黃樹生 ,左天惠,韋王秋,3,潘岳怡,符 衡

（1.廣西壯族自治區(qū)地震局,南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)國情地理監(jiān)測院,南寧 530022；3.廣西工程防震研究院,南寧 530022）

0 引言

經(jīng)過多個項目的建設后,目前廣西境內(nèi)形成了由固定自由場強震動臺站、一般站、基本站和基準站組成的數(shù)字強震動臺網(wǎng)。這一臺網(wǎng)為研究廣西及周邊地區(qū)地震的強震動提供了便利。2019年10月12日在廣西北流發(fā)生了MS5.2級地震。地震發(fā)生后,通過收集廣西境內(nèi)的數(shù)字強震臺站數(shù)據(jù),計算了本次地震的峰值加速度,并結合豎向與兩個水平向地震動峰值加速度的比值關系、震中距和場地條件,分析了本次地震的豎向地震動特征。希望通過本次工作能為廣西工程結構的地震反應分析和工程抗震設計提供參考。

1 數(shù)據(jù)

廣西強震臺網(wǎng)由國家“十五”重點項目—中國數(shù)字強震動臺網(wǎng)項目廣西19個臺站、廣西地震烈度速報與預警系統(tǒng)項目300個臺站均建設在自由場地面基墩上（本文標記為土層）,北部灣地震烈度速報項目110個臺站安裝在學校樓房一層地面基墩（本文標記為結構一層）上。數(shù)字強震動臺站使用無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)實時傳輸,“十五”臺站數(shù)據(jù)采樣率為200 Hz其他臺站數(shù)據(jù)采樣率為100 Hz ,通過JOPENS軟件將數(shù)據(jù)匯集至臺網(wǎng)中心服務器,廣西強震動觀測規(guī)模已覆蓋廣西轄區(qū)范圍。

圖1 研究區(qū)臺站分布與地質(zhì)關系簡圖Fig. 1 The diagram of the relationship between the distribution of stations and geology in the study area

廣西北流—廣東化州5.2級地震發(fā)生后,共收集到50個臺站共150組強震數(shù)據(jù),其中豎向加速度數(shù)據(jù)50組。這50個臺站主要使用的儀器型號為GL-P2A型強震儀,2個臺站儀器型號為SYSCOM型強地震儀，1個臺站儀器型號為ETNA型強震儀，僅有5個臺站儀器型號為CMG-5TCDE型強震儀,各強震儀均安裝在地面基墩上。其中結構臺站14個,土層臺站36個,其中研究區(qū)的臺站分布圖,見圖1。

2 方法

本文采用2015年3月1日中國地震局頒布的《儀器地震烈度計算暫行規(guī)程》算法對地震記錄選取和處理,使用港震公司SMAIAS軟件對強震記錄數(shù)據(jù)進行分析處理,具體計算方法如下：

（1）基線校正。對強震儀獲取的記錄進行基線校正處理,采用記錄時間過程減去地震事件前記錄的平均值,事件前記錄時間長度30 s。

（2）數(shù)字濾波。采用巴特沃斯數(shù)字濾波器對地震動加速度每個分向進行0.1～10 Hz帶通濾波,濾波器通帶波紋小于0.5 dB,濾波器帶外衰減大于12 dB每倍頻程式。

本次工作共計算了水平向峰值加速度100組,豎向峰值加速度50組。

3 結果

為使本次地震的計算結果更接近于實際情況，作者收集了東南一側(cè)廣東局3個強震臺站數(shù)據(jù)，通過上述算法獲得各臺站的3個方向的峰值加速度,然后采用克里金法進行插值獲得3個方向的峰值加速度等值線圖,再以這3張等值線圖為底圖,疊加區(qū)域斷裂、臺站位置及編號、方位角、震中距,得到3個方向的峰值加速度與區(qū)域斷裂帶、震中距的關系圖（圖2～圖4）。

結果表明在震中西側(cè)有多中心出現(xiàn)，且連續(xù)呈現(xiàn)近EW。震中東側(cè)數(shù)據(jù)不足暫不做討論。

圖2 南北向峰值加速度分布與震中距、構造關系圖Fig.2 The relationship between the distribution of north-south peak acceleration distribution, the epicentral distance and structure

圖3 東西向峰值加速度分布與震中距、構造關系圖Fig.3 The relationship between the distribution of east-west peak acceleration distribution,the epicentral distance and structure

圖4 垂向峰值加速度分布與震中距、構造關系圖Fig.4 The relationship between the distribution of vertical peak acceleration distribution, the epicentral distance and structure

4 分析與討論

4.1 峰值加速度與震中距的關系

從宏觀上觀察（圖2～4）,三個方向上的峰值加速度最大值均出現(xiàn)在30 km以內(nèi),在30 km以內(nèi)迅速降低。將本次工作的結果與中國東部強震區(qū)5級地震的衰減關系[1]進行了對比。從圖5中可以發(fā)現(xiàn),0～30 km范圍內(nèi),3個方向的峰值加速度衰減明顯。而震中距大于30 km的峰值加速度中,大部分的峰值加速度大于東部5級強震區(qū)的峰值加速度衰減關系,只有小部分垂向峰值加速度和個別的水平向峰值加速度小于東部5級強震區(qū)的衰減關系。造成這種結果的原因,可能與研究區(qū)內(nèi)臺站的臺基有關。全國性的區(qū)劃圖的衰減關系實際上是一個平均的場地的衰減。而研究區(qū)中有14個臺是結構臺,地震動傳入結構后對地震動有放大作用。而對地震動的響應是復雜的[2],土層臺對地震動的響應機制仍不清楚。

圖5 廣西北流—廣東化州Ms 5.2級地震三方向峰值加速度與中國東部強震區(qū)峰值加速度衰減關系對比圖Fig.5 Comparison of attenuation relationship between the peak acceleration in three directions of the Beiliu-Huazhou Ms 5.2 earthquake and the peak acceleration in the strong earthquake area of eastern China

4.2 峰值加速度與地質(zhì)條件的關系

從圖1至圖4觀察,靠近斷層或在斷層上的10個臺（表1）附近出現(xiàn)加速度峰值密集區(qū),這些密集區(qū)呈現(xiàn)出等值線密集或峰谷（等值線封閉成低值或高值的區(qū)域）。江輝等[3]引入考慮震級和斷層距影響的地震動衰減模型,并與既有的衰減模型進行了對比,提出了一個新的近斷層區(qū)域峰值衰減模型。本文將靠近斷層的10個臺的數(shù)據(jù)與該模型進行了對比（圖6）,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)近斷層或斷層上的臺站衰減明顯小于江輝等[3]的衰減模型關系,暗示研究區(qū)內(nèi)的斷層對本次地震的峰值衰減的影響并不明顯。

圖6 研究區(qū)近斷層（或斷層上）的臺站三方向峰值加速度衰減特征（底圖為江輝等,2011的衰減模型）Fig 6 Attenuation characteristics of peak acceleration in three directions of the station near the fault (or above the fault) in the study area

4.3 峰值加速度與斷裂關系

從圖2～圖4觀察，三分向峰值加速度在震中西側(cè)有多中心出現(xiàn)，且其連線呈現(xiàn)近EW。作者認為出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與斷裂有關聯(lián)。經(jīng)查閱資料，任鎮(zhèn)寰等（2016）的研究表明，陸川至信宜一線存在一條東西向-30-40×10-5m/s2的重力梯度異常帶，博白—浦北一線則出現(xiàn)北西西向的-20×10-5m/s2的重力梯度異常帶，后來經(jīng)過綜合解譯認為深部存在一條東西向的“浦北—信宜斷裂”。對照本文結果中出現(xiàn)的多中心現(xiàn)象，與該東西向的重力異常梯度帶基本吻合。

4.4 工程意義

對于大跨度橋梁、高層房屋、核電站等工程的抗震設計者而言,豎向地震動對工程結構的影響是值得重視[4-5],因而加深對豎向地震動特性的認識具有現(xiàn)實和工程意義[6]。目前的核心問題是在工程設計時豎向峰值加速度的取值問題?，F(xiàn)行的建筑抗震設計規(guī)范（2010年版）和構筑物抗震設計規(guī)范（2012年版）中規(guī)定[7-8],在9度時的一些特定建筑和結構,其豎向地震影響系數(shù)的最大值可取水平影響系數(shù)最大值的65%。

將本次地震豎向峰值加速度與兩個水平方向峰值加速度分別作比值（UD/NS為豎向峰值加速度/南北向峰值加速度,UD/EW為豎向峰值加速度/東西向峰值加速度,下同）,共100組（圖7）。在比值大于1.0的組分里,30 km以內(nèi)的有3組（共4組）, 30～60 km范圍內(nèi)的有0組（共18組）, 60～90 km范圍內(nèi)的有3組（共22組）,＞90 km范圍內(nèi)的有6組（共56組）。

比值大于0.65小于1.0的組分里, 30 km以內(nèi)的有1組, 30～60 km范圍內(nèi)的有2組（共18組）, 60～90 km范圍內(nèi)的有5組（共22組）,＞90 km范圍內(nèi)的16組（共56組）。

圖7 垂向峰值加速度與水平向峰值加速度比值圖Fig.7 The ratio of vertical peak acceleration to horizontal peak acceleration

對工程抗震而言,如果僅從比值上考察,那么現(xiàn)行的建筑抗震設計規(guī)范和構筑物抗震設計規(guī)范的規(guī)定是不足的。但是,峰值加速度均經(jīng)換算后大于0.05g（相當于Ⅵ度）只有3組,這三組峰值加速度出現(xiàn)在同一個站,即本次工作中震中距最小的臺站（21 km）玉林烏石站,UD/NS 為 0.85 , UD/EW 為 1.05。

周正華等[4]通過研究國內(nèi)外數(shù)十次地震（ML≥5）的近場自由地表加速度記錄,并進行近場加速度峰值比的統(tǒng)計分析后認為,豎向設計反應譜值不能簡單地取為水平向設計譜值的2/3,并指出最大影響系數(shù)αmax的確定應考慮近、遠場的影響,在近場大于2/3 ,在遠場小于2/3。本次工作的計算結果與周正華等[4]的建議有相同之處。

5 結論

通過上述計算、分析和討論后,可以獲得以下認識：

（1）0～30 km范圍內(nèi),3個方向的峰值加速度衰減明顯。而震中距大于30 km的峰值加速度中,大部分的峰值加速度大于東部5級強震區(qū)的峰值加速衰減關系,只有小部分垂向峰值加速度和個別的水平向峰值加速度小于東部5級強震區(qū)的衰減關系。

（2）研究區(qū)三分向峰值加速度在震中西側(cè)有多中心出現(xiàn)，且其連線呈現(xiàn)近EW。

（3）研究區(qū)斷層對本次地震的峰值加速度衰減影響不明顯。

（4）豎向峰值加速度與兩個水平方向峰值加速度有超過1/3的比值大于0.65（36組/100組）。36組數(shù)據(jù)中只有3組數(shù)據(jù)的峰值加速度大于0.05 g,具有工程設防意義。