2014年1月7日乳山4.3级地震动特性及震害分析

杜桂林，赵国臣

(1．威海市地震局，山东 威海　264200；2．哈尔滨工业大学(威海),山东 威海　264209)



2014年1月7日乳山4.3级地震动特性及震害分析

杜桂林1，赵国臣2*

(1．威海市地震局，山东 威海264200；2．哈尔滨工业大学(威海),山东 威海264209)

为深入认识2014年1月7日乳山市附近海域M4.3地震的特性，为该区域的建筑结构抗震设计及核电抗震设计提供有价值的参考资料，对此次地震的地震动记录进行了分析，并与设计谱进行了比较；并根据地震灾害现场调查，简要阐述了此次地震中的一些典型的破坏现象，提出了有关农村民居抗震设防的意见与建议。

乳山地震；地震动；反应谱；设计谱；震害特征

0　引言

近年来大地震(2008年汶川地震；2013年芦山地震等)的发生对人民的生命安全带来了极大的威胁，对社会造成了不可估量的经济损失[1-2]。历次地震后，地震工程领域和土木工程领域的学者们一直在反思，我们的建筑结构是否能够足以保证人民的生命及财产安全，并提出了诸多意见与建议，以逐步提高我国建筑结构的抗震水平[3]。但在大地震中吸取经验和教训，其代价是社会所不能够承受的，所以我们需要在小震中汲取经验。分析小震作用下地震动记录的频率成分、幅值以及反应谱特征，可以预估大震作用下的地震动记录的特性，分析强震记录的震中距及峰值加速度数值等，为地震区划、抗震设防、场地效应、烈度衰减关系等研究提供基础资料[4-7]。

据山东地震台网测定，2014年1月7日22时24分在山东乳山市附近海域(36.8°N，121.7°E)发生M4.3地震，震源深度约8 km。地震震中位置距海阳核电站、威海石岛湾核电站的直线距离均在40 km以内，且曾为新的核电站预建位置。此外，乳山位于山东半岛的东部，是一个以旅游为主要经济产业的城市，尽管地震震级不大，仍引起当地群众和相关部门以及学者的密切关注[8]。

1　地震动特性

1.1地震动幅值

地震发生时，烟台市海阳台站和威海市乳山台站记录到了该地震较为完整的地震动记录。2个台站距震中的距离分别为35.65 km和14.26 km(图1)。由于原始地震动的速度和位移时程发生了“漂移”，为得到更为可靠的地震动记录，本文对地震动记录进行了滤波和基线调零处理。为获得地震动更为详细的信息，本文分4个频段(0.04～10 Hz；0.04～15 Hz；0.04～20 Hz；0.04～25 Hz)进行滤波。滤波后地震动时程幅值减小，但峰值出现时刻与原始记录保持一致(图2)。原始地震动与滤波后地震动幅值参数(PGA-Peak ground motion Acceleration; PGV-Peak Ground Motion Velocity；PGD-Peak Ground Motion Displacement)见表1。由表1知，乳山台站地震动幅值已超过60 cm/s2，远大于海阳台站，且经滤波后地震动加速度幅值变化不大(图2)，地震动滤波范围为0.04～20 Hz。

图1　台站位置分布图

表1　地震动参数表

注：1. PGA单位为cm/s2， PGV单位为cm/s，PGD单位为cm 。

2. “-” 表示时程未基线调零，时程发生漂移。

a　海阳台站(NS) b　乳山台站(NS)图2　地震动时程

需要指出的是，仅有2个台站测得此次地震的地震动记录，且幅值相差较大，因此这2个台站记录的准确性与有效性仍有待商榷。但这2条记录终归是由此次地震诱发的，是认识此次地震最有效的资料。所以基于这2条记录展开分析与讨论，希望能够为该区域的抗震设计提供帮助，为后续的研究做一些铺垫。

1.2反应谱特性

地震动反应谱分析一直是研究地震动特性的主要方法，在各国的抗震规范中大都采用反应谱方法计算结构的地震作用。本文分别计算了2个台站记录的该地震三分量波形的绝对加速度谱、相对速度谱和相对位移谱(图3～4)。由于在滤波时高频截止频率不同导致不同滤波频段的地震动在短周期段差别较大，同一台站不同方向地震动分量的反应谱仍有较大的差异。由于乳山台站地震动幅值较大，所以乳山台站地震动反应谱幅值明显大于海阳台站。

a　绝对加速度谱 　　　　　　　　　 b　相对速度谱 c　相对位移谱图3　海阳台站地震动反应谱

a　绝对加速度谱 　　　　　　　　　 b　相对速度谱 c　相对位移谱图4　乳山台站地震动反应谱

为对比不同地震动的反应谱特性，通常采用地震动幅值(PGA，PGV和PGD)对反应谱的纵轴进行标准化，得到标准反应谱[8]。2个台站记录各分量的标准反应谱见图5～6，可知标准加速度反应谱的短周期段以及标准速度谱和标准位移谱的长周期段离散程度减小，均趋向于1。研究对比了2个台站记录各分量的标准反应谱(图7)可知：虽然海阳台站地震动幅值较小，但其标准加速度谱谱值大于乳山台站地震动；海阳台站地震动的卓越周期大于乳山台站地震动；乳山台站不同方向地震动分量之间的差异较小。

a　绝对加速度谱 　　　　　　　　　 b　相对速度谱 c　相对位移谱图5　海阳台站地震动标准反应谱

a　绝对加速度谱 　　　　　　　　　 b　相对速度谱 c　相对位移谱图6　乳山台站地震动标准反应谱

a　绝对加速度谱 　　　　　　　　　 b　相对速度谱 c　相对位移谱图7　标准反应谱对比图

乳山台站距震中较近可能是造成乳山台站地震动幅值较大的主要原因。由于其幅值已经超过60 cm/s2，属于破坏性地震动，所以本文对其地震动反应谱与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[13]中的设计谱进行了对比(图8)。乳山市抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地卓越周期取Tg=0.2 s，罕遇地震水平地震影响系数最大值amax=0.24 cm/s2，常遇地震水平地震影响系数最大值amax=0.04 cm/s2。由图8知，在短周期段乳山地震动反应谱介于常遇地震设计谱与罕遇地震设计谱之间；在大于0.3 s的区间范围内乳山地震动反应谱小于设计谱。由此可知，乳山地震动的高频成分比较卓越，对刚度大、材料强度低的建筑(例如农村房屋)破坏性大。

2　地震烈度调查及震害特征分析

此次地震发生后，山东省地震局组织了现场宏观考察组，对震害进行了调查，编制了地震现场考察

图8　乳山地震动反应谱与设计谱对比

报告，根据现场烈度调查结果，V度区等震线为椭圆形，长轴走向近EW，主要位于乳山市白沙滩镇，其次涉及海阳所镇和徐家镇部分地区。Ⅳ度区等震线呈近EW向的椭圆形，东西向长约57 km，西起乳山寨镇、海阳所镇，东至徐家镇，包括文登市西部部分地区；短轴呈近NS向，长约40 km，北起乳山市城区、大孤山镇以及下初镇南部，南至白沙滩镇和海阳所镇南部海边一带(图9)。有感区分布范围较大，西南可达烟台海阳一带，西部达烟台莱山镇，东北部到威海南部城区，东部至荣成市一带均有感(图1)，有感范围和影响区域较大。

注：黑粗色曲线为等震线，断线为海域内推测等震线，黑色实心圆表示4.3级地震震中，黑色三角形为考察点图9　乳山地震烈度等震线图

为了详细分析和研究此次地震的震害特征，2014年1月8日，我们对离震中较近、破坏较为严重的乳山市金沙滩镇小滩村(老村及新村)和小陶家的震害情况进行了调查。经调查发现，绝大多数房屋(90%以上)基本完好，无需修复，有少数老旧房屋(土坯房、石砌房)出现掉瓦、滑瓦，个别出现裂缝、墙皮脱落，旧裂缝扩大等现象，部分泥浆石砌墙倒塌(图10)。该地区的房屋大都是建于20世纪70—90年代的老旧民房，建筑材料大都采用土坯、砖石等。由于建造时间、建造方式以及建造材料的相似性，其破坏特征大都相同，其破坏形式主要集中在以下几个方面：

1)由于纵横墙体之间没有可靠的连接措施，导致纵横墙体间出现贯穿的竖向裂缝(图11a)。

2)所用建筑材料强度低，且年代久远，导致纵墙发生剪切破坏出现斜裂缝(图11b)。

3)门窗洞口没有可靠的抗震措施，大都出现斜裂缝(图11c～d)。

4)房屋顶棚采用芦苇或竹竿编制成网，然后抹灰制成。其材料强度低，平面外刚度小，在地震作用下发生弯折出现贯通的裂缝(图11e)。

5)屋面突出物(烟囱等)发生倒塌(图11f)。

图10　房屋震害外观照片

注：a 纵横墙体间竖缝； b 纵墙斜裂缝； c 窗口斜裂缝； d 门口斜裂缝； e 顶棚裂缝； f 倒塌的烟囱图11　震害特征图

3　结论与讨论

此次地震虽然震级较小，但由于震中位置位于以旅游为主要经济产业的威海乳山市附近海域，且距海阳核电站和石岛湾核电站的距离较近。为促进该地区的建筑结构抗震设计以及核电抗震设计的发展，本文探讨了此次地震的地震动特性以及震害特征，主要得到以下几个方面的认识：

1)乳山台站距震中较近，地震动幅值较大，且其高频成分较为卓越。其地震动反应谱在短周期段已经超过我国规范中规定的在常遇地震作用下的设计谱。所以当该地区的场地类型为岩石或硬土场地时，刚度大、材料强度低的农村建筑破坏较为严重，应当提高该类型建筑的抗震能力。

2)通过地震烈度和现场震害调查，分析了此次地震的震害特征。震中附近的农村房屋大都采用砌体形式，材料强度低，整体性差，是此次地震中主要的破坏对象，各种常见的破坏现象均有所体现。因此，加强农村房屋的抗震设防相当重要。

3)在此次地震作用下，城市房屋几乎没有任何损坏，产生轻微破坏的房屋均属于老旧房屋，是一些土坯房、石砌墙房。由于采用建筑材料强度低、砖石之间用泥浆粘结，纵横墙体之间没有可靠的连接措施，导致此类房屋抗震能力差，这是震害较重的主要原因。

4)新建、改建、扩建的农村房屋要按照《建筑抗震设计规范》、《山东省农村民居建筑抗震技术导则》等来设计和施工，采取有效的抗震措施进行抗震设防，切实增强农村房屋的抗震能力。

致谢：山东省地震局王志才研究员在宏观考察方面给予了大力支持，地震烈度等震线资料来源于山东省地震局现场工作队的成果，在此一并表示感谢。

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Ground Motion Characteristics and Seismic Damage Analysis of RushanM4.3 Earthquake on January 7, 2014

DU Gui-lin1, ZHAO Guo-chen2*

(1. Earthquake Administration of Weihai, Weihai 264200, China;2. Department of the Civil Engineering, Harbin Institute of Technology at WeiHai, Weihai 264209, China)

On January 7, 2014, anM4.3 earthquake occurred in the sea area near RuShan city. In order to further study the earthquake characteristics and to provide reference material for building structure seismic design and the seismic design of nuclear power in this area, the ground motion characteristics of the earthquake is analyzed and compared with design spectrum. Finally, according to earthquake damage survey, some typical damage phenomenon of the earthquake is briefly expounded in the paper, and some opinions and suggestions of effective reinforcement methods for rural building are provided.

RuShan earthquake; ground motion; response spectrum; design spectrum; seismic damage characteristics

2016-02-19

国家自然科学基金重大研究计划集成项目(91215301)；国家自然科学基金重点项目(51238012)、面上项目(51178152)

杜桂林(1981—)，男，安徽安庆人，工程师，主要从事防灾减灾和地震地质研究工作．E-mail：duguilin2100@163.com

赵国臣(1990—)，男，山东菏泽人，博士研究生，主要从事防灾减灾研究工作．E-mail:zgc011@126.com

P315.9

A

1003-1375(2016)03-0007-07

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.03.002

杜桂林，赵国臣．2014年1月7日乳山4.3级地震动特性及震害分析[J]．华北地震科学，2016，34(3):7-13.