李永振，王曉睿，趙龍梅，常銀輝
（遼寧省地震局，遼寧 沈陽(yáng) 110034）
據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心正式測(cè)定：2023 年8月23 日18 時(shí)19 分47 秒遼寧省大連市普蘭店區(qū)發(fā)生M4.6 地震（本文以后章節(jié)統(tǒng)稱遼寧普蘭店M4.6 地震），震中位置為東經(jīng)122.2 度、北緯39.42度。
本次遼寧普蘭店M4.6 地震，遼寧省強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)共獲取了34 組加速度記錄。這是遼寧省強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)建成以來(lái)，首次獲取200 cm/s2以上加速度記錄[1-2]，使我省M4.5以上強(qiáng)震記錄由原來(lái)的3次，增加到4次。研究加速度記錄特征，對(duì)地震安全性評(píng)價(jià)，地震烈度速報(bào)與預(yù)警等工作具有重要意義[1-3]。因此，本文針對(duì)普蘭店M4.6地震，強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站獲取的加速度記錄的峰值、頻譜、峰值衰減規(guī)律、V/H比值等進(jìn)行了分析。
1.1 觀測(cè)臺(tái)站與儀器
目前，遼寧省共有國(guó)家級(jí)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站35個(gè)，主要采用珠海泰德企業(yè)有限公司生產(chǎn)的TDA-33M 型力平衡加速度計(jì)和北京港震機(jī)電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的BBAS-2 型力平衡加速度計(jì)。數(shù)據(jù)采集器采用北京港震機(jī)電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GSMA-2400IP 型地震數(shù)據(jù)采集器，以及珠海泰德企業(yè)有限公司生產(chǎn)的TDE-324CI 型地震數(shù)據(jù)采集器（表1）。數(shù)據(jù)采集器為IP 方式通訊，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收和事件觸發(fā)兩種方式。
強(qiáng)震動(dòng)儀器設(shè)置主要參數(shù)為：采樣率土層臺(tái)站為200 Hz，基巖臺(tái)站為100 Hz，事前存儲(chǔ)時(shí)間為20 s，事后存儲(chǔ)時(shí)間為20 s。加速度計(jì)測(cè)量范圍±2 g，動(dòng)態(tài)范圍大于等于130 dB以上。
表1 強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站使用的加速度計(jì)主要性能指標(biāo)[4-6]
1.2 獲取的強(qiáng)震動(dòng)記錄
距離遼寧普蘭店M4.6 地震震中距最近的臺(tái)站為普蘭店臺(tái)，震中距11.7 km，最大峰值加速度為280.1 cm/s2。圖1為普蘭店臺(tái)和炮臺(tái)未校正加速度記錄時(shí)程。
圖1 加速度波形記錄Fig.1 Acceleration waveform recording
本次地震共獲取加速度記錄34 組，其中強(qiáng)震動(dòng)基巖臺(tái)站獲取12組36條加速度記錄，土層場(chǎng)地臺(tái)站獲取22 組66 條加速度記錄。從表2 可見，獲取加速度記錄的臺(tái)站，震中距約從11～380 km 分布不等，峰值加速度隨震中距增加而逐漸減小，最小約0.1 cm/s2，最大約280.1 cm/s2。
表2 強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站地震動(dòng)參數(shù)表
續(xù)表
2.1 頻譜
本文主要分析近場(chǎng)臺(tái)站普蘭店臺(tái)頻譜特征。普蘭店臺(tái)架設(shè)設(shè)備是珠海泰德公司生產(chǎn)的TDA-33M 加速度計(jì)和TDE-324CI 數(shù)據(jù)采集器，通訊方式為網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通訊，觸發(fā)方式采用實(shí)時(shí)觸發(fā)和事件觸發(fā)兩種方式，儀器架設(shè)采用地面儀器墩方式，具體地點(diǎn)是大連市普蘭店區(qū)大譚鎮(zhèn)雙山村。該臺(tái)站震中距為11.7 km，單分向最大加速度為EW 向280.09 cm/s2，NS 向265.42 cm/s2。臺(tái)站為土層臺(tái)，場(chǎng)地屬于Ⅱ類場(chǎng)地。
臺(tái)址所在地區(qū)，零星分布有前震旦系混合巖、城子坦組片麻巖、震旦系釣魚臺(tái)組砂巖、礫巖、南芬組頁(yè)巖、粉砂巖以及寒武系下統(tǒng)灰?guī)r、頁(yè)巖。區(qū)內(nèi)主要地震構(gòu)造為北北東向金州斷裂，沿?cái)嗔寻l(fā)生過(guò)多次5～6級(jí)地震。
文中加速度記錄傅立葉譜和反應(yīng)譜分析，采用如下方法[7]：（1）加速度記錄零點(diǎn)校正和基線校正；
（2）反應(yīng)譜的阻尼系數(shù)ξ 取為5%；
（3）加速度記錄事件前、后保留的時(shí)間均為20 s；
（4）反應(yīng)譜的計(jì)算采用BAP方法。
通過(guò)計(jì)算，得到普蘭店M4.6 地震普蘭店臺(tái)加速度傅氏譜和反應(yīng)譜（圖2）特征如下：（1）EW 向、NS 向的譜最大峰值在10 Hz 附近，UD向譜最大峰值在20 Hz 附近。（2）EW 向、NS向在30 Hz 附近，出現(xiàn)第二大譜峰值，之后迅速衰減。UD 向表現(xiàn)與NS 向、EW 向迥然不同，在20 Hz 附近出現(xiàn)最大峰值，之后在20～70 Hz 平穩(wěn)波動(dòng)，而70 Hz 以后才開始加速衰減。原因可能是：①推測(cè)此次地震震源產(chǎn)出的地震波高頻成分比較發(fā)育；
②普蘭店臺(tái)為土層臺(tái)，場(chǎng)地屬于Ⅱ類臺(tái)，對(duì)高頻成分有放大作用。因此，在不同頻段出現(xiàn)多個(gè)譜峰值。而UD 向與EW 向、NS 向相比，20～70 Hz 高頻成分相對(duì)平穩(wěn)。（3）豎向與水平向譜峰值比值，分別為0.29 和0.31，豎向與水平向的譜峰值比小于二分之一。
圖2 普蘭店臺(tái)站記錄傅氏譜Fig.2 Fourier spectrum recorded at Pulandian Seismic Station
圖3 普蘭店臺(tái)站記錄加速度反應(yīng)譜Fig.3 Recorded acceleration response spectrum at Pulandian Seismic Station
2.2 PGA衰減
從圖4 可知，遼西和遼東地區(qū)臺(tái)站較為稀少，本次4.6級(jí)地震震中在遼寧省大連市普蘭店區(qū)，距離普蘭店強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)11.7 km，EW向、NS向、UD向峰值分別為280.1 cm/s2、265.4 cm/s2、82.8 cm/s2。
遼寧普蘭店M4.6 地震共獲取34 組，共計(jì)102 條三分向加速度記錄，本文對(duì)所有臺(tái)站NS向、EW 向、UD 向進(jìn)行了衰減曲線繪制，為統(tǒng)一場(chǎng)地類型，因此剔除了基巖臺(tái)站記錄，另外，剔除了加速度峰值出現(xiàn)異常的析木臺(tái)記錄。如圖5所示，圖中短點(diǎn)劃線表示UD 向峰值衰減曲線，長(zhǎng)短劃線表示EW 向衰減曲線，實(shí)線表示NS 向衰減規(guī)律曲線，擬合坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。其方程是LN()PGA=LN(a)+b(Δ)，其中PGA為UD 向、EW 向、NS 向 加速度峰值，a、b 是方程的回歸系數(shù)，△代表臺(tái)站與震中距離，R2是趨勢(shì)線擬合的指標(biāo)，它的擬合程度越高，越接近于1（表3）。從實(shí)際擬合結(jié)果看，水平向衰減曲線接近，UD向衰減曲線值偏小。R2值在0.907～0.953 之間，置信水平較好，表明UD向、EW 向、NS 向加速度峰值擬合曲線有較高的可信度。
圖4 臺(tái)站與震中位置圖Fig.4 Location of the station and the epicenter
圖5 普蘭店M4.6地震衰減規(guī)律曲線Fig.5 Attenuation curve of Pulandian M4.6 earthquake
表3 擬合方程參數(shù)
遼寧普蘭店M4.6 地震，PGA 衰減規(guī)律表現(xiàn)出如下特征：（1）震中距20 km 以內(nèi)，PGA 峰值最大，達(dá)到280 cm/s2之多，而距震中48 km的炮臺(tái)臺(tái)，PGA值迅速衰減到27 cm/s2，是普蘭店臺(tái)最大峰值的1/10不到。（2）震中距50～130 km緩慢衰減，最大峰值在7 cm/s2～25 cm/s2之間波動(dòng)。（3）震中距130 km 以上則呈現(xiàn)迅速衰減狀態(tài)，峰值加速度變化范圍在10 cm/s2～5 cm/s2之間變化。（4）震中距200 km 之后，峰值由8 cm/s2～0.09 cm/s2之間呈緩慢波動(dòng)式下降。（5）震中距相近條件下，土層類型臺(tái)站峰值與基巖類型臺(tái)站峰值相比較，土層類型臺(tái)站峰值是基巖類型臺(tái)站峰值的2 倍左右。由此可見，土層對(duì)地震動(dòng)放大作用明顯。（6）析木臺(tái)的峰值不符合衰減規(guī)律。其震中距為164 km，水平向峰值達(dá)到29.6 cm/s2，豎向峰值達(dá)到82.8 cm/s2。然而，與震中距相近的偏嶺臺(tái)和海城臺(tái)相比之下，析木臺(tái)的水平向峰值相差20 cm/s2以上，豎向峰值相差也在9 cm/s2，這與衰減規(guī)律不符，需要進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)勘查分析。
2.3 加速度記錄校正
針對(duì)遼寧普蘭店M4.6 地震，根據(jù)中國(guó)地震局儀器烈度計(jì)算規(guī)程[9]，進(jìn)行了如下處理：
（1）零線校正：采用原始記錄減去事件前20秒的記錄平均值方法，得到未校正加速度記錄。
（2）頻響校正：根據(jù)中國(guó)地震局強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄校正相關(guān)規(guī)定，加速度進(jìn)行0.1～10 Hz帶通濾波處理，得到校正加速度記錄。
表4 列出了125 km 以內(nèi)的臺(tái)站，未校正的加速度記錄和校正后的加速度記錄，二者對(duì)比，未校正記錄和校正記錄峰值存在明顯差異，加速度記錄經(jīng)校正后，峰值較原始記錄峰值平均減少了5%～93%左右。由此可見，帶通濾波不僅消除了高頻成份，而且對(duì)加速度峰值影響顯著。
表4 加速度記錄校正前、后值對(duì)比
2.4 場(chǎng)地類型V/H比值隨震中距的變化
本文根據(jù)遼寧普蘭店M4.6 地震，計(jì)算了基巖臺(tái)站和土層臺(tái)站，垂直向峰值V與水平向峰值H隨震中距V/H比值變化情況。如圖6 所示，場(chǎng)地類型V/H比值隨震中距的變化特點(diǎn)如下：（1）距離200 km 之內(nèi)，相同震中距條件下，基巖臺(tái)站V/H比值平均值只是略大于土層臺(tái)站V/H比值，而200 km 之外，基巖臺(tái)站V/H比值明顯大于土層臺(tái)站V/H比值。（2）水平向V/H比值，隨震中距的增加在0.1～0.7 范圍波動(dòng)；
基巖臺(tái)站V/H比值，隨震中距增加在0.5～1.4 范圍波動(dòng)。由此可見，相同震中距條件下，基巖臺(tái)站V/H比值普遍大于土層臺(tái)站V/H比值，震中距200～300 km之間，這一現(xiàn)象明顯。
圖6 不同場(chǎng)地上V/H隨距離的變化Fig.6 Relationship between V/H and distance on differentsites
本文針對(duì)遼寧普蘭店M4.6 地震加速度記錄特征進(jìn)行了分析，結(jié)論如下：
（1）普蘭店臺(tái)的水平向峰值為280.1 cm/s2，是難得的近場(chǎng)強(qiáng)震記錄，彰顯了我省強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)成效。
（2）加速度傅氏譜和反應(yīng)譜水平向與豎向主要特征有所不同：水平向譜最大峰值在10 Hz附近，UD 向譜最大峰值在20 Hz 附近；
水平向分別在10 Hz 和30 Hz 出現(xiàn)最大峰值和次大峰值，豎向在20 Hz出現(xiàn)最大峰值后，在20～70 Hz峰值變化平穩(wěn)。
（3）PGA 基本符合衰減規(guī)律，從擬合方程指標(biāo)R2看，水平向和豎向峰值擬合曲線置信度較高。
（4）未校正加速度記錄與校正后的加速度記錄相比，峰值減少5%～93%，可見濾波對(duì)于高頻成份有很大的抑制作用，對(duì)峰值影響顯著。
（5）豎向峰值V與水平向峰值H隨震中距的V/H比值特點(diǎn)是，在相同震中距條件下，基巖臺(tái)站V/H比值普遍大于土層臺(tái)站V/H比值，隨著距離的增加，這一趨勢(shì)愈加明顯。
猜你喜歡 普蘭店震動(dòng)臺(tái)站 普蘭店鼓樂生存現(xiàn)狀與發(fā)展研究輕音樂(2022年3期)2022-12-29中國(guó)科學(xué)院野外臺(tái)站檔案工作回顧中國(guó)科學(xué)院院刊(2022年8期)2022-09-02氣象基層臺(tái)站建設(shè)西藏科技(2021年12期)2022-01-17普蘭店區(qū)唐房革命烈士陵園共產(chǎn)黨員(遼寧)(2021年17期)2021-10-07震動(dòng)減脂儀可以減肥?科學(xué)大眾(2020年12期)2020-08-13水電工程場(chǎng)地地震動(dòng)確定方法水電站設(shè)計(jì)(2018年1期)2018-04-12振動(dòng)攪拌 震動(dòng)創(chuàng)新中國(guó)公路(2017年18期)2018-01-23大連普蘭店破獲假冒商標(biāo)案中國(guó)防偽報(bào)道(2018年9期)2018-01-22基層臺(tái)站綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)管理之我見西藏科技(2015年6期)2015-09-26人工合成最不利地震動(dòng)西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）(2014年4期)2014-11-12