基金项目:地震行业科研专项“地震紧急处置关键技术及在快速轨道交通中的应用”(201108003)资助.
(Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650224,Yunnan,China)
Yunnan Ludian MS6.5 earthquake; strong motion recordings; PGA; meizoseismal area
备注
基金项目:地震行业科研专项“地震紧急处置关键技术及在快速轨道交通中的应用”(201108003)资助.
2014年8月3日云南鲁甸发生MS6.5地震,在震中及其周边地区分布的中国数字强震动台网的81个台站获取了这次地震的主震强震动记录。特别是位于极震区鲁甸龙头山镇财政所强震动台,完整记录到这次地震的地震动时程,其东西向PGA达948.5 cm/s2,该台站周边多栋多层建筑物底层完全倒塌和损毁,与记录所反映的强烈震动相吻合。初步分析强震动观测记录,讨论了本次地震的震中位置、破裂方向和强震动衰减速率等问题。
A MS6.5 earthquake occurred in Ludian County of Yunnan Province on Aug. 3,2014. The strong motion caused by the mainshock was recorded by 81 strong motion observation stations which are located around the epicenter and its adjacent area. Especially,the strong motion station which is located at Longtoushan Office of Finance in the meizoseismal area perfectly recorded the strong ground motion time history of the mainshock,and the PGA of it is 948.5 cm·s-2 in EW. The ground floors of many buildings around the Longtoushan strong motion stations damaged seriously or collapsed,which was consistent with the strong shock reflected in the recording. A preliminary analysis on the strong motion recordings were also done,based on these analysis,the problems about epicenter location,rupture direction and the attenuation of strong motion of Ludian MS6.5 earthquake are also discussed.
引言
2014年8月3日16时30分,云南鲁甸发生MS6.5地震,震中位置(27.1°N,103.3°E),震源深度12 km。地震造成震区建筑物严重破坏、多处山体滑坡,人员伤亡和经济损失严重。中国数字强震动台网(NSMONS)(周雍年,2006; LI et al.,2008; 崔建文等,2006a)分布于云南、四川区域的80多个强震动台站获取了这次地震的主震记录,特别是位于鲁甸龙头山镇财政所的台站记录到东西向近1个重力加速度的记录,是我国大陆迄今为止在极震区记录到的最大地面加速度峰值。该记录清晰地显示出极震区地震加速度时程,该时程呈现的振动强度与台站周边财政办公楼、镇政府办公楼等多栋多层建筑物底层倒塌、损毁现象一致,为研究极震区建筑物破坏现象提供了数据基础。
1 强震动观测台站及记录的强地面运动
鲁甸MS6.5地震发生在滇东北与四川相邻的地区,该地区地震活动强烈,有多条活动断裂通过,是云南地震危险重点监视防御区。历史上该地区曾发生过多次破坏性地震,2003年11月15日、26日以及2004年8月10日,在本次地震震中附近的鲁甸县桃源乡和昭阳区永丰镇,曾连续发生MS5.1、MS5.0和 MS5.6破坏性地震(解丽等,2008; 非明仑等,2006; 阮强,程万正,2008)。根据地震活动性及活动断裂的分布特征,该地区也成为NSMONS重点布设区域,在该区沿北东向的断裂带上,布设了较为密集的强震动台站,并在台站建设时,进行了相应的场地岩性和
表1 震中距≤50 km或PGA≥10 cm·s-2的强震动台站
Tab.1 Strong motion stations that the epicenter distance≤50 km or PGA≥10 cm·s-2第一条PGA近1个重力加速度的近场强地面运动记录。该记录中,在相对于记录零时的30.5 s和66 s附近,有两次东西向PGA同为227 cm·s-2,北南向PGA分别为183 cm·s-2和118 cm·s-2,竖向PGA分别为72.6 cm·s-2和56.2 cm·s-2的
短时振动,应为紧邻台站的围墙倒塌和财政所办公楼一楼倒塌所产生的振动,围墙距台站不足1 m,财政所办公楼距台站近10 m。对于PGA≥40 cm·s-2的台站,表2给出了台站的场地情况。位于昆明的省地震局大楼和佳华广场超高层建筑结构台阵也获取了这次地震的结构响应加速度记录,图4是位于佳华38楼(138 m)仪器记录的加速度时程,其为近乎单一频率的振动,其振动主频为0.464 Hz,谱分析显示,存在频率为1.6 Hz和3.04 Hz高频振动。
图4 佳华广场38楼结构响应加速度时程
Fig.4 Acceleration time history recorded by strong motion in the 38th floor of Jiahua Hotel表2 PGA≥40 cm·s-2强震动台站场地条件
Tab.2 Site Condition of Strong Motion Stations of PGA≥40 cm·s-22 强震动基本特征
2.1 衰减本次地震的地震动衰减非常迅速,从龙头山到震中距为20 km的铅厂,PGA从948.5 cm·s-2迅速下降为145.9 cm·s-2。图5显示了观测的PGA随震中距变化的情况,同时给出了崔建文等(2006b)统计的该地区地震动衰减规律和俞言祥等(2013)为第五代地震动区划图建立的青藏地区地震动衰减规律,其中,CUI为崔建文等(2006b)的结果; LU为拟合鲁甸主震强震动数据结果; YU为俞言祥等(2013)结果。从图中可以看出,崔建文等(2006b)的结果在近场区(R<10 km)与实测结果相差较大,在震中距R>30 km后,与实测结果吻合很好,这一差异的原因主要在于,他在统计时,缺乏近场强震动观测数据。俞言祥等(2013)的结果近场区偏小,远场区偏大。因此,这次的地震动,与以往的统计的衰减规律相比,衰减更急剧。
采用如下的地震动衰减模型拟合这次主震的PGA数据:
lgY=A+BM+Clg(R+12).(1)
式中,Y为加速度峰值PGA,M=6.5为主震震级,R为震中距,A、B、C为回归系数,其结果同时显示在图5中。
3 分析与讨论
3.1 震中位置中国地震台网中心、云南省地震监测中心和USGS定位的震中位置和深度分别为:(27.1°N,103.3°E)、12 km;(27.0994°N,103.34°E)、12 km;(27.245°N,103.427°E)、10.0 km。中国地震台网与云南省地震台网中心震中定位结果较为一致,只是前者小数仅取一位,与后者相比,平面位置最大会出现5 km的偏差。而USGS的定位结果与云南省地震监测中心定位结果相差18.3 km。从震害现象和强震动观测记录来看,龙头山应处于震中区。因此,云南省地震监测中心的定位结果更为可靠。
从获取的记录可以看到,没有显著的初至S波。为检测记录中的S波初至,对龙头山强震动台东西向记录进行小波3层分解并重构(刘明才,2005)。在图8所示的重构信号中,有明显的S波初至,重构记录主要为低频信号。P波初至可从原记录读取,或者从小波分解的高频细节信号中读取。P波初至时刻为20.41 s,S波初至时刻为21.45 s,两者时差1.04 s,取虚波速度为8 km·s-1,则龙头山强震动台的震源距为8.3 km,如果震中位置仍然取云南省地震监测中心的定位结果,则震源深度应为7 km,由于其它台站不能提供P、S波初到信息,不能提供更可靠的信息以确定震中位置。
3.2 震源的破裂及方向图9是龙头山强震动记录小波6层重构结果,图中可以清楚地看到,振动由2次大的事件构成,但后面可以看到,是否对应2次破裂,值得商榷。
图9 龙头山强震动记录小波6层重构
Fig.9 Sixth layer wavelet reconstruction of strong motion recording at Longtoushan Station图 10 鲁甸MS6.5地震记录PGA等值线图
Fig.10 PGA isoline of Ludian MS6.5 main shock图 11 龙头山强震动记录地面运动位移轨迹
Fig.11 Displacement orbit of the strong motion ground motion recording at Longtoushan Station图 12 龙头山强震动记录地面运动不同时刻的位移轨迹(图中时刻为相对时间)
Fig.12 Displacement orbit of the ground motion at Longtoushan Station at different time (time is the relative time in the Figure)4 结语
在2014年云南鲁甸6.5级地震中有80多个台站记录到近、中、远场地震动时程,给该地震多方面的分析研究提供了数据基础。尤其是龙头山强震动记录,是我国大陆首次在极震区记录到的接近1个重力加速度的强地面运动时程,其强烈的地震动与台站周边建筑物的严重损毁现象吻合,国际上类似的记录也不多见。
这次地震产生的地震动具有衰减快的特点,与以往统计的地震动衰减规律有较大的偏离,与震源深度浅、震区地形地貌起伏急剧有较大的关系。强震动台观测记录PGA等值线长轴显示了与余震的一致性,可快速确定震源破裂方向。
龙头山强震动记录其大幅值的持续时间仅约4 s,但在其两个水平向记录上,均具有多个超过500 cm·s-2的峰值,有着比汶川地震卧龙强震动记录更宽的反应谱平台。该记录显示出两个大的运动方向,正好与穿过龙头山镇两条断裂的走向吻合。也显示出在龙头山镇,两条断裂都有强烈的运动,但北东向的断裂运动是与其相交的北西向断裂运动引起的,仅对交汇部位的龙头山镇有大的影响,一定距离后这种影响很快消失。
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