2015年興都庫(kù)什地區(qū)7.8級(jí)地震強(qiáng)震記錄與分析

楊銳，楊程，解全才，錢亮，毛國(guó)良

(1．河北省地震局，河北石家莊　050021； 2.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱　150080)

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2015年興都庫(kù)什地區(qū)7.8級(jí)地震強(qiáng)震記錄與分析

楊銳1，楊程2，解全才2，錢亮2，毛國(guó)良1

(1．河北省地震局，河北石家莊050021； 2.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱150080)

2015年10月26日，阿富汗興都庫(kù)什地區(qū)發(fā)生7.8級(jí)地震。中國(guó)國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心收到新疆自治區(qū)地震局40組強(qiáng)震動(dòng)記錄事件，對(duì)此地震進(jìn)行反應(yīng)譜和傅里葉譜分析，得出峰值加速度圖和儀器烈度圖，得到震中距536.6 km的布拉克蘇地震臺(tái)獲得最大地震動(dòng)峰值加速度為20.3 cm/s2，得到的儀器烈度值最大為5.3度，最近的469.2 km的新疆吉根地震臺(tái)儀器烈度為2.4度，可以體現(xiàn)出強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)的作用和效果。

強(qiáng)震動(dòng)記錄；加速度峰值；頻譜分析；地震烈度

0　引　言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，北京時(shí)間2015年10月26日17時(shí)9分，在阿富汗興都庫(kù)什地區(qū)(36.5°N，70.8°E)發(fā)生M7.8級(jí)地震，震源深度約210 km。最近震中距阿富汗首都喀布爾約260 km，距我國(guó)邊境約330 km。該次地震屬于境外地震，新疆自治區(qū)南疆部分地區(qū)有震感。

中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心回收了新疆自治區(qū)地震局40組強(qiáng)震臺(tái)站記錄資料。本文將主要針對(duì)這次興都庫(kù)什地區(qū)M7.8級(jí)地震強(qiáng)震記錄進(jìn)行處理匯總分析，以此來(lái)檢驗(yàn)我國(guó)強(qiáng)震臺(tái)對(duì)國(guó)外大震的記錄效果和儀器性能，對(duì)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)、發(fā)展和完善具有一定的促進(jìn)作用。

1　地震與觀測(cè)概況

1.1地震基本情況

阿富汗興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震發(fā)生在阿富汗費(fèi)扎巴德東南82 km處。據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局報(bào)道，強(qiáng)震過(guò)后發(fā)生至少1次余震，震級(jí)為M4.8級(jí)。興都庫(kù)什地區(qū)是阿富汗地震頻發(fā)區(qū)，1949年3月4日，該地區(qū)曾發(fā)生1次7.5級(jí)地震。此后，該地區(qū)至少發(fā)生了7次7級(jí)以上地震。據(jù)巴基斯坦媒體報(bào)道，此次地震巴基斯坦全國(guó)大部分地區(qū)都有明顯震感，地震造成大量通信基站倒塌，部分地區(qū)通信中斷，北部地區(qū)出現(xiàn)山體滑坡和冰川破裂。地震導(dǎo)致至少363人死亡，其中巴加斯坦受災(zāi)最為嚴(yán)重，當(dāng)?shù)卮_定死亡人數(shù)達(dá)248人，阿富汗死亡115人，印度、巴基斯坦、烏茲別克斯坦以及我國(guó)新疆南部喀什、和田、阿克蘇和克孜勒蘇柯爾克孜自治州等地均有強(qiáng)烈震感。

1.2觀測(cè)儀器和測(cè)點(diǎn)分布情況

興都庫(kù)什地區(qū)M7.8級(jí)地震后，截至29日15點(diǎn)46分，中國(guó)國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心共收到新疆自治區(qū)地震局強(qiáng)震動(dòng)記錄事件40，較清晰記錄了該次地震的加速度波形。使用的強(qiáng)震動(dòng)記錄器均為美國(guó)Kinemetrics公司生產(chǎn)的ETNA/ES-T型，儀器的主要性能參數(shù)：動(dòng)態(tài)范圍108dB@200sps，頻率響應(yīng)DC-80Hz@200sps，分辨力18bit@200sps，系統(tǒng)噪聲小于8μV RMS。獲取加速度記錄臺(tái)站參數(shù)見表1，40個(gè)臺(tái)站均為土層臺(tái)。圖1是興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震震中與接收到新疆強(qiáng)震數(shù)據(jù)的40個(gè)強(qiáng)震臺(tái)測(cè)點(diǎn)的分布，震中距分布在469.2 km～689.9 km范圍，最近的臺(tái)站是震中距469.2 km的吉根臺(tái)。

圖1興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震震中及40個(gè)數(shù)據(jù)臺(tái)測(cè)點(diǎn)分布

2　強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)情況

國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)共獲取了新疆自治區(qū)地震局40個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震的加速度記錄，圖2是未經(jīng)過(guò)校正的震中距最近的吉根臺(tái)和烏魯克恰提臺(tái)記錄的強(qiáng)震時(shí)程圖，均清晰記錄了興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震。由于此次強(qiáng)震屬于境外地震，既使最近的吉根臺(tái)震中距也在469.2 km，故波形周期較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，并且此次地震震源深度為210 km，屬中深源地震，所以面波振幅不是太大。一般而言，中源地震對(duì)于地面的破壞要遠(yuǎn)小于淺源地震，但較強(qiáng)的中源地震除外，并且通常有著廣闊的有感范圍。

通過(guò)對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，得到了40組三分量加速度記錄共120條。震中距最近的吉根臺(tái)加速度峰值為5.4 cm/s2，震中距536.6 km的布拉克蘇臺(tái)獲得最大地震動(dòng)峰值加速度為20.3 cm/s2。峰值加速度圖中，峰值加速度為三分向中最大值(圖3)。

(a)吉根臺(tái)；(b)烏魯克恰提臺(tái)

圖2興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震加速度時(shí)程記錄

表1 新疆40個(gè)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)加速度記錄分析結(jié)果

圖3　興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震記錄峰值加速度的臺(tái)站分布

3　加速度反應(yīng)譜

強(qiáng)震記錄的頻譜表示一次地震動(dòng)過(guò)程中振幅與頻率關(guān)系。強(qiáng)震記錄中包含了極為豐富的振動(dòng)頻率，不同地區(qū)的優(yōu)勢(shì)振動(dòng)頻率不同，則在不同頻率的振動(dòng)作用下，結(jié)構(gòu)振動(dòng)就不相同。為了避免在地震作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生共振現(xiàn)象，確保結(jié)構(gòu)安全，因而有必要對(duì)地震的頻率成分進(jìn)行分析[1]。

根據(jù)震中距不同選擇有代表性的6個(gè)臺(tái)站進(jìn)行頻譜分析，6個(gè)臺(tái)具有震中距相近和記錄的峰值加速度值最大的特點(diǎn)。設(shè)置的反應(yīng)譜的阻尼系數(shù)分別取為0、0.02、0.05、0.1和0.2，得到了6個(gè)臺(tái)站三分量一共18個(gè)分道的5種阻尼比的單自由度系統(tǒng)的加速度反應(yīng)譜，如圖4所示，橫坐標(biāo)為自震圓頻率，縱坐標(biāo)為反應(yīng)譜值。可以看出，6個(gè)臺(tái)站的反應(yīng)譜高頻成分比較豐富，多數(shù)臺(tái)2個(gè)水平分量反應(yīng)譜較為相近，垂直分量反應(yīng)譜相對(duì)較小，主要分布在6 Hz～14 Hz之間。圖4同時(shí)也反應(yīng)了不同地貌、相同覆蓋層深度，不同震中距對(duì)反應(yīng)譜的細(xì)微變化的影響。震中距越大，三分向反應(yīng)譜越接近，隨著震中距的加大，高頻值反應(yīng)譜的衰減減慢。加速度反應(yīng)譜給出了作用在結(jié)構(gòu)上的地震力，即由地基向結(jié)構(gòu)輸入的力[2]。

4　加速度傅氏譜

對(duì)6個(gè)臺(tái)站記錄的加速度記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行傅氏譜分析計(jì)算，分析結(jié)果見圖4?？梢娬鹬芯嘧罱募_(tái)傅氏譜值較小，加速度譜峰值在211Hz之間，與震中距相近的烏魯克恰提臺(tái)得到的傅氏譜值與其相當(dāng)。隨著震中距加大，吾合沙魯臺(tái)、奧依塔克臺(tái)及烏恰臺(tái)傅氏譜值也有增大的趨勢(shì)，加速度譜峰值在4 Hz～17 Hz之間，但峰值加速度最大的布拉克蘇臺(tái)三分向傅氏譜值均很大，分別達(dá)到24 cm/s2，24 cm/s2，18 cm/s2，加速度峰值在0.5Hz左右。

根據(jù)新疆自治區(qū)地震局40個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)得到的120條傅氏譜可見，單峰值型傅式譜和雙峰值型傅氏譜偏少，多數(shù)是多峰值型傅氏譜。單峰值占30%，雙峰值占18%，多峰值所占的比例達(dá)52%。這可能與所選臺(tái)址位土層有關(guān)，致使頻率成分豐富[3](圖5)。

(a)吉根臺(tái)；(b)烏魯克恰提臺(tái)；(c)吾合沙魯臺(tái)；(d)奧依塔克臺(tái)；(e)烏恰臺(tái)；(f)布拉克蘇臺(tái)

5　地震烈度

工程地震學(xué)與城市減災(zāi)研究室陳鯤博士給出此次地震的地震動(dòng)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，最大烈度可達(dá)Ⅸ度以上，預(yù)計(jì)可能的影響范圍近13萬(wàn)平方公里。地震發(fā)生時(shí)，阿富汗首都喀布爾有強(qiáng)烈震感，建筑物強(qiáng)烈晃動(dòng)，持續(xù)時(shí)間至少1分鐘，電力和手機(jī)信號(hào)一度中斷，許多民眾跑到室外躲避，部分建筑墻體出現(xiàn)裂痕。印度媒體報(bào)道，印度北部和首都新德里均有明顯震感，新德里的地鐵一度停運(yùn)；烏茲別克斯坦媒體報(bào)道，塔什干、撒馬爾罕、納曼干、安集延等地區(qū)均有明顯震感；我國(guó)新疆南部震感強(qiáng)烈，不少人第一時(shí)間跑到屋外空地躲避，輕微震了幾秒后，很快就有了強(qiáng)烈搖晃。對(duì)于我國(guó)新疆南疆來(lái)說(shuō)，震中距較大，離震中較遠(yuǎn)，又是中深源地震，破環(huán)性及震感強(qiáng)烈程度要比淺源地震小些。地震發(fā)生不久，我國(guó)克孜勒蘇柯爾克孜自治州公安消防支隊(duì)已進(jìn)入Ⅱ級(jí)響應(yīng)。

中國(guó)國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心利用強(qiáng)震加速度記錄得出的儀器烈度值如圖6所示，震中距在559.6 km的牙普泉臺(tái)強(qiáng)震數(shù)據(jù)得出的儀器烈度最大為5.3度，與震中距在536.6 km的布拉克蘇臺(tái)儀器烈度值5.1度相當(dāng)，對(duì)應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別比較合理。儀器烈度是由地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度回歸關(guān)系計(jì)算得出，比現(xiàn)場(chǎng)震害宏觀調(diào)查得出的地震烈度快速、及時(shí)，強(qiáng)震數(shù)據(jù)的使用能夠?yàn)檎鸷缶仍?、指揮等提供服務(wù)。儀器烈度與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)考察烈度會(huì)有少許差入，這與地震地質(zhì)結(jié)構(gòu)、儀器性能、場(chǎng)地響應(yīng)等有一定關(guān)系，有待更多的數(shù)據(jù)和地震實(shí)例來(lái)考證[4]。

圖6興都庫(kù)什M7.8級(jí)地震儀器地震烈度分布

6　結(jié)　論

(1)對(duì)阿富汗興都庫(kù)什地區(qū)的M7.8級(jí)地震，中國(guó)國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心共收到新疆自治區(qū)地震局40組強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄。獲得加速度記錄的40個(gè)臺(tái)站震中距在469.2 km～689.9 km范圍，加速度時(shí)程圖顯示波形周期較大、震動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、面波振幅較小，與該次震相對(duì)我國(guó)境內(nèi)震中距較遠(yuǎn)、震源深度較深相對(duì)應(yīng)。加速度峰值在1.9 cm/s2～20.3cm/s2之間，記錄到的最大加速度峰值為震中距469.2 km的吉根臺(tái)20.3 cm/s2。

(2)對(duì)具有代表性的6個(gè)臺(tái)進(jìn)行反應(yīng)譜分析，可見反應(yīng)譜的高頻成分比較豐富。多數(shù)臺(tái)兩個(gè)水平分量反應(yīng)譜較為相近，垂直分量反應(yīng)譜相對(duì)較小，主要分布在6 Hz～14 Hz之間。

(3)對(duì)典型的6個(gè)臺(tái)的強(qiáng)震數(shù)據(jù)進(jìn)行傅氏譜分析，可見單峰值和雙峰值型傅氏譜偏少，以多峰值型傅氏譜為主。單峰值占30%，雙峰值占18%，多峰值所占的比例達(dá)52%。

(4)國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心利用強(qiáng)震加速度記錄得出的我國(guó)境內(nèi)儀器烈度值在2.3度～5.3度，震中距在559.6 km的牙普泉臺(tái)的強(qiáng)震數(shù)據(jù)得出的儀器烈度最大為5.3度，與震中距在536.6 km的布拉克蘇臺(tái)的儀器烈度值5.1度相當(dāng)，我國(guó)克孜勒蘇柯爾克孜自治州公安消防支隊(duì)啟動(dòng)Ⅱ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)較為合理。

(5)此次興都庫(kù)什地區(qū)M7.8級(jí)強(qiáng)震，我國(guó)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心能夠獲得寶貴的數(shù)據(jù)資料并加以利用和分析，對(duì)于強(qiáng)震數(shù)據(jù)的積累、應(yīng)用和評(píng)價(jià)儀器工作性能以及強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)及強(qiáng)震數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)出等方面均具有積極的意義。

[1]李山有．強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)的應(yīng)用[J]．東北地震研究，2004，20(4 )：64-74.

[2]何少林，閔祥儀，何新社,等．2002年12月17日玉門ML4.5地震的強(qiáng)震儀多條記錄資料分析[J] ．西北地震學(xué)報(bào)，2004，26(3)：274-279.

[3]李永振．遼寧海城M4.3級(jí)地震強(qiáng)震記錄分析[J]．地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32(2):42-46.

[4]黃旭濤，溫瑞智，任葉飛,等．2013年7月22日岷縣漳縣6.6級(jí)地震強(qiáng)震記錄及特征分析[J]．地震工程學(xué)報(bào)，2013，35(3)：489-496.

ANALYSIS ON STRONG MOTION RECORDS OF HINDUKUSHM7.8 EARTHQUAKE IN 2015

YANG Rui1, YANG Cheng2, XIE Quancai2，QIAN Liang2，MAO Guoliang1

(1．EarthquakeAdministrationOfHebeiProvince，Shijiazhuang050021，China；2.InstituteOfEngineeringMechanics，CEA，Haerbin150080，China)

M7.8 earthquake occurred on October 26, 2015 in Afghan Hindukush region. China national strong motion network center received 40 groups of strong motion records events recorded by Earthquake Adminisration of Xinjiang Autonomus Region. This earthquake response spectrum and the Fourier spectrum are analyzed and got the graph diagram and instrumental intensity of peak ground acceleration. The epicenter distance of Braqus Sudeten seismic station is 536.6 km and its maximum peak ground acceleration is 20.3 cm/s2, the maximum value of instrumental seismic intensity is 5.3 degree. The epicenter distance of Xinjiang Jigen seismic station is 469.2 km and its instrumental intensity is 2.4 degree. The function of these stations can reflect the strong motion network construction effect.

Strong motion record; The peak of acceleration; Spectral analysis; Seismic intensity

2016-03-28

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)：20160504)、河北省地震局科技星火項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：DZ20160407040)資助。

楊銳(1983—)，女，河北懷來(lái)人，工程師，本科，從事地震監(jiān)測(cè)與速報(bào)工作。E-mail:yangrui9811@eyou.com。

P315.3

A

1005-586X(2016)03-0014-07