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广西靖西MS5.2地震震动图分析

孙学军 龙政强 潘岳怡

孙学军,龙政强,潘岳怡. 广西靖西MS5.2地震震动图分析[J]. 华北地震科学,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
引用本文: 孙学军,龙政强,潘岳怡. 广西靖西MS5.2地震震动图分析[J]. 华北地震科学,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
SUN Xuejun,LONG Zhengqiang,PAN Yueyi. Shake Map of the Guangxi Jingxi MS5.2 Earthquake[J]. North China Earthquake Sciences,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
Citation: SUN Xuejun,LONG Zhengqiang,PAN Yueyi. Shake Map of the Guangxi Jingxi MS5.2 Earthquake[J]. North China Earthquake Sciences,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020

广西靖西MS5.2地震震动图分析

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2020.S2.020
基金项目: 广西科技计划项目(桂科AB1850042)
详细信息
    作者简介:

    孙学军(1968—),男,上海人,高级工程师,主要从事地震监测和研究工作. E-mail:glsxj@qq.com

  • 中图分类号: P315.91

Shake Map of the Guangxi Jingxi MS5.2 Earthquake

图(8)
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-28
  • 网络出版日期:  2021-12-31
  • 刊出日期:  2020-12-20

广西靖西MS5.2地震震动图分析

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2020.S2.020
    基金项目:  广西科技计划项目(桂科AB1850042)
    作者简介:

    孙学军(1968—),男,上海人,高级工程师,主要从事地震监测和研究工作. E-mail:glsxj@qq.com

  • 中图分类号: P315.91

摘要: 利用地震台站地震动时程,基于地震动衰减规律和传播特征,进行0.1°×0.1°尺度的网格化离散点插值计算,并绘制时间间隔4 s的连续播放地震动图和峰值地震动等值线图,较好地显示出地震发生后地震动的传播过程及其衰减特征。计算结果表明,极震区水平向加速度最大值为55.08 cm/s2,相当于地震烈度VI度,与现场烈度调查结果基本一致。

English Abstract

孙学军,龙政强,潘岳怡. 广西靖西MS5.2地震震动图分析[J]. 华北地震科学,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
引用本文: 孙学军,龙政强,潘岳怡. 广西靖西MS5.2地震震动图分析[J]. 华北地震科学,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
SUN Xuejun,LONG Zhengqiang,PAN Yueyi. Shake Map of the Guangxi Jingxi MS5.2 Earthquake[J]. North China Earthquake Sciences,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
Citation: SUN Xuejun,LONG Zhengqiang,PAN Yueyi. Shake Map of the Guangxi Jingxi MS5.2 Earthquake[J]. North China Earthquake Sciences,2020, 38(S2):128-133. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2020.S2.020
    • 2020年11月25日9时18分,在广西百色市靖西市(22.89°N,106.65°E)发生5.2级地震,震源深度10 km。震中附近靖西市湖润镇和岳圩镇、大新县下雷镇和硕龙镇等地震感强烈,百色、崇左、南宁等市辖区震感明显。地震造成广西百色市靖西市湖润镇和岳圩镇、崇左市大新县下雷镇和硕龙镇等4个乡镇受灾。

      在当前地震观测技术条件下,已建成密集数字化地震观测网络的区域能够在破坏性地震发生后2~10 min左右产出峰值地震动分布图和仪器烈度分布图[1]。本文利用广西测震台网观测数据,选择适合的地震动衰减模型,在台站密度不够的地方采用网格化插值方法,得到地震峰值地面运动加速度(PGA)和运动速度(PGV)及其分布图,为地震应急处置、损失评估等提供参考。

    • 国内学者采用仿真技术将地震台站速度时程转换成加速度时程的方法已取得丰富研究成果并进行应用。金星等[2]对计算单自由度系统的地震反应的时域方法进行研究,分析对比了中心差分方法、Newmark方法等多种方法的计算精度,采用单自由度系统地震反应的递归公式,从时域上提出了一套比较理想的利用数字化速度型记录仿真地面加速度的计算公式(1)。在缺乏加速度记录时,可以采用公式(1)将地震台站记录的速度时程进行转换得到比较理想的仿真加速度时程。

      $$ \ddot{{X}_{k-\frac{1}{2}}}={b}_{1}\ddot{{X}_{k-\frac{3}{2}}}+{b}_{2}\ddot{{X}_{k-\frac{5}{2}}}-\frac{{S}_{0}}{\Delta t}\left({V}_{k}-3{V}_{k-1}+3{V}_{k-2}-{V}_{k-3}\right) $$ (1)

      式中:$ \ddot{{X}_{k-\frac{1}{2}}}{\text{、}}\ddot{{X}_{k-\frac{3}{2}}}{\text{、}}\ddot{{X}_{k-\frac{5}{2}}} $分别为加速度$ \ddot{X} $k−1/2、k−3/2、k−5/2点处的数值;$ {{V}_{k{\text{、}}}V}_{k-1{\text{、}}}{V}_{k-2{\text{、}}}{V}_{k-3} $kk−1、k−2、k−3点处的速度值;$ {b}_{1\mathrm{、}}{b}_{2} $为递归系数;$ \Delta t $为离散时间步长;$ {S}_{0} $为与传递函数的零频约束条件有关的参数[3]

    • 利用连续的地震动图可以描述地震发生后地震动的传播过程和地震动衰减特征,而绘制地震动图要有足够密的台站数据。如果地震台站密度不够,则必须对没有地震台站的地方进行插值计算,插值计算是根据已知数据点来计算未知数据点数值的一种方法。金星等提出了利用实际地震台网观测资料近实时插值计算网格点处地震时程的方法[1]

      图1已知震中位置和abc三个台站的地震动数据,Δad、Δcd、Δbd为插值点d到3个台站之间的距离,RaRbRcR分别为3个台站和插值点d的震源距。张红才[4]推导出由已知3个台站a,b,c数据计算插值点d地震动时程的公式(2)。

      $$ {\boldsymbol{A}}\left(R,t\right)=\left\{\begin{array}{l}\displaystyle\sum _{i=a,b,c}^{}{W}_{i}{\mathrm{A}}_{i}\left({R}_{i},\dfrac{{R}_{i}-R}{{V}_{\mathrm{p}}}+t\right)f\left(R,{R}_{i}\right)\;\; 0{\text{≤}} t {\text{<}}{t}_{\mathrm{p}}\\ \displaystyle\sum _{i=a,b,c}^{}{W}_{i}{\mathrm{A}}_{i}\left({R}_{i},\dfrac{{R}_{i}}{{V}_{\mathrm{p}}}t\right)f\left(R,{R}_{i}\right)\;\;d {t}_{\mathrm{p}}{\text{≤}} t{\text{≤}} {t}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}\\ \displaystyle\sum _{i=a,b,c}^{}{W}_{i}{\mathrm{A}}_{i}\left({R}_{i},\dfrac{{R}_{i}-R}{{V}_{\mathrm{s}}}+t\right)f\left(R,{R}_{i}\right)\;\;{t}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}{\text{<}}t\end{array}\right. $$ (2)

      式中:$ {W}_{i} $abc台站的加权系数,采用震中距倒数平方加权的方式反映不同台站的影响程度。d处的地震动时程${{A}}\left(R,t\right)$在P 波未到之前的地震动时程为abc三个台站地脉动记录的加权平均,最大值到达之后则以S波速度进行传播。通过公式(2)可以利用插值点周边abc三个台站的地震动时程计算出插值点d的地震动时程。

      图  1  插值原理图

    • 地震波在地球介质中传播所产生地震动的强度会随传播距离的增加而衰减,通常采用地震动峰值的衰减规律对其进行描述[5]。金星、欧益萍等通过统计回归方法得到了福建地区中小地震地震动峰值衰减关系[6]。广西地处华南,属于少强震地区。由于缺乏基于强震记录资料来确定的相应地震动参数衰减关系,本文直接采用福建地区中小地震地震动峰值衰减关系:

      水平向:

      $$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} \ln PGA = - 0.044824 - 1.6896*\ln \left( {R + 10} \right) -\\ \quad 0.0034800*R + 1.7722*M\\ \ln PGV = - 5.9078 - 1.2869*\ln \left( {R + 10} \right) -\\ \quad 0.0036038*R + 1.8769*M \end{array}} \right.$$ (3)

      垂直向:

      $$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} \ln PGA = - 1.0003 - 1.4906*\ln \left( {R + 10} \right) -\\\quad 0.0034593*R + 1.6863*M\\ \ln PGV = - 7.148 - 1.0012*\ln \left( {R + 10} \right) -\\\quad 0.0035882*R + 1.7661*M \end{array}} \right.$$ (4)

      为检验公式(3)~(4)的适用性,本文利用广西靖西5.2级地震周边54个测震台站记录到的速度最大值和仿真加速度最大值来进行地震动衰减关系适应性分析(图2 )。其中:红色实线和圆圈图标代表水平向,蓝色虚线和米字图标代表垂直向。由图2可以发现,地震台站的分布与地震动衰减关系曲线基本吻合,说明公式(3)~(4)在靖西5.2级地震中能够较好描述震区的地震动特征,可以适用于靖西5.2级地震的地震动插值计算。

      图  2  地震动衰减关系适应性分析图

    • 对研究区内(21.0°~26.0°N,105.0°~110.0°E)地震台站数据进行数据预处理,剔除观测数据不完整和数据有干扰的台站后,共有 33个有效台站可用于计算(图3)。首先,将每个台站记录到的速度波形数据去除直流分量,计算出实测地脉动速度波形数据;然后,采用数字化速度型记录仿真地面加速度公式(1),计算出每个台站的加速度时程,实测地脉动速度波形数据和仿真加速度时程经检查数据无误后,按上述方法进行网格化的离散点插值计算,得出每个离散点的地震动时程;最后,绘制出地面运动速度和加速度的地震动图。

      图  3  用于计算地震动时程的33个台站分布图

    • 本文以$ 0.1°\times 0.1° $ 的尺度对研究区进行网格化离散后,利用测震台网台站记录到的速度波形数据,按上述介绍数据预处理方法、仿真加速度时程和插值计算原理,计算出研究区所有网格点速度和加速度时程。同时以4 s为时间间隔绘制连续的靖西5.2级地震水平向的加速度震动图(图4)和速度震动图(图5),图中蓝色圆圈为震中。可以发现,加速度最大值和速度最大值分别出现在13 s和5 s的地震动图快照上,之后随着时间的推移地震动强度逐渐减弱,理论上震中处的地震动峰值最大。靖西5.2级地震震动图直观显示了地震发生后震区地面运动加速度和速度的衰减特性和地震动的传播过程。

      图  4  广西靖西5.2级地震加速度震动图

      图  5  广西靖西5.2级地震速度震动图

    • 利用震区(22.0°~24.0°N,106.0°~108.0°E)离散的网格点水平向地震动时程绘制出峰值地震动等值线图(图67)。其中,峰值加速度取值大于等于10 cm/$ {\mathrm{s}}^{2} $, 峰值速度取值大于等于0.3 cm/s。峰值地震动分布图描绘了地震引起的峰值地面运动情况,能够初步判定地震灾害的强度和影响范围,而峰值地震动最大值所在区域一般为在地震中受到地震灾害最严重的地区,由此可见峰值地震动等值线图展布方向为NE向。通过计算得到广西靖西5.2级地震水平向峰值加速度最大值为55.08 cm/$ {\mathrm{s}}^{2} $,水平向峰值速度最大值为1.01 cm/s。根据中国地震烈度表(GB/T 17742—2008)的规定,水平向峰值加速度在0.45~0.89 m/$ {\mathrm{s}}^{2} $之间对应烈度值为VI度。从峰值加速度分布图可以发现,地震烈度VI度的影响范围呈现东西长、南北短的特点,主要位于震中附近20 km范围内。根据发布的《广西靖西5.2级地震烈度图》(图8),靖西5.2级地震灾区最大烈度为Ⅵ度,中国境内东西长19 km,南北长8 km。本文利用地震台网观测数据计算得到的极震区烈度值与人工现场烈度调查结果基本一致。

      图  6  峰值加速度等值线图

      图  7  峰值速度等值线图

      图  8  广西靖西5.2级地震烈度图

    • 1)通过插值原理计算出研究区离散网格点地震动时程,并按时间间隔4 s绘制地震动震动图来呈现地震发生后地震动的传播过程和衰减特征,连续的地震动图大致反映了地面的运动情况。

      2)本文采用测震台站速度波形数据仿真加速度时程,从峰值加速度等值线图能够初步评估在广西靖西5.2级地震中受地震影响的范围和影响程度。通过计算得到震中附近水平向加速度最大值为55.08 cm/$ {\mathrm{s}}^{2} $,相当于地震烈度VI度,这与现场烈度调查结果基本相同。但由于在计算中没有考虑不同场地条件下地震动参数校正,而且计算结果与震区台站密度和观测数据质量相关,计算结果与真实情况存在偏差。

      3)由于广西地区缺乏基于强震记录资料来确定的相应地震动参数衰减关系,本文直接采用同属华南地区的福建地区中小地震地震动峰值衰减关系,并在使用前对公式进行了广西地区适应性分析。结果显示,公式适合用于广西靖西5.2级地震的地震动衰减关系计算,但公式是否完全满足广西地区中小地震地震动衰减关系特征需要进一步研究。

      4)随着强震动观测设备大量投入运行,基于仪器记录加速度时程绘制出的峰值地震动图,其估算地震影响强度和受灾范围将更加接近震区的真实地面情况,给开展震后应急和灾害评估工作提供更大帮助。

参考文献 (6)

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