2. 中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨 150080
2. Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China
2020年1月19日21时27分新疆喀什地区伽师县发生6.4级地震,震中位于39.83°N、77.21°E,震源深度16km。震中距伽师县57km,距巴楚县113km,距阿图什市区90km,距喀什市113km。此次地震发生区域属新疆地区南天山地震带西段,为极其活跃的地震带,地震频度高、强度大,是新疆6级以上地震活动最频繁的地区(李锰,2006)。2000年以来伽师区域发生5级以上地震4次,分别为2000年3月27日伽师5.3级、2003年1月4日伽师5.4级、2003年2月24日巴楚6.8级和2018年9月4日伽师5.5级地震(宋春燕等,2019)。此次6.4级地震是新疆强震动台网建成以来发生在伽师区域的最大震级地震,地震发生时喀什、阿图什区域震感强烈,阿克苏亦有震感。距震中最近的西克尔强震动台(震中距13.7km)EW、SN和垂直向加速度峰值分别为432.6cm/s2、-484.9cm/s2和633.3cm/s2,速度峰值分别为-65.9cm/s、58.6cm/s和-50.8cm/s,计算仪器地震烈度为Ⅸ度,根据仪器烈度,此次地震最高烈度为Ⅸ度。地震宏观震中在伽师县西克尔镇、古勒鲁克乡一带,等震线长轴方向总体呈EW向。此次地震造成部分自建商铺倒塌,房屋不同程度开裂,部分围墙倒塌开裂,国道314线伽师县境内部分道路受损。依据中国地震局地质研究所给出的结果,本次地震为北倾逆冲兼少量走滑型地震,倾角约28°,最大地表形变量0.066m,最大滑动量0.35m,位于地下6.8km处,初步推断此次地震发震构造处于柯坪塔格推覆体最南缘的褶皱-逆断裂带内。
本文对强震动记录进行处理后,对地震动的幅值、衰减、反应谱等方面进行分析讨论,整理了近场典型强震动台获取的强震动记录特征,为进一步研究伽师区域强震动记录特征提供参考。
1 加速度记录收集与分析新疆强震动台网共获取到42个台站的126条数字强震记录,其中41个土层台、1个基岩台。此次地震获取强震动数据的44个强震动台站的位置分布见图 1。
![]() |
图 1 震中台站分布 |
获取记录台站数量与震中距之间的关系,如图 2所示。其中,震中距小于60km的台站6个,震中距60~80km的台站8个,其余大多数台站的震中距大于80km,距震中最近的为西克尔强震动台(震中距13.7km)。为了更深入地了解本次地震的强震动记录特征,对获取的42条强震动记录进行必要的数据处理,采用Boore(2001)提出的方法对记录进行基线校正处理,并进行速度积分及频谱计算。依据《仪器地震烈度计算暂行规程》①,利用此次地震强震记录的加速度峰值(PGA)及积分后的速度峰值(PGV),计算出每个台站所对应的仪器地震烈度等,记录分析基本情况见表 1。
① 中国地震局监测预报司,2015.《仪器地震烈度计算暂行规程》. 内部资料.
![]() |
图 2 记录台站数量与震中距关系 |
![]() |
表 1 记录分析基本情况 |
图 3(a)~(d)分别为此次地震最近4个台站的加速度记录时程。由图 1可以看出4个台站均分布在震中以南,从EW向来看,西克尔台(65XKR)和古勒鲁克台(65GLK)基本在一条线上,卧里托乎拉格台(65WLG)和伽师总场台(65JZC)基本也在一条线上。西克尔台(65XKR)和古勒鲁克台(65GLK)的震中距分别为13.8km和21.1km;卧里托乎拉格台(65WLG)和伽师总场台(65JZC)的震中距分别为16.8km和36.7km。上述4个台站相对于震中两两在SN向上呈条带分布。
![]() |
图 3 4个台站的加速度时程 |
分析4个台站的记录时程,其初动不明显,65XKR台垂直向有一个明显的正向脉冲,水平向记录最大幅值的周期较大,65GLK台记录时程出现2次较大幅值,2次幅值间持续6s左右,65WLG和65JZC台记录的波形呈纺锤形。
在强地震作用下,场地呈现强非线性响应,特别是软弱土层更是如此,因此地震波的不对称性对软弱场地的影响应更为强烈(冀昆等,2014)。伽师区域覆盖层较厚,为了更好地了解场地影响程度,图 4给出了此次地震42个台站的峰值加速度和峰值速度两水平向与垂直向的峰值比。从图 4的加速度峰值比来看,在震中距200km以内,两水平向与垂直向峰值比在1~3之间,相对集中,震中距大于200km的加速度峰值比明显增大,由于此次地震震中距大于200km的数据较少,峰值比比较分散;从速度峰值比来看,两水平向与垂直向主要峰值比在0~4之间,相对比较集中,有个别台站比值较大,可能与数据处理及台站场地有一定关系,需要进一步分析。
![]() |
图 4 加速度和速度峰值比 |
选用第五代《中国地震动参选区划图》(GB18306-2015)中的分区地震动衰减关系(简称为Yu13)(俞言祥等,2013;汪素云等)和新疆南天山西段土层的衰减关系(简称为Zhang)(张振斌等,2010),对比分析此次地震的地震动记录幅值衰减特征。图 5为此次地震三分向加速度峰值PGA-EW、PGA-NS、PGA-UD与各衰减关系的对比,其中短横线表示Yu13长轴,虚线表示标准差为±0.236,实线为Zhang预测值。由图 5可见,震中距0~50km处的PGA-EW、PGA-NS、PGA-UD观测值基本在Yu13长轴误差范围之内,高于Zhang预测值;震中距大于50km的PGA-EW、PGA-NS、PGA-UD观测值部分低于Yu13长轴误差值,但三分向观测值与Zhang预测值上、下分布相对均匀。需要说明的是,此次地震获取到数据的台站基本均为土层台,仅有一个为基岩台。在对比分析中发现,此次地震整体强震动记录观测值与Yu13长轴预测值衰减特性一致,新疆西部土层衰减关系在近场低于实际观察值,故建议在对新疆土层衰减关系的研究中补充近场数据,可完善新疆区域土层地震动的衰减关系。
![]() |
图 5 加速度峰值与衰减关系 |
利用上述4个强震动台获取的4组强震动记录,分别对合成水平向与垂直向加速度记录计算加速度反应谱,由图 6可见4个距震中较近台站的水平向加速度反应谱卓越周期主要集中在0~0.5s,垂直向集中在0~0.2s;从4个台站的分布来看,分布在震中东南的65XKR和65JZC台获取水平向加速度记录反应谱卓越周期在0.4s左右,分布在震中西南的65GLK和65WLG台获取水平向加速度反应谱卓越周期在0.1s左右;65XKR台加速度反应谱值最大,其水平向接近1300cm/s2左右,垂直向接近1500cm/s2左右,其他3个台站的加速度反应谱水平向在350~600cm/s2左右,垂直向在200~300cm/s2左右。
![]() |
图 6 4个台站水平向(a)与垂直向(b)加速度反应谱 |
将65XKR、65GLK、65WLG和65JZC台的反应谱计算结果与我国《GB50011-2010建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等,2010)的设计反应谱进行比较(图 7),在本次地震中4个台站所在场地均为Ⅱ类场地,因此设计反应谱场地条件取Ⅱ类场地。
![]() |
图 7 4个台站加速度反应谱与抗震设计谱对比 |
由图 7可见,65XKR台水平向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱,峰值卓越周期为0.48s;垂直向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱,峰值位于高频段;65GLK台水平向反应谱高于Ⅶ度罕遇地震设计反应谱,低于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱,峰值位于高频段,其他2个台站水平向反应谱均低于Ⅶ度罕遇地震设计反应谱。此外,对于大于1s的中长周期部分,65XKR台水平向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱,其余3个台站水平向反应谱均低于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱。
4 结论本文分析了2020年1月19日新疆伽师6.4级地震所获取的强震动记录,从地震动记录时程、幅值、频谱三方面分析此次地震的强震动记录特征,分析结果如下:
(1) 此次地震位于新疆中强地震多发区,强震动台站分布较密,共获取42组126条加速度记录,主要分布在震中西南方向,PGA值最大为633.3cm/s2,仪器地震烈度Ⅸ度。
(2) 分析距震中较近的4个台站的记录时程,4个台站记录的初动不明显;65XKR台垂直向有一个明显正向脉冲,水平向记录最大幅值的周期较大;65GLK台记录时程出现2次较大幅值,2次幅值间持续6s左右;65WLG和65JZC台记录的波形呈纺锤形。
(3) 分析42个台站的峰值加速度和峰值速度两水平向与垂直向峰值比,在震中距200km以内两水平向与垂直向加速度峰值比在1~3之间,两水平向与垂直向速度峰值比在0~4之间。
(4) 与分区地震动衰减关系(Yu13)和南天山西段土层的衰减关系(Zhang)对比发现,此次地震三分向加速度峰值在0~50km,基本在Yu13长轴误差范围之内,高于Zhang预测值。
(5) 4个距震中较近台站的水平向加速度反应谱卓越周期主要集中在0~0.5s,垂直向集中在0~0.2s。65XKR台水平向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱,峰值卓越周期为0.48s;垂直向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱,峰值位于高频段。
冀昆、温瑞智、任叶飞等, 2014, 芦山地震场地非线性反应特征分析, 地震工程与工程振动, 34(增刊): 333-338. |
李锰, 2006, 新疆"十五"强震动台网建设, 内陆地震, 20(4): 317-322. |
宋春燕、高荣、刘建明等, 2019, 2018年9月4日新疆伽师MS5.5地震序列及发震构造讨论, 中国地震, 35(2): 256-268. DOI:10.3969/j.issn.1001-4683.2019.02.005 |
汪素云、俞言祥、高阿甲等, 2000, 中国分区地震动衰减关系的确定, 中国地震, 16(2): 99-106. DOI:10.3969/j.issn.1001-4683.2000.02.001 |
俞言祥、李山有、肖亮, 2013, 为新区划图编制所建立的地震动衰减关系, 震灾防御技术, 8(1): 24-33. DOI:10.3969/j.issn.1673-5722.2013.01.003 |
张振斌、唐丽华, 2010, 新疆南天山地区土层场地地震动峰值加速度衰减关系, 中国地震, 26(4): 401-406. |
中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2010. GB 50011-2010建筑抗震设计规范. 北京: 中国建筑工业出版社.
|
Boore D, 2001, Effect of baseline corrections on displacements and response spectra for several recordings of the 1999 Chi-Chi, Taiwan, earthquake, Bull Seismol Soc Am, 91(5): 1199-1211. |