3.1 地震动衰减关系拟合
崔建文等(2006)、李世成等(2003)、向建光和高东(1992)利用云南地区地震资料,计算过云南地区的地震动衰减关系。刘小弟等(1991)用澜沧—耿马地震余震的强震动记录拟合了Ⅱ类场地面加度峰值衰减关系:
lgamax=3.1245+0.2693M-1.7399lg(R+15).(1)
王培德等(1991)根据澜沧—耿马强余震、剑川地震和禄劝地震的强地震动观测资料拟合了土层地面的加速度峰值衰减关系:
lgamax=2.39+0.36M-1.95lg(R+10).(2)
胡聿贤(2006)给出了中国大陆地震动衰减关系:
lgamax=1.71+0.657M-2.18lg(R+30).(3)
本文利用3个衰减关系式,分别对缅甸M7.2地震记录到的加速度峰值随距离的衰减变化进行了拟合分析(图3)。
图3 3个衰减关系式与缅甸M7.2地震的强震动记录的相关性对比
Fig.3 Coherence comparison between 3 attenuation relations and strong motion recordings of Myanmar M7.2 earthquake
缅甸7.2级地震强震动记录均为远场记录,故与式(1)～(3)拟合使用的数据类型有一定的差异。但从
图3仍可看出,在约130～300 km相对近的震中距内,基于云南强震动记录计算的衰减关系与实际数据分布的离散性小(刘小弟等,1991; 王培德等,1991),其中(1)式的相关性更好; 式(3)与实际数据分布的离散性相对大(胡聿贤,1988)。震中距在300 km以上时,3个衰减关系与实际记录数据拟合的差别都较小。因此,利用云南地区强震动记录资料拟合的地震动衰减关系与云南区域情况更符合。
3.2 频谱分析
选取不同震中距、不同场地类型台站的强震动记录,进行傅立叶谱分析(表3、图4、图5)。尽管震中距在200 km以上的台站记录均丢头(表2),但这种丢头的记录中均包含此次地震在该处产生的最大地面加速度。对于任何一条实际地震波,每一频率均可对应相应谐波振幅,其中振幅
表3 不同震中距、不同场地台址的几个台站记录的峰值加速度及其主频
Tab.3 EPA and their predominance frequency recorded by several strong motion stations with different epicentral distances and fields
图4 勐龙台M7.2强震动记录傅立叶谱及功率谱
Fig.4 Fourier spectrum and power spectrum of the strong motion recordings of Myanmar M7.2 earthquake recorded by Menglong Station
最大处的频率即为卓越频率。从表3中可以看出,Ⅰ类场地记录的地震动加速度卓越频率最高,Ⅱ类场地的次之,Ⅲ类场地和楼房上的地震动加速度卓越频率最低。
图5是根据表2列出强震动台的M7.2强震动记录,拟合三分向加速度卓越频率随距离的衰减变化。显然,对于这样的中远场地表加速度,水平向峰值加速度的频率值随距离的加大迅速衰减; 而竖向峰值加速度的频率值则随距离加大损失不大。也就是说,在远场地震动加速度经衰减后以长周期成份为主。随着台站的震中距加大,强震动记录主频值总体上呈变小趋势。
3.3 地震动持时统计分析
通常在相同条件下的地震动水平分量与竖向分量某些方面特性有较大差别,如表2所示,本次
图5 缅甸M7.2地震加速度峰值的
频率随距离的衰减
Fig.5 The attenuation on the frequency of PGA of Myanmar M7.2 earthquake with distance
记录均为远震记录,可在
表4分类的基础上,采用1/3分数相对持时的方法(胡聿贤,1988)计算地震动水平分量与竖向分量的持续时间均值与均方差,详见
表5～
表7。
当震中距在100～150 km之间时(表5),Ⅰ类场地台站记录的3个分量平均持时基本一致; Ⅱ类场地台站记录的纵向水平分量平均持时最大,横向水平分量平均持时最小; Ⅲ类场地台站记录的纵向水平分量平均持时最大,竖向分量平均持时最小。
当震中距在150～250 km之间时(表6),Ⅰ、Ⅱ类场地台站记录的3个分量平均持时基本一致; Ⅲ类场地台站的记录横向水平分量平均持时最大,纵向分量平均持时最小; 未知场地类型无可比性。
当震中距大于250 km时(表7),Ⅱ类场地台站的记录纵向分量平均持时最小,其余两分量相似; Ⅲ类场地台站的记录横向水平分量平均持时最小,其余两分量相似; 未知场地类型无可比性。
表4 缅甸7.2级地震强震数据分组
Tab.4 Grouping of the strong motion recordings of Myanmar M7.2 earthquake
表5 震中距在100～150 km的台站记录的地震动水平分量和竖向分量的持续时间均值与均方差
Tab.5 Mean and standard deviation of duration of horizontal and vertical components in ground motion recorded by stations with the distance from 100 km to 150 km
由
表5～7可见,场地类别对地震动水平分量持时的影响比竖向分量更明显一些。震中距在250 km之内,即使在相同的震中距范围内,随着场地变软,水平分量平均持时相应递增,与水平分量平均持时相对应的均方差无明显变化,其原因与未知场地类型有关; 竖向分量平均持时总体上也是增大的,其对应的均方差明显呈递增趋势。当震中距超过250 km后,持时变化趋势不再有明显规律。
3.4 主震前小震记录分析
根据六顺、永平、正兴、德化4个强震台的记录(表8),在主震前约28 s,发生过1次小震。根据记录的初步推算,震中在景洪西南约70 km处。因震级小,云南测震台网速报目录中没有该小震目录。在地震预警技术大力推进的现今,此小震的强震动记录现象值得研究或引起关注。
表6 震中距在150～250 km的台站记录的地震动水平分量和竖向分量的持续时间均值与均方差
Tab.6 Mean and standard deviation of duration of horizontal and vertical components in ground motion recorded by stations with the distance from 150 km to 250 km
表7 震中距大于250 km的台站记录的地震动水平分量和竖向分量的持续时间均值与均方差
Tab.7 Mean and standard deviation of duration of horizontal and vertical components of ground motion recorded bystations with the distance more than 250 km
表8 六顺、永平、正兴、德化台记录的主震前小震加速度峰值
Tab.8 The PGA of small earthquakes before the main shock of Myanmar M7.2 earthquake recorded by Liushun,Yongping,Zhengxing and Dehua Stations
4 讨论及结论
4.1 强震台的地震响应半径
中国地震局强震台网中心对目前我国大陆投入运行的强震台在地震时的响应半径,即强震记录仪的最小触发范围有明确要求,该触发范围由汪素云等(2000)提出的方法及公式确定,并将该范围内的强震仪是否触发记录作为台站正常运行的考虑指标。如表1所列,若按中国地震台网所测定的震源参数,计算出的响应触发半径约为500 km(震级取ML7.2)。就此次地震而言,云南强震台网台站触发的情况是:该半径以内触发了42个台站,半径以外触发了13个台站; 紧邻缅甸的西双版纳州的16强震台全部触发获取记录; 普洱地区全部19个台中,有17个台站被触发并记录。获取记录最远的是丽江强震台,震中距约687 km。但是,在计算的触发范围内,有部分强震台却没触发。就昆明盆地的强震台而言,此次地震有 7个烈度速报台、2个结构台触发并获取记录,这些台站的震中距在550～565 km之间,且都分布在盆地松散堆积厚度较大的地带。在震中距大于495 km的全部16个记录台中,Ⅲ类场地台址的台站有10个、高层楼房的结构台2个,共占75%。其余台站的台址为Ⅱ类场地。这些表明,在同一触发阈值的前提下,决定强震台记录仪在地震时是否触发记录,除震源距外,台址的场地条件(局部地形、土层结构),仪器布设位置,仪器的性能,拾震器台基的施工质量及拾震器的安装等,都可能是重要的影响因素。类似的强震台触发记录现象,在2011年11月1日新疆伊犁6.0级、2011年1月12日南黄海5.0级、2011年4月10日四川炉霍5.3级、2012年2月16日的广东东源4.8级等地震事件中,均普遍存在。因此,考评办法中的应触发范围,可以认为是检验强震台站运行是否符合设计标准的最低要求。若在计算的触发范围内台站对多次地震无响应,则应对台站进行彻底检查。
4.2 强震台记录器的触发方式
2011年缅甸7.2级地震中,各记录台站的强震仪均采用阈值触发。在实际设置中,为减少因环境干扰而产生的误触发及其连带问题,往往将触发阈值设置相对高一些。这在背景干扰相对大的地方,更是如此。事实上,近场小震或远场强震动的地震动记录在地震学研究中越来越显现出重要作用。因此,数字强震仪的触发设置,应尽可能采用STA与LTA(短时平均与长时平均)的比值触发或差值触发的方式(周雍年,2011)。这样,不仅可以减少误触发次数,更能提高记录器的触发灵敏度,获取更广域的强震动记录。
2011年缅甸M7.2地震,云南强震台网在较广地域内共有55台站获取了163条强震动记录,特别是西双版纳地区全部、普洱地区绝大部分台站都获取到记录。这是自“十五”云南强震动台网运行以来记录国外强震最多的一次,且记录的获取、传输,均实现了准实时自动化过程。因此,此次地震也是对建成运行后云南强震动台网的一次较为全面的检验,而其中的一些经验也会对今后的强震台站建设及其运维有指导或借鉴作用。
