張 齊，胡進(jìn)軍，謝禮立,，姜治軍

(1. 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080；2. 中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150080；3. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱 150090)

中國(guó)西部地區(qū)新一代地震動(dòng)衰減模型

張 齊1,2，胡進(jìn)軍1,2，謝禮立1,2,3，姜治軍1,2

(1. 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080；2. 中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150080；3. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱 150090)

針對(duì)我國(guó)西部地區(qū)，選取汶川地震和部分國(guó)外地震記錄，通過(guò)殘差分析方法建立考慮斷層破裂機(jī)制、場(chǎng)地條件以及上盤效應(yīng)的地震動(dòng)衰減模型，應(yīng)用隨機(jī)效應(yīng)回歸方法確定模型系數(shù)．結(jié)果分析表明：模型整體上能較好地預(yù)測(cè)汶川Ms8.0級(jí)地震斷層距200,km以內(nèi)的地面運(yùn)動(dòng)，但在反應(yīng)譜長(zhǎng)周期段，模型預(yù)測(cè)值比實(shí)際觀測(cè)值略大；模型在短周期段(T＜1,s)預(yù)測(cè)反應(yīng)譜與4個(gè)美國(guó)下一代地震動(dòng)衰減關(guān)系(NGA)模型平均值一致，長(zhǎng)周期段(T＞2,s)模型預(yù)測(cè)反應(yīng)譜小于美國(guó)下一代衰減關(guān)系模型平均值．

汶川地震；地震動(dòng)衰減模型；殘差分析；隨機(jī)效應(yīng)回歸；下一代衰減關(guān)系模型

地震動(dòng)衰減關(guān)系是地震危險(xiǎn)性分析的核心環(huán)節(jié)，是確定抗震設(shè)防參數(shù)的重要依據(jù)．建立合理的衰減模型更加真實(shí)地反映地震動(dòng)特性，提高模型預(yù)測(cè)精度，減小模型不確定性，是地震動(dòng)衰減關(guān)系研究的目標(biāo)．目前大多數(shù)衰減關(guān)系都采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法建立，該方法直觀簡(jiǎn)單可靠．美國(guó)下一代地震動(dòng)衰減關(guān)系(next generation attenuation，NGA)計(jì)劃采用這一方法針對(duì)美國(guó)西部建立了一套全新的地震動(dòng)衰減關(guān)系[1-5]．NGA計(jì)劃代表了當(dāng)前地震動(dòng)衰減關(guān)系研究的前沿，極大推動(dòng)了世界范圍內(nèi)新一代地震動(dòng)衰減關(guān)系的研究[6]．

由于我國(guó)強(qiáng)震資料的長(zhǎng)期匱乏，我國(guó)地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系的建立主要采用烈度轉(zhuǎn)換方法[7-8]．該方法的基本假設(shè)是地震動(dòng)衰減和烈度衰減之間存在確定性對(duì)應(yīng)關(guān)系，而這一假設(shè)尚缺乏科學(xué)的論證．此外，我國(guó)目前的地震動(dòng)衰減關(guān)系對(duì)斷層類型、場(chǎng)地反應(yīng)、近場(chǎng)效應(yīng)等方面的考慮不夠充分．從汶川震級(jí)Ms8.0的地震中獲取的大量強(qiáng)震記錄為我國(guó)西部地區(qū)的地震動(dòng)衰減關(guān)系研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)．國(guó)內(nèi)研究者利用這些數(shù)據(jù)采用經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)汶川地震區(qū)以及中國(guó)西部地區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系研究取得了一些成果[9-11]．但由于數(shù)據(jù)選取局限于汶川地震及其余震，建立的衰減關(guān)系大多僅適用于Ms6.5級(jí)以下的中小地震，也很少考慮地震動(dòng)近場(chǎng)效應(yīng)，因此，這些研究成果對(duì)于工程界關(guān)注的大震近場(chǎng)地震動(dòng)的應(yīng)用會(huì)受到一定的限制.

本文在汶川地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上合理引入國(guó)外強(qiáng)震數(shù)據(jù)，建立了一個(gè)適用于中國(guó)西部的考慮斷層類型、場(chǎng)地反應(yīng)、近場(chǎng)效應(yīng)的新地震動(dòng)衰減關(guān)系．

1 地震數(shù)據(jù)

1.1 汶川地震數(shù)據(jù)

本文選取了汶川主震和18次記錄質(zhì)量較高的Ms5.0級(jí)以上的余震．為了考慮震源-場(chǎng)地幾何特性對(duì)地震動(dòng)水平分量的差異性，本文地震動(dòng)水平分量旋轉(zhuǎn)為平行于斷層方向(FP)和垂直于斷層方向(FN)兩分量，并采用場(chǎng)點(diǎn)到斷層面的最短距離Rrup作為距離量度．

對(duì)于汶川主震，本文依據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(US Geological Survey，USGS)紀(jì)晨等反演的有限斷層模型進(jìn)行地震動(dòng)的旋轉(zhuǎn)和斷層距Rrup的計(jì)算．對(duì)于余震，本文采用Chiou和Youngs[4]提出的估計(jì)方法對(duì)余震斷層破裂面的幾何特征(包括斷層產(chǎn)狀、破裂尺度以及破裂面在斷層平面的定位)和斷層距進(jìn)行估算，并旋轉(zhuǎn)獲得FP和FN分量．

1.2 國(guó)外地震數(shù)據(jù)

由于汶川地震主余震之間存在較大的震級(jí)空白區(qū)(Ms=6.0～8.0)，僅采用汶川地震數(shù)據(jù)在該震級(jí)范圍內(nèi)無(wú)法對(duì)衰減模型有效約束，對(duì)此本文基于美國(guó)NGA的兩個(gè)假設(shè)，從NGA數(shù)據(jù)庫(kù)中合理地引入了部分國(guó)外記錄．NGA假設(shè)如下:

(1) 對(duì)于簡(jiǎn)單震源模型，不同活動(dòng)構(gòu)造帶上的淺地殼地震應(yīng)力降中值和變異系數(shù)相近；

(2) 在距離不大時(shí)，地殼結(jié)構(gòu)特征(如Q值等)的區(qū)域性差異對(duì)地震動(dòng)的影響不大．

NGA針對(duì)假設(shè)(1)比較了全球范圍內(nèi)的一些區(qū)域活動(dòng)斷層上的淺地殼地震應(yīng)力降，其中包括中國(guó)西南地區(qū)．事實(shí)上，NGA中也基于此假設(shè)引入了大量非加州地區(qū)地震，其中臺(tái)灣集集地震的記錄數(shù)量甚至達(dá)到總記錄數(shù)量的1/2．因此，筆者認(rèn)為在本文研究中，選取其他與中國(guó)西南地區(qū)類似的活動(dòng)構(gòu)造帶上的淺地殼地震而忽略震源差異性的影響是合理的．此外，本文衰減關(guān)系的距離范圍為200,km，可以認(rèn)為假設(shè)(2)成立．

1.3 數(shù)據(jù)集概述

本文采用的數(shù)據(jù)集包含了震級(jí)范圍Ms=5.0～8.0的39次地震的1,315組地震動(dòng)記錄，所用地震目錄見(jiàn)表1．為了避免前文對(duì)余震斷層破裂面產(chǎn)狀可能的誤判導(dǎo)致誤差的進(jìn)一步傳播，本文放棄了依據(jù)破裂面滑動(dòng)角判斷斷層破裂類型的傳統(tǒng)方法，而采用Zoback[12]的判定方法，該方法根據(jù)力軸傾角將地震斷層破裂機(jī)制分為走滑斷層、逆斷層和正斷層．本次研究采用地表以下30,m平均剪切波速Vs30作為場(chǎng)地參數(shù)，其中國(guó)外臺(tái)站的Vs30值來(lái)自NGA數(shù)據(jù)庫(kù)，汶川地震臺(tái)站的Vs30值由喻畑[10]提供．圖1給出了數(shù)據(jù)集震級(jí)-距離分布．

表1 本文所選的地震Tab.1 Earthquakes selected in this study

圖1 本文數(shù)據(jù)集地震動(dòng)記錄的震級(jí)-距離分布Fig.1 Magnitude-distance distribution of ground motion records in the dataset

2 模型建立

本文首先建立地震動(dòng)參數(shù)與震級(jí)和距離的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，將其作為基本模型．在基本模型的基礎(chǔ)上采用殘差分析方法討論斷層類型、場(chǎng)地條件和上下盤效應(yīng)對(duì)地震動(dòng)的影響，逐步建立斷層類型影響因子、場(chǎng)地反應(yīng)項(xiàng)和上盤效應(yīng)修正項(xiàng)．

2.1 基本模型

根據(jù)地震動(dòng)記錄隨震級(jí)、距離的變化特征，結(jié)合Atkinson和Silva[13]隨機(jī)震源模型數(shù)值模擬結(jié)果，本文采用震級(jí)標(biāo)度分段的基本模型形式，并采用震級(jí)相關(guān)的距離衰減項(xiàng)對(duì)大震近場(chǎng)地震動(dòng)隨震級(jí)的飽和現(xiàn)象進(jìn)行模擬．基本模型形式為

式中:Rrup為斷層距；M為面波震級(jí)；Mc為分段點(diǎn)震級(jí)；α0、α1、α2、β1和β2為回歸系數(shù)．

本文約束大震下地震動(dòng)隨震級(jí)發(fā)生完全飽和(full saturation)[1]，即Rrup=0時(shí)地震動(dòng)參數(shù)隨震級(jí)的變化率為0．據(jù)此可得出如下約束條件:

2.2 斷層類型影響因子

研究表明，斷層破裂機(jī)制對(duì)地震動(dòng)有顯著的影響[14]．本文選取斷層類型作為表征斷層破裂機(jī)制的參數(shù)，根據(jù)基本模型回歸結(jié)果，比較不同斷層類型地震引起的地震動(dòng)殘差．表2中給出了不同斷層類型地震PGA和周期T為0.3,s、1.0,s、3.0,s時(shí)反應(yīng)譜的平均殘差．

表2 不同斷層類型平均殘差比較Tab.2Comparison of average residuals for different fault types

從表2中可以看出，對(duì)于逆斷層地震，地震動(dòng)殘差系統(tǒng)性偏正，表明逆斷層實(shí)際產(chǎn)生的地震動(dòng)水平高于全部地震的地震動(dòng)平均水平；而對(duì)于走滑斷層和正斷層地震，殘差系統(tǒng)性偏負(fù)，且正斷層殘差偏態(tài)更大，表明對(duì)走滑和逆斷層地震引起的地震動(dòng)預(yù)測(cè)偏大，模型嚴(yán)重高估了正斷層地震的地震動(dòng)參數(shù)．

以上分析進(jìn)一步證實(shí)了斷層破裂機(jī)制對(duì)地震動(dòng)存在顯著的影響，為考慮這種影響，本文引入斷層類型因子

式中:SS、RS、NS為啞變量，分別代表走滑斷層(SS=1，其他為0)、逆斷層(RS=1，其他為0)、正斷層(NS=1，其他為0)；b1、b2和b3為回歸系數(shù)．

2.3 場(chǎng)地反應(yīng)

在以往衰減關(guān)系研究中，場(chǎng)地特性大多采用寬泛的場(chǎng)地分類(如土層和基巖)，對(duì)不同的場(chǎng)地類別分別進(jìn)行回歸獲得模型系數(shù)．用場(chǎng)地類別表征場(chǎng)地條件無(wú)法體現(xiàn)同類場(chǎng)地內(nèi)部場(chǎng)地特性的離散性，對(duì)處于分類界限附近的場(chǎng)地，用場(chǎng)地類別來(lái)考慮場(chǎng)地影響會(huì)產(chǎn)生較大誤差．因此本文采用連續(xù)變化的Vs30代替場(chǎng)地類別作為場(chǎng)地特征參數(shù)．

圖2中給出了不同周期地震動(dòng)殘差εln,y隨Vs30的分布情況．為了更直觀地反映規(guī)律性，本文對(duì)Vs30進(jìn)行了區(qū)間化并計(jì)算每個(gè)區(qū)間段內(nèi)的殘差平均值．觀察圖中殘差均值隨著Vs30的變化發(fā)現(xiàn)，εln,y殘差隨ln( Vs30)的增大呈現(xiàn)線性減小的趨勢(shì)．對(duì)于短周期(T＜1,s)，殘差與ln( Vs30)的線性變化一直延伸到更高的Vs30值，而對(duì)于中長(zhǎng)周期(T≥1,s)，平均殘差隨ln( Vs30)的變化存在一個(gè)分段，在Vs30超過(guò)某一值(約為700,m/s)時(shí)，殘差不再隨Vs30變化．這一現(xiàn)象表明，對(duì)于堅(jiān)硬場(chǎng)地，長(zhǎng)周期反應(yīng)與Vs30的相關(guān)性不大.

以上趨勢(shì)與NGA計(jì)劃中Abrahamson and Silva[1]模型(AS08模型)中的線性場(chǎng)地反應(yīng)一致．雖然圖2中也表現(xiàn)出了一些非線性場(chǎng)地反應(yīng)(PGA和T=0.3,s地震動(dòng)在Vs30＜300,m/s時(shí))，但根據(jù)以往研究，非線性場(chǎng)地反應(yīng)在Vs30＜200,m/s且地震動(dòng)幅值大于0.2g～0.3g時(shí)表現(xiàn)顯著，并隨Vs30增大迅速消減，本文數(shù)據(jù)集中Vs30＜200,m/s的記錄數(shù)量稀少，受非線性場(chǎng)地反應(yīng)影響的記錄并不多，因此本文不考慮非線性場(chǎng)地反應(yīng)．雖然忽略非線性場(chǎng)地反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致Vs30＜200,m/s的弱場(chǎng)地上的地震動(dòng)預(yù)測(cè)誤差較大，但盲目加入非線性場(chǎng)地反應(yīng)項(xiàng)可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)法對(duì)參數(shù)進(jìn)行有效約束而增大模型的不確定性．

圖2 事件內(nèi)部殘差隨Vs30的分布情況Fig.2 Vs30,dependence of the intra-event residuals

根據(jù)以上分析，本文采用AS08模型的線性場(chǎng)地反應(yīng)項(xiàng)作為本文場(chǎng)地反應(yīng)項(xiàng)，即

式中:c、d為回歸系數(shù)；V1為分段點(diǎn)波速，由下式確定

2.4 上盤效應(yīng)修正

Abrahamson和Somerville[15]在1996年對(duì)Northridge地震的研究中發(fā)現(xiàn)大震時(shí)上盤場(chǎng)地短周期地震動(dòng)比相同斷層距的下盤場(chǎng)地大，首次提出了上盤效應(yīng)的概念并針對(duì)Northridge地震建立了一個(gè)定量的上盤效應(yīng)模型．目前大多研究者認(rèn)為上盤效應(yīng)本質(zhì)上是一個(gè)幾何問(wèn)題，即斷層距相等的情況下，位于上盤的觀測(cè)點(diǎn)比下盤觀測(cè)點(diǎn)整體上更接近斷層面，雖然本文采用到破裂面的最短距離作為距離度量，這種上下盤幾何差異仍然存在，因此有必要對(duì)大震近場(chǎng)上盤場(chǎng)地進(jìn)行上盤效應(yīng)修正．本文借鑒NGA中對(duì)上盤的定義[16]，見(jiàn)圖3．

圖3 NGA中對(duì)上盤的定義[15]Fig.3 The definition of hanging wall by NGA[15]

為了便于工程應(yīng)用，本文對(duì)Abrahamson和Silva[17]建立的上盤效應(yīng)模型進(jìn)行了一些改進(jìn)，簡(jiǎn)化了模型形式并減小了模型的主觀性．建立了形式相對(duì)簡(jiǎn)單的上盤效應(yīng)修正項(xiàng)，即

其中

修正項(xiàng)由震級(jí)平滑項(xiàng)和距離平滑項(xiàng)兩部分構(gòu)成，距離平滑項(xiàng)僅有兩個(gè)參數(shù)需要回歸確定，形式簡(jiǎn)單，不依賴于經(jīng)驗(yàn)取值，減小了模型的主觀誤差．

3 模型回歸及結(jié)果

根據(jù)第2節(jié)中的分析和討論，確定最終模型形式為式中:fsite和fHW分別為場(chǎng)地反應(yīng)項(xiàng)和上下盤效應(yīng)修正項(xiàng)；FHW為啞變量，對(duì)上盤場(chǎng)地取1，其他取0．

因?yàn)槟Ｐ突貧w時(shí)無(wú)法同時(shí)確定多個(gè)常數(shù)項(xiàng)，基本模型fB和場(chǎng)地反應(yīng)因子fsite中的常數(shù)項(xiàng)α0和d合并到斷層類型系數(shù)b1、b2和b3中．

為了消除來(lái)自同一次地震的記錄之間的相關(guān)性，避免記錄數(shù)量占優(yōu)的地震對(duì)距離衰減起控制作用，對(duì)式(10)進(jìn)行隨機(jī)效應(yīng)回歸，采用Abrahamson和Youngs[18]提出的迭代算法求解模型系數(shù)．

分別對(duì)FP和FN分量PGA和各周期5%阻尼比偽加速度反應(yīng)譜逐一進(jìn)行回歸．需要注意的是，在對(duì)特定周期回歸時(shí)，由于記錄高通截止頻率的限制，并不是所有的記錄都可用．為了確保模型的可靠性，在對(duì)周期T進(jìn)行回歸時(shí)，僅高通截止頻率的記錄是可用的．對(duì)FP分量和FN分量的回歸結(jié)果分別列于表3和表4．

表3 FP分量模型系數(shù)Tab.3 Model parameters for FN component

表4 FN分量模型系數(shù)Tab.4 Model parameters for FN component

4 比較與討論

圖4中給出了本文模型對(duì)汶川8.0級(jí)地震200,km以內(nèi)不同周期地震動(dòng)的預(yù)測(cè)，并與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行了比較．圖中點(diǎn)為實(shí)際觀測(cè)值，虛線和實(shí)線分別為Vs30=150,m/s和600,m/s時(shí)模型得出的距離衰減曲線(汶川地震200,km以內(nèi)74個(gè)臺(tái)站Vs30均分布在150～600,m/s之間)．

根據(jù)圖4中的比較，對(duì)于各周期，大部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在兩預(yù)測(cè)曲線之間，表明本文模型對(duì)汶川地震在整體上能給出與實(shí)測(cè)值較符合的預(yù)測(cè)．注意到在T=6.0,s時(shí)，不論是FN分量還是FP分量，實(shí)測(cè)點(diǎn)分布都略低于預(yù)測(cè)衰減曲線，即本文模型對(duì)汶川地震長(zhǎng)周期段地震動(dòng)的預(yù)測(cè)值偏大．

圖5和圖6給出了走滑地震(Ms=6.5)在40,km和100,km處基巖(760,m/s)和軟土(270,m/s)場(chǎng)地上本文模型預(yù)測(cè)反應(yīng)譜與4個(gè)NGA模型預(yù)測(cè)譜的比較．考慮到4個(gè)NGA模型之間存在一定的離散性，圖中還給出了4個(gè)NGA模型預(yù)測(cè)譜的平均值．

根據(jù)圖5和圖6可知，本文模型預(yù)測(cè)譜在短周期段(T＜1,s)與NGA模型平均值較為一致，而在長(zhǎng)周期段(T＞2,s)本文模型預(yù)測(cè)譜顯著低于NGA模型平均值，而與AS08模型和CY08模型(Chiou and Youngs)預(yù)測(cè)值相近．此外，本文模型預(yù)測(cè)譜比NGA模型平均值預(yù)測(cè)譜在長(zhǎng)周期段隨周期下降得更快. Abrahamson等[19]對(duì)5個(gè)NGA模型進(jìn)行了比較，認(rèn)為AS08模型和CY08模型在長(zhǎng)周期段比另外3個(gè)模型下降更快是由于模型考慮了對(duì)中長(zhǎng)周期地震動(dòng)影響顯著的深土層反應(yīng)．本文模型并未引入工程基巖(剪切波速為1,100,m/s巖層)埋深等考慮深土層的參數(shù)，但在長(zhǎng)周期段的表現(xiàn)卻與AS08模型和CY08模型相近，這可能是由于本文場(chǎng)地反應(yīng)完全基于數(shù)據(jù)回歸得出而沒(méi)有采用淺土層反應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果，回歸過(guò)程包容了這一未知因素的影響．

圖4 本文模型對(duì)汶川8.0地震反應(yīng)譜預(yù)測(cè)Fig.4 Predicted spectra of the model in the paper for 8.0 Wenchuan earthquake

圖5 本文模型與NGA模型預(yù)測(cè)反應(yīng)譜比較(Ms=6.5，走滑地震，Rrup=40,km)Fig.5 Comparison of predicted spectra of the model in the paper with those of NGA models(Ms=6.5，strike-slip，Rrup=40,km)

圖6 本文模型NGA模型預(yù)測(cè)反應(yīng)譜比較(Ms=6.5，走滑地震，Rrup=100,km)Fig.6 Comparison of predicted spectra of the model in the paper with those of NGA models(Ms=6.5，strike-slip，Rrup=100,km)

圖7 中比較了本模型與AS08和BA08(Boore and Atkinson)兩個(gè)NGA模型預(yù)測(cè)反應(yīng)譜隨距離的衰減．總體而言，對(duì)于小震近場(chǎng)(M=5，Rrup＜20,km)各模型預(yù)測(cè)值相差較大，這主要是由于小震近斷層區(qū)域記錄數(shù)量稀少，NGA數(shù)據(jù)集和本文數(shù)據(jù)集都存在這一問(wèn)題，各模型小震近場(chǎng)的距離衰減都是由外推得出的，因此不同模型差異較大．從距離衰減的速率來(lái)看，在中遠(yuǎn)場(chǎng)本文模型與AS08模型基本相當(dāng)．

圖7 本文模型與兩個(gè)NGA模型距離衰減的比較Fig.7Comparison of distance attenuation of the model in the paper with those of two NGA models

圖8 給出了本文模型標(biāo)準(zhǔn)差與NGA模型標(biāo)準(zhǔn)差的比較(圖中l(wèi)nyσ為地震動(dòng)參數(shù)自然對(duì)數(shù)預(yù)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差)．NGA模型對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行了專門的分析，建立了與震級(jí)、場(chǎng)地非線性等因素相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)差模型．而本文標(biāo)準(zhǔn)差只是不同震級(jí)和不同場(chǎng)地平均意義的模型不確定性．因此，與NGA模型取中等震級(jí)(Ms=6.5)基巖場(chǎng)地(Vs30=760,m/s)條件下的模型標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比較．

圖8 本文模型與NGA模型標(biāo)準(zhǔn)差的比較Fig.8 Comparison of standard deviations of the model in the paper with those of NGA models

由圖8可知，在短周期段(T＜0.4,s)各模型標(biāo)準(zhǔn)差基本相近，本文模型標(biāo)準(zhǔn)差比AS08、CY08和I08(Idriss)3個(gè)NGA模型略??；在中長(zhǎng)周期段(T＞0.4,s)，本文模型標(biāo)準(zhǔn)差比AS08模型和CY08模型大，而比I08模型?。?/p>

5 結(jié) 論

本文基于強(qiáng)震數(shù)據(jù)，采用殘差分析方法建立了一個(gè)考慮斷層破裂機(jī)制、淺土層反應(yīng)以及上盤效應(yīng)的地震動(dòng)衰減關(guān)系．模型考慮了斷層破裂模式和傳播過(guò)程對(duì)地震動(dòng)水平分量的不同影響，對(duì)FN分量和FP分量分別建模．通過(guò)模型預(yù)測(cè)值與汶川地震實(shí)際觀測(cè)值的比較和與美國(guó)NGA模型的對(duì)比分析，主要得出以下結(jié)論．

(1) 本文模型對(duì)汶川地震200,km以內(nèi)的預(yù)測(cè)整體上與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較吻合，在長(zhǎng)周期段本文模型會(huì)高估汶川地震產(chǎn)生的地面運(yùn)動(dòng)．將本文模型預(yù)測(cè)值用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)是偏于安全的．

(2) 本文模型在短周期段(T＜1,s)的預(yù)測(cè)反應(yīng)譜與NGA模型平均值基本一致，而對(duì)長(zhǎng)周期(T＞2,s)地面運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)值小于NGA模型平均值．

(3) 本文模型與NGA模型的模型不確性在短周期段(T＜0.4,s)基本相當(dāng)，而長(zhǎng)周期段本文模型標(biāo)準(zhǔn)差略有偏大，尚有待改進(jìn)．

致 謝:

感謝國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心為本研究提供了汶川地震的強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料；感謝太平洋地震工程研究中心強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫(kù)提供的強(qiáng)震資料；感謝喻畑等提供的汶川地震區(qū)臺(tái)站Vs30數(shù)據(jù)；感謝國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51238012，9121530113，50938006)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011CB013601)、地震行業(yè)科研專項(xiàng)(201208013)、國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2012DFA70810)和中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(2011B02)的資助．

［1］ Abrahamson N A，Silva W J. Summary of the Abrahamson and Silva NGA ground motion relations[J]. Earthquake Spectra，2008，24(1):67-97.

［2］ Boore D M，Atkinson G M. Ground-motion prediction equations for the average horizontal component of PGA，PGV，and 5%-damped PSA at spectral periods between 0.01,s and 10.0,s[J]. Earthquake Spectra，2008，24(1):99-138.

［3］ Campbell K W，Bozorgnia Y. NGA ground motion model for the geometric mean horizontal component of PGA，PGV，PGD and 5% damped linear elastic response spectra for periods ranging from 0. 01 to 10 s[J]. Earthquake Spectra，2008，24(1):139-171.

［4］ Chiou B S-J，Youngs R R. Chiou-Youngs NGA ground motion relations for the geometric mean horizontal component of peak and spectral ground motion parameters[J]. Earthquake Spectra，2008，24(1):173-215.

［5］ Idriss I M. An NGA empirical model for estimating the horizontal spectral values generated by shallow crustal earthquakes[J]. Earthquake Spectra，2008，24(1): 217-242.

［6］ 張 齊，胡進(jìn)軍，姜治軍，等. NGA模型概述及其在中國(guó)適用性的初步探討[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2012，45(增2):42-46.

Zhang Qi，Hu Jinjun，Jiang Zhijun，et al. Overview of the NGA models and preliminary discussion on its applicability in China[J]. China Civil Engineering Journal，2012，45(Suppl 2):42-46(in Chinese).

［7］ 俞言祥，汪素云. 中國(guó)東部和西部地區(qū)水平向基巖加速度反應(yīng)譜衰減關(guān)系[J]. 震災(zāi)防御技術(shù)，2006，1(3):206-217.

Yu Yanxiang，Wang Suyun. Attenuation relations for horizontal peak ground acceleration and response spectrum in eastern and western China [J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2006，1(3):206-217(in Chinese).

［8］ 俞言祥，李山有，肖 亮. 為新區(qū)劃圖編制所建立的地震動(dòng)衰減關(guān)系[J]. 震災(zāi)防御技術(shù)，2013，8(1):24-33. Yu Yanxiang，Li Shanyou，Xiao Liang. Development of ground motion attenuation relations for the new seismic hazard map of China[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2013，8(1):24-33(in Chinese).

［9］ 盧大偉，李小軍，崔建文. 汶川中強(qiáng)余震地震動(dòng)峰值衰減關(guān)系[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，18(增1):138-151.

Lu Dawei，Li Xiaojun，Cui Jianwen. Ground motion attenuation of the Wenchuan aftershocks [J]. Journal of Basic Science and Engineering，2010，18(Suppl 1): 138-151(in Chinese).

［10］ 喻 畑. 汶川地震區(qū)地震動(dòng)估計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚D]. 哈爾濱:中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2012.

Yu Tian. Empirical Estimate Model for Ground Motion of Wenchuan Earthquake Zone[D]. Harbin:Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，2012(in Chinese).

［11］ 康蘭池，金 星. 四川地區(qū)中小地震地震動(dòng)衰減規(guī)律研究[J]. 地震學(xué)報(bào)，2009，31(4):403-410.

Kang Lanchi，Jin Xing. Ground motion attenuation relation for small to moderate earthquakes in Sichuan region[J]. Acta Seismologica Sinica，2009，31(4):403-410(in Chinese).

［12］ Zoback M L. First- and second- order patterns of stress in the lithosphere:The world stress map project[J]. J Geophysical Research，1992，97(B8):11703-11728.

［13］ Atkinson G M，Silva W J. Stochastic modeling of California ground motions [J]. Bull Seism Soc Am，2000，90(2):255-274.

［14］ McGarr A. Scaling of ground motion parameters，state of stress，and focal depth [J]. J Geophysical Research，1984，89(B8):6969-6979.

［15］ Abrahamson N A，Somerville P G. Effects of the hanging-wall and footwall on ground motions recorded during the Northridge earthquake[J]. Bull Seism Soc Am，l996，86(1B):S93-S99.

［16］ Chiou B S-J，Darragh R B，Power M. NGA Flatfile Used for Development of NGA Models [EB/OA]. http: //peer. berkeley. edu/assets/NGA_Documentation. xls，2005-04-26.

［17］ Abrahamson N A，Silva W J. Empirical response spectral attenuation relations for shallow crustal earthquake[J]. Seism Res Lett，1997，68(1):94-127.

［18］ Abrahamson N A，Youngs R R. A stable algorithm for regression analyses using the random effect model[J]. Bull Seism Soc Am，1992，82(2):505-510.

［19］ Abrahamson N A，Atkinson G M，Boore D M，et al. Comparisons of the NGA ground-motion relations[J]. Earthquake Spectra，2008，24(1):45-66.

New Generation Ground Motion Attenuation Model for Western China

Zhang Qi1,2，Hu Jinjun1,2，Xie Lili1,2,3，Jiang Zhijun1,2
(1. Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080，China；2. Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，China Earthquake Administration，Harbin 150080，China；3. School of Civil Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China)

Based on the records from Wenchuan earthquakes and selected world-wide earthquakes，a new ground motion attenuation model considering the effect of rupture mechanism of fault，site condition and hanging wall/footwall effect was developed for western China utilizing residual analysis method. The parameters were determined by random effect regression. The analytical results show that the model predicted values for Wenchuan earthquake Ms8.0 at the distance less than 200,km are highly consistent with the ground motions observed except for some slightly over-predicted values at long periods. Compared with the average predicted spectra of four next generation attenuation(NGA) models，the predicted spectra of our newly-developed model provide similar ground motions at short periods(T＜1,s)but smaller ground motions at long periods(T＞2,s).

Wenchuan earthquake；ground motion attenuation model；residual analysis；random effect regression；next generation attenuation model

P315.9

A

0493-2137(2013)12-1079-10

DOI 10.11784/tdxb20131205

2013-09-02；

2013-10-17.

中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2011B02)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2011CB013601)；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(51238012，9121530113，50938006)；國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012DFA70810)．

張 齊(1988— )，男，博士研究生，zhangqi_1988@hotmail.com.

胡進(jìn)軍，hujinjun@iem.ac.cn.