(diǎn)地表反應(yīng)的傅里葉譜，計(jì)算得到相應(yīng)的時(shí)程，結(jié)果如圖11所示，從而得到各觀測(cè)點(diǎn)的峰值加速度.加速度放大倍數(shù)M定義為各觀測(cè)點(diǎn)的峰值加速度與其對(duì)應(yīng)的基巖面峰值加速度的比值，相關(guān)計(jì)算結(jié)果如圖12所示.從圖12可知，輸入NS地震動(dòng)所得到的峰值加速度、加速度放大倍數(shù)M比EW向的相應(yīng)值大；觀測(cè)點(diǎn)1—8號(hào)之間峰值加速度和放大倍數(shù)曲線變化波動(dòng)不大接近平直，這說(shuō)明點(diǎn)號(hào)1—8場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)放大效應(yīng)相差不大，峰值加速度最小值為73.6 cm·s-2，最大值為98.5 cm·s-2，平均值為83.7 cm·s-2，放大倍數(shù)在2.02～2.52之間，平均值為2.21； 9號(hào)觀測(cè)點(diǎn)以后的峰值加速度值和放大倍數(shù)明顯增大，各觀測(cè)點(diǎn)值相差較大，場(chǎng)地地表峰值加速度最小值為152.1 cm·s-2，最大值為674.0 cm·s-2，平均值為272.8 cm·s-2，放大倍數(shù)在4.17～17.2之間，平均值為7.22.這說(shuō)明觀測(cè)點(diǎn)9號(hào)以后的場(chǎng)地對(duì)汶川地震主震地震動(dòng)有顯著的放大效應(yīng)，即漢源老縣城場(chǎng)地對(duì)該地震動(dòng)放大效應(yīng)更顯著.由我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范可知，漢源縣的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度(0.15g)，由計(jì)算結(jié)果可知漢源老縣城汶川地震時(shí)地表峰值地震動(dòng)(平均值為272.8 cm·s-2)大大超過(guò)了設(shè)防烈度所對(duì)應(yīng)的加速度值.

圖9　各觀測(cè)不同頻帶地震動(dòng)的最大放大效應(yīng)及其對(duì)應(yīng)頻率

圖10　九襄強(qiáng)震記錄及其反演基巖地震動(dòng)時(shí)程曲線

綜上所述，漢源老縣城場(chǎng)地對(duì)汶川MS8.0地震的地震動(dòng)放大效應(yīng)非常顯著.為了分析原因，計(jì)算得到了輸入地震動(dòng)傅里葉峰值譜，如圖13所示，由圖可知汶川MS8.0地震主震地震動(dòng)的能量主要集中在1～5 Hz頻段內(nèi).由圖9可知，觀測(cè)點(diǎn)1—8號(hào)除了6號(hào)觀測(cè)點(diǎn)外(漢源新縣城場(chǎng)地)對(duì)地震動(dòng)放大顯著的頻段為5～10 Hz；觀測(cè)點(diǎn)號(hào)9—22的場(chǎng)地(漢源老縣城場(chǎng)地)對(duì)地震動(dòng)放大效應(yīng)顯著的頻段為1～5 Hz，通過(guò)地脈動(dòng)測(cè)試得到該場(chǎng)地的卓越頻率約在1～3 Hz之間(齊文浩等，2010)，計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果接近.這說(shuō)明漢源老縣城場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)顯著頻段與汶川MS8.0地震主震的地震動(dòng)主要能量頻段基本吻合，所以導(dǎo)致漢源老縣城場(chǎng)地對(duì)汶川MS8.0地震主震地震動(dòng)的放大效應(yīng)更加顯著.同時(shí)通過(guò)汶川MS8.0地震漢源縣城震害異?？瓶假Y料可知，漢源縣城破壞嚴(yán)重和毀壞的房屋主要為多層砌體、土木和少量的框架等結(jié)構(gòu)房屋建筑.根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，這類(lèi)房屋的自振頻率約在1.0～10 Hz(李平，2013；梁沙河和陳忠范，2006；王廣軍和樊水榮，1998)，而這一頻段正是該場(chǎng)地放大效應(yīng)非常顯著的頻段，由此產(chǎn)生共振效應(yīng).

圖11　各觀測(cè)點(diǎn)地表地震動(dòng)時(shí)程曲線

圖12　各觀測(cè)點(diǎn)峰值加速度與放大倍數(shù)

圖13　輸入地震動(dòng)加速度傅里葉值譜

由此可見(jiàn)，河谷地形對(duì)漢源烈度異常有著重要的影響，顯著放大的地震動(dòng)峰值大大超過(guò)了漢源縣設(shè)防烈度所對(duì)應(yīng)的加速度值，導(dǎo)致了建(構(gòu))筑物的破壞，共振效應(yīng)加重了漢源老縣城的震害.

6結(jié)論與討論

本文從地形地貌方面采用二維有限差分方法對(duì)漢源縣城震害異常進(jìn)行分析，得到了以下結(jié)論：

(1)漢源縣場(chǎng)地地形對(duì)地震動(dòng)放大效應(yīng)顯著的頻段是1.0～10 Hz，在這一頻段老縣城場(chǎng)地放大效應(yīng)比新縣城場(chǎng)地顯著；

(2)漢源老縣城場(chǎng)地對(duì)汶川MS8.0地震的地震動(dòng)放大效應(yīng)顯著，加大了地表峰值加速度值，其值超過(guò)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)防烈度所對(duì)應(yīng)的加速度值；

(3)汶川MS8.0地震主震地震動(dòng)能量集中頻段與漢源河谷場(chǎng)地放大效應(yīng)顯著頻段基本吻合，產(chǎn)生共振效應(yīng)，進(jìn)一步加重了震害.

因此，地形地貌對(duì)漢源震害異常有著重要的影響.漢源場(chǎng)地是盆地地形地貌和復(fù)雜地質(zhì)條件的典型范例，本文僅從地形地貌一個(gè)方面研究了對(duì)烈度異常的影響.造成漢源烈度的原因不僅與場(chǎng)地條件有關(guān)系，還與地震波的傳播途徑和震源機(jī)制有著密切聯(lián)系.要科學(xué)合理地解釋漢源烈度異常的原因，還要對(duì)汶川地震地震波的傳播途徑及其震源機(jī)制進(jìn)行深入研究，綜合三方面的研究成果才能得到漢源烈度異常的真正答案.同時(shí)，通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)深厚覆蓋層河谷場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)影響很大，在確定該類(lèi)型場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行二維或三維場(chǎng)地地震反應(yīng)分析，這樣才能更有效地考慮地形和覆蓋層的影響，確保設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的科學(xué)性和合理性.

致謝地震科考期間，中國(guó)地震局汶川地震科學(xué)考察指揮部張培震研究員給予了熱情的指導(dǎo)和幫助；汶川地震漢源烈度異常防災(zāi)科技學(xué)院科學(xué)考察組及國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心為本項(xiàng)研究提供了相關(guān)資料；中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所袁一凡研究員在數(shù)值計(jì)算方面給予了悉心的指導(dǎo)；審稿人提出了中肯的修改意見(jiàn)和建議.在此一并表示衷心的感謝.

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(本文編輯何燕)

基金項(xiàng)目中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH15067Y), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51508096,41172293), 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)資金(ZY20140206)資助.

作者簡(jiǎn)介李平，男，1981年生，博士，主要從事場(chǎng)地效應(yīng)及巖土工程抗震方面研究. E-mail：chinaliping1981@126.com *通訊作者劉紅帥，男，1975年生，博士，副研究員，主要從事地震工程的科研與咨詢(xún)工作. E-mail: 13810892160@163.com

doi:10.6038/cjg20160115 中圖分類(lèi)號(hào)P315

收稿日期2015-01-27，2015-09-01收修定稿

Effects of river valley topography on anomalously high intensity in the Hanyuan town during the WenchuanMS8.0 earthquake

LI Ping1， LIU Hong-Shuai2*， BO Jing-Shan1， LI Xiao-Bo1， YU Xiao-Hui1

1InstituteofDisaster-Prevention,HebeiSanhe065201,China2NationalEarthquakeInfrastructureService,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100036,China

AbstractThe Hanyuan town is located approximately 200 km to the macro-epicenter of the great Wenchuan MS8.0 earthquake. However, it is the only one within the intensity VIII zone, surrounded by a region of intensity VI. In landscape, this town lies on the second and third terraces of the Liusha River. The river valley topography has important influence on earthquake damage. Authors have obtained several geological profiles during the scientific survey and carried out the measurements of shear velocity in the typical boreholes in Hanyuan. To quantitatively analyze the effects of river valley topography on the intensity anomalies in this area, a profile, perpendicular to the Liusha River and passing through the town, is selected as the computation model reflecting the differences of damage. Taking the pulse waves as the base inputs, the site amplification effects of the selected profile are studied by employing the finite difference method of wave propagation to analyze the effects of river topography on the high intensity anomalies. The results show that the frequencies of 1.0 to 10 Hz are the most amplified by the site of Hanyuan town and the magnifying effects are more significant in the old town than in the new town. The sites in the old town have significant amplification effects on the ground motion of main shock during the Wenchuan MS8.0 earthquake and the peak accelerations of the old town greatly exceeded the specified value in the code of seismic design of buildings. The most significant frequencies amplified by the sites of the Hanyuan town are consistent with the concentrated energy frequency bands of the Wenchuan MS8.0 earthquake, and the natural frequencies of buildings in the old town are just within these frequencies, thus leading to resonance effects to cause more significant amplification effects. This is one of the main causes inducing the intensity anomalies in the town during the Wenchuan MS8.0 earthquake. Therefore, the valley terrain has important influences on the ground motion, which should be considered in selecting project sites and seismic design.

KeywordsWenchuan MS8.0 earthquake； Valley topography； Abnormal intensity； Ground motion; Finite difference method; Seismic design

李平， 劉紅帥， 薄景山等. 2016. 汶川MS8.0地震河谷地形對(duì)漢源縣城高烈度異常的影響.地球物理學(xué)報(bào)，59(1):174-184,doi:10.6038/cjg20160115.

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