2020年1月19日伽师6.4级地震强震动记录特征分析

张振斌 王宏伟

1)新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐 830011

2)中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080

0 引言

2020年1月19日21时27分新疆喀什地区伽师县发生6.4级地震，震中位于39.83°N、77.21°E，震源深度16km。震中距伽师县57km，距巴楚县113km，距阿图什市区90km，距喀什市113km。此次地震发生区域属新疆地区南天山地震带西段，为极其活跃的地震带，地震频度高、强度大，是新疆6级以上地震活动最频繁的地区(李锰，2006)。2000年以来伽师区域发生5级以上地震4次，分别为2000年3月27日伽师5.3级、2003年1月4日伽师5.4级、2003年2月24日巴楚6.8级和2018年9月4日伽师5.5级地震(宋春燕等，2019)。此次6.4级地震是新疆强震动台网建成以来发生在伽师区域的最大震级地震，地震发生时喀什、阿图什区域震感强烈，阿克苏亦有震感。距震中最近的西克尔强震动台(震中距13.7km)EW、SN和垂直向加速度峰值分别为432.6cm/s2、-484.9cm/s2和633.3cm/s2，速度峰值分别为-65.9cm/s、58.6cm/s和-50.8cm/s，计算仪器地震烈度为Ⅸ度，根据仪器烈度，此次地震最高烈度为Ⅸ度。地震宏观震中在伽师县西克尔镇、古勒鲁克乡一带，等震线长轴方向总体呈EW向。此次地震造成部分自建商铺倒塌，房屋不同程度开裂，部分围墙倒塌开裂，国道314线伽师县境内部分道路受损。依据中国地震局地质研究所给出的结果，本次地震为北倾逆冲兼少量走滑型地震，倾角约28°，最大地表形变量0.066m，最大滑动量0.35m，位于地下6.8km处，初步推断此次地震发震构造处于柯坪塔格推覆体最南缘的褶皱-逆断裂带内。

本文对强震动记录进行处理后，对地震动的幅值、衰减、反应谱等方面进行分析讨论，整理了近场典型强震动台获取的强震动记录特征，为进一步研究伽师区域强震动记录特征提供参考。

1 加速度记录收集与分析

新疆强震动台网共获取到42个台站的126条数字强震记录，其中41个土层台、1个基岩台。此次地震获取强震动数据的44个强震动台站的位置分布见图1。

图1 震中台站分布

获取记录台站数量与震中距之间的关系，如图2 所示。其中，震中距小于60km的台站6个，震中距60～80km的台站8个，其余大多数台站的震中距大于80km，距震中最近的为西克尔强震动台(震中距13.7km)。为了更深入地了解本次地震的强震动记录特征，对获取的42条强震动记录进行必要的数据处理，采用Boore(2001)提出的方法对记录进行基线校正处理，并进行速度积分及频谱计算。依据《仪器地震烈度计算暂行规程》(1)中国地震局监测预报司，2015.《仪器地震烈度计算暂行规程》. 内部资料.，利用此次地震强震记录的加速度峰值(PGA)及积分后的速度峰值(PGV)，计算出每个台站所对应的仪器地震烈度等，记录分析基本情况见表1。

图2 记录台站数量与震中距关系

表1 记录分析基本情况

2 幅值特征

图3(a)～(d)分别为此次地震最近4个台站的加速度记录时程。由图1 可以看出4个台站均分布在震中以南，从EW向来看，西克尔台(65XKR)和古勒鲁克台(65GLK)基本在一条线上，卧里托乎拉格台(65WLG)和伽师总场台(65JZC)基本也在一条线上。西克尔台(65XKR)和古勒鲁克台(65GLK)的震中距分别为13.8km和21.1km； 卧里托乎拉格台(65WLG)和伽师总场台(65JZC)的震中距分别为16.8km和36.7km。上述4个台站相对于震中两两在SN向上呈条带分布。

图3 4个台站的加速度时程

分析4个台站的记录时程，其初动不明显，65XKR台垂直向有一个明显的正向脉冲，水平向记录最大幅值的周期较大，65GLK台记录时程出现2次较大幅值，2次幅值间持续6s左右，65WLG和65JZC台记录的波形呈纺锤形。

在强地震作用下，场地呈现强非线性响应，特别是软弱土层更是如此，因此地震波的不对称性对软弱场地的影响应更为强烈(冀昆等，2014)。伽师区域覆盖层较厚，为了更好地了解场地影响程度，图4 给出了此次地震42个台站的峰值加速度和峰值速度两水平向与垂直向的峰值比。从图4 的加速度峰值比来看，在震中距200km以内，两水平向与垂直向峰值比在1～3之间，相对集中，震中距大于200km的加速度峰值比明显增大，由于此次地震震中距大于200km的数据较少，峰值比比较分散； 从速度峰值比来看，两水平向与垂直向主要峰值比在0～4之间，相对比较集中，有个别台站比值较大，可能与数据处理及台站场地有一定关系，需要进一步分析。

图4 加速度和速度峰值比

选用第五代《中国地震动参选区划图》(GB18306-2015)中的分区地震动衰减关系(简称为Yu13)(俞言祥等，2013； 汪素云等)和新疆南天山西段土层的衰减关系(简称为Zhang)(张振斌等，2010)，对比分析此次地震的地震动记录幅值衰减特征。图5 为此次地震三分向加速度峰值PGA-EW、PGA-NS、PGA-UD与各衰减关系的对比，其中短横线表示Yu13长轴，虚线表示标准差为±0.236，实线为Zhang预测值。由图5 可见，震中距0～50km处的PGA-EW、PGA-NS、PGA-UD观测值基本在Yu13长轴误差范围之内，高于Zhang预测值； 震中距大于50km的PGA-EW、PGA-NS、PGA-UD观测值部分低于Yu13长轴误差值，但三分向观测值与Zhang预测值上、下分布相对均匀。需要说明的是，此次地震获取到数据的台站基本均为土层台，仅有一个为基岩台。在对比分析中发现，此次地震整体强震动记录观测值与Yu13长轴预测值衰减特性一致，新疆西部土层衰减关系在近场低于实际观察值，故建议在对新疆土层衰减关系的研究中补充近场数据，可完善新疆区域土层地震动的衰减关系。

图5 加速度峰值与衰减关系

3 反应谱

利用上述4个强震动台获取的4组强震动记录，分别对合成水平向与垂直向加速度记录计算加速度反应谱，由图6 可见4个距震中较近台站的水平向加速度反应谱卓越周期主要集中在0～0.5s，垂直向集中在0～0.2s； 从4个台站的分布来看，分布在震中东南的65XKR和65JZC台获取水平向加速度记录反应谱卓越周期在0.4s左右，分布在震中西南的65GLK和65WLG台获取水平向加速度反应谱卓越周期在0.1s左右； 65XKR台加速度反应谱值最大，其水平向接近1300cm/s2左右，垂直向接近1500cm/s2左右，其他3个台站的加速度反应谱水平向在350～600cm/s2左右，垂直向在200～300cm/s2左右。

图6 4个台站水平向(a)与垂直向(b)加速度反应谱

将65XKR、65GLK、65WLG和65JZC台的反应谱计算结果与我国《GB50011-2010建筑抗震设计规范》(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)的设计反应谱进行比较(图7)，在本次地震中4个台站所在场地均为Ⅱ类场地，因此设计反应谱场地条件取 Ⅱ 类场地。

图7 4个台站加速度反应谱与抗震设计谱对比

由图7 可见，65XKR台水平向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱，峰值卓越周期为0.48s； 垂直向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱，峰值位于高频段； 65GLK台水平向反应谱高于Ⅶ度罕遇地震设计反应谱，低于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱，峰值位于高频段，其他2个台站水平向反应谱均低于Ⅶ度罕遇地震设计反应谱。此外，对于大于1s的中长周期部分，65XKR台水平向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱，其余3个台站水平向反应谱均低于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱。

4 结论

本文分析了2020年1月19日新疆伽师6.4级地震所获取的强震动记录，从地震动记录时程、幅值、频谱三方面分析此次地震的强震动记录特征，分析结果如下：

(1)此次地震位于新疆中强地震多发区，强震动台站分布较密，共获取42组126条加速度记录，主要分布在震中西南方向，PGA值最大为633.3cm/s2，仪器地震烈度Ⅸ度。

(2)分析距震中较近的4个台站的记录时程，4个台站记录的初动不明显； 65XKR台垂直向有一个明显正向脉冲，水平向记录最大幅值的周期较大； 65GLK台记录时程出现2次较大幅值，2次幅值间持续6s左右； 65WLG和65JZC台记录的波形呈纺锤形。

(3)分析42个台站的峰值加速度和峰值速度两水平向与垂直向峰值比，在震中距200km以内两水平向与垂直向加速度峰值比在1～3之间，两水平向与垂直向速度峰值比在0～4之间。

(4)与分区地震动衰减关系(Yu13)和南天山西段土层的衰减关系(Zhang)对比发现，此次地震三分向加速度峰值在0～50km，基本在Yu13长轴误差范围之内，高于Zhang预测值。

(5)4个距震中较近台站的水平向加速度反应谱卓越周期主要集中在0～0.5s，垂直向集中在0～0.2s。65XKR台水平向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱，峰值卓越周期为0.48s； 垂直向反应谱高于Ⅷ度罕遇地震设计反应谱，峰值位于高频段。