基于ShakeMap_CNST的2014年云南鲁甸MS6.5地震震动图研究①

刘　军,孙甲宁,宋立军,谭　明,代博洋,何金刚

(1.新疆维吾尔自治区地震局,新疆 乌鲁木齐 830011; 2.云南省地震局,云南 昆明 430071)



基于ShakeMap_CNST的2014年云南鲁甸MS6.5地震震动图研究①

刘军1,孙甲宁1,宋立军1,谭明1,代博洋2,何金刚1

(1.新疆维吾尔自治区地震局,新疆 乌鲁木齐 830011; 2.云南省地震局,云南 昆明 430071)

分析了2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震的发生背景及震害特征,介绍了ShakeMap_CNST震动图系统的设计思路和实现原理及地震动参数的校正方法,并将其应用于鲁甸6.5级地震的震动图预测中,进一步分析了震区场地条件对局部震害的影响。结果表明,震动图预测的地震动特征与现场宏观调查的结果总体上是相适应的,最后对震动图系统的优缺点及应用前景进行了探讨。

鲁甸6.5级地震; 震动图; ShakeMap_CNST; 地震动预测; 烈度

0　引言

2014年8月3日16时30分10秒,云南省鲁甸县(27.1°N,103.3°E)发生M6.5地震。地震造成云南省昭通市鲁甸县、巧家县、昭阳区、永善县及曲靖市会泽县[1]共55个乡镇遭受不同程度的破坏,617人死亡、112人失踪、3 143人受伤,直接经济损失2 357 810万元*云南省地震局.2014年8月3日鲁甸6.5级地震灾害直接经济损失评估报告.2014.。

震区处于扬子准地台(Ⅰ级)凉山—滇东台褶带(Ⅱ级)的滇东北台褶束(Ⅲ级)内,区内发育NE向、近SN向和NW向多组断裂构造,其中NE向的莲峰—昭通断裂带为本区主体构造[2](图1)。此断裂带是由昭通—鲁甸、莲峰两条断裂带组成的以挤压逆冲为主的区域性大断裂,是大凉山次级活动块体的南部边界。

图1　鲁甸震区地震构造简图Fig.1　Seismotectonic map of Ludian earthquake area

此次6.5级地震发生在昭通—鲁甸断裂与包谷垴—小河断裂的交汇部位,据震源机制解、余震分布、地震烈度等震线长轴方向及野外地质调查结果分析,其发震构造应为包谷垴—小河断裂。

1　ShakeMap_CNST震动图系统

ShakeMap_CNST震动图能描绘震后灾区地震动的空间分布,显示地震产生的地面运动和可能的烈度破坏影响范围,包括PGA (峰值地面加速度)等值线图、PGV (峰值地面速度)等值线图和烈度分布图,其中震区烈度值I由PGA和PGV拟合的回归关系的范围在《中国地震烈度表》(GBT 17742-2008)中有明确定义。

1.1数据基础

工程场地条件对震害和地震动有明显的影响,在震后灾情研判和辅助决策中发挥积极作用[3],对地震灾区场地类别的划分有利于判别震害是否因场地条件而加剧,在宏观上能为地震灾情的规模和应急救援提供指导意见。

ShakeMap_CNST震动图系统考虑了场地效应对PGA、PGV的影响,但需准备震区的场地分区数据。本文vS30分类的边界值依据NEHRP的场地分类划分。为了提高分辨率,需进一步对波速边界值进行细分,并且当该坡度范围内的坡度值的格点处为指定波速值时可通过线性插值完成相关计算。ShakeMap_CNST震动图系统还需准备一套用于计算震区理论地震动参数的公里格网数据,也可以视实际需求,加大格网数据密度。

1.2设计思路

ShakeMap_CNST震动图系统获取地震震源参数后,根据震级大小确定不同的衰减关系模型,再根据历史强震记录拟合的地震动衰减关系模型估计出影响区域内各公里格网点的PGA值,然后通过场地放大系数对PGA值数据进行校正,最后结合《中国地震烈度表》对其烈度进行转化并成图(图2)。

本研究在选择衰减模型时,参考国内外许多研究者提出的诸多参考模型,根据地震发震构造和加速度记录资料分布情况,选择了霍俊荣提出的模型[4],该模型的形式为:

lg Y(M,R)=C1+C2M+C3lg[R+R0(M)]+δ

(1)

在上述衰减关系模型基础上,利用崔建文关于云南地区分区拟合的Ⅰ区地震动衰减关系[5]:

长轴:lgPGA=0.046 1+0.830 0M+(0.885 7+0.198 0M)lg(R+20)

(2)

短轴:lgPGA=0.287 0+0.773 8M+(0.838 9+0.189 8M)lg(R+18)

(3)

lnPGV=0.435 6lnPGA-4.394

(4)

图2　ShakeMap_CNST震动图系统流程图Fig.2　Flow chart of ShakeMap_CNST system

为客观地反映震区地震动特征分布,获取震区土层的放大系数,采用Borcherdt依赖于振幅和频率的放大系数[6],计算出短周期(0.1～0.5 s)和中周期(0.4～2.0 s)4个加速度输入档下地震动参数的放大系数。

2　鲁甸6.5级地震震动图

根据地球物理所CAP方法的矩张量反演结果显示,此次6.5级地震发生在昭通—鲁甸断裂与包谷垴—小河断裂的交汇部位。据震源机制解、余震分布、地震烈度等震线长轴方向及野外地质调查结果分析,此次地震的发震构造应为包谷垴—小河断裂,其为左旋走滑型地震,系统确定主轴方向为长轴NNW走向。在为本次地震快速生成震区烈度图的过程中,应用云南地区场地条件分区数据与不同场地条件放大参数。再考虑震中位置、地震震级、震区构造背景、震源机制等因素,根据云南地区地震动衰减经验关系估计方法计算震中地区基岩面的PGA和PGV地震动参数结果,并结合局部场地效应的影响及由Borcherdt提供的场地放大系数,用理论基岩上的PGA、PGV地震动参数分布通过场地放大校正到相应土层地表上[7],计算得到鲁甸6.5级地震及周边地区的PGA和PGV,再根据本次地震强震台站实际PGA、PGV地震动观测值,采用距离加权插值法对以震区强震台站为中心30 km×30 km范围内公里格网点的PGA、PGV值进行重新计算。在计算地震动参数过程中,以加大实际观测地震动值权重来发挥震区强震台站的效能,得到重新计算后网格节点的地震动值来绘制等值线[8]。云南强震台网中81个台站成功获取了此次地震的记录,而鲁甸龙头山镇财政所强震动台为获取本次地震记录最近的台站,震中距4.4 km,其场地为基岩,记录到的水平向加速度峰值达948.5 gal[9]。仪器记录对应烈度为Ⅷ度,震中距≤50 km或PGA≥10 cm·s-2的强震动台站如表1所列[10]。

表1　鲁甸6.5级强震动台网记录

根据前人研究结果[11]L当地震烈度I<Ⅶ时使用峰值加速度,而I>Ⅶ时使用峰值速度来确定效果比较理想。本系统在计算中首先利用《中国地震烈度表》对应PGA的关系来计算烈度I,如果校正后的网格点计算的PGA的烈度值大于等于Ⅶ即90 gal,系统将自行切换到采用PGV的衰减关系来计算该点的烈度值,本次产出的地震震动图如图3所示。

根据巧家县水文资料显示,老店镇、包谷佬乡及新店镇三角地带的地下水埋深平均约1.3 m,该区域构造岩主要为松散的断层角砾岩,局部地区由细粉砂和高含水量的可塑黄土构成,根据白鹤滩电站钻孔资料分析及新店镇东南实测资料计算得出本区域场地土层的平均等效剪切波速,依据《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》表4.1.6中土层等效剪切波速对应场地覆盖层厚度的双参数法确定场地类别。巧家县东部地区vS30的平均剪切波速为512 m/s,为C类场地。该区会泽迤车太台及巧家马树强震台站PGA记录在105～123 gal具有优势分布,而C类场地对PGA具有一定放大效应。由图3可以看出,本次地震烈度Ⅶ度区分布西部地区影响范围明显较大,根据现场调查报告结果显示巧家县东部地区老店镇、新店镇至小河镇房屋破坏较为严重,即Ⅵ度区影响范围较大,可见根据震动图预测的本次地震的地震动特征与现场宏观调查的结果是相适应的。

图3　鲁甸6.5级地震震动图 Fig.3　Shake Map of Ludian MS6.5 earthquake

3　结语

破坏性地震发生后,震动图系统能为地方政府和应急主管部门提供灾区地表震动特征和烈度估计信息,为研究地震预期破坏情况及灾区开展应急救援提供帮助,辅助地震现场灾害调查人员进行损失估计工作。当然,震动图系统的应用也具有一定局限性,如在鲁甸6.5级地震中由于台站布局相对稀疏,台站间距较大,使得实际记录数据间隙比较大,需采用空间插值算法来完成地表震动的分布,这在小范围研究中会有明显的误差。其次,由震动图得到的烈度值是由历史地震的地震动衰减关系拟合得到的,与真实烈度分布有一定差距,地震动衰减关系的选取需要尽量考虑本地的衰减特征,震动图需要和强震台网监测数据、现场灾害调查结果相结合并对烈度图进行动态修正,以期能在地震应急和防震减灾工作中发挥显著的成效。

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ShakeMap Study of 2014 Ludian,Yunnan MS6.5 Earthquake Based on ShakeMap_CNST

LIU Jun1,SUN Jia-ning1,SONG Li-jun1,TAN Ming1,DAI Bo-yang2,HE Jin-gang1

(1.Earthquake Administration ofXinJiangUygur Autonomous Region,Urumqi 830011,Xinjiang,China;2.Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650224,Yunnan,China)

In this study,we applied the ShakeMap_CNST system,which considers the epicenter location,earthquake magnitude,seismic tectonic background,and focal mechanism,for the rapid prediction of the ground motion spatial distribution of the Ludian,Yunan 6.5 earthquake of August 3,2014.Using a method for estimating the seismic motion attenuation relationship in the Yunnan area,we calculated the PGA and PGV values of the bedrock surface in the epicenter area.Based on the observation results of strong ground motion by the stations and by using the distance weighted interpolation method,we recalculated the PGA and PGV values as being in the range of 30×30 km2around the stations.In the calculation process of the seismic ground motion parameters,we increased the weight of the actual observation data to recalculate the ground motion data of each grid node and then drew a seismic intensity map.From the map,we can see that the scope of the VII-degree zone was obviously larger than originally believed.The field survey results also show that the houses were damaged more seriously in the towns of Laodian,Xindian,and Xiaohe,which are located in the eastern part of Qiaojia county in which earthquake damage was more significant.Therefore,the spatial distribution characteristics of the ground motion predicted by this system are consistent with field survey results.

Ludian 6.5 earthquake; ShakeMap; ShakeMap_CNST; seismic motion prediction; intensity

2015-07-29

中国地震局“三结合”课题(163101);地震星火计划项目(XH2015044Y)

刘军(1982-),男,硕士,高级工程师,主要从事地震应急与灾害学相关研究。E-mail:liujun_eq@sina.com。

P315.9

A

1000-0844(2016)04-0647-05

10.3969/j.issn.1000-0844.2016.04.0647