辽宁普兰店M4.6地震加速度记录特征分析

2023-12-23李永振王晓睿赵龙梅常银辉

防灾减灾学报 2023年4期

李永振，王晓睿，赵龙梅，常银辉

（辽宁省地震局，辽宁沈阳 110034）

0 引言

据中国地震台网中心正式测定：2023 年8月23 日18 时19 分47 秒辽宁省大连市普兰店区发生M4.6 地震（本文以后章节统称辽宁普兰店M4.6 地震），震中位置为东经122.2 度、北纬39.42度。

本次辽宁普兰店M4.6 地震，辽宁省强震动台网共获取了34 组加速度记录。这是辽宁省强震动台网建成以来，首次获取200 cm/s2以上加速度记录[1-2]，使我省M4.5以上强震记录由原来的3次，增加到4次。研究加速度记录特征，对地震安全性评价，地震烈度速报与预警等工作具有重要意义[1-3]。因此，本文针对普兰店M4.6地震，强震动台站获取的加速度记录的峰值、频谱、峰值衰减规律、V/H比值等进行了分析。

1 获取记录的强震动台站及观测记录

1.1 观测台站与仪器

目前，辽宁省共有国家级强震动台站35个，主要采用珠海泰德企业有限公司生产的TDA-33M 型力平衡加速度计和北京港震机电技术有限公司生产的BBAS-2 型力平衡加速度计。数据采集器采用北京港震机电技术有限公司生产的GSMA-2400IP 型地震数据采集器，以及珠海泰德企业有限公司生产的TDE-324CI 型地震数据采集器（表1）。数据采集器为IP 方式通讯，采用实时数据接收和事件触发两种方式。

强震动仪器设置主要参数为：采样率土层台站为200 Hz，基岩台站为100 Hz，事前存储时间为20 s，事后存储时间为20 s。加速度计测量范围±2 g，动态范围大于等于130 dB以上。

表1 强震动台站使用的加速度计主要性能指标[4-6]

1.2 获取的强震动记录

距离辽宁普兰店M4.6 地震震中距最近的台站为普兰店台，震中距11.7 km，最大峰值加速度为280.1 cm/s2。图1为普兰店台和炮台未校正加速度记录时程。

图1 加速度波形记录Fig.1 Acceleration waveform recording

本次地震共获取加速度记录34 组，其中强震动基岩台站获取12组36条加速度记录，土层场地台站获取22 组66 条加速度记录。从表2 可见，获取加速度记录的台站，震中距约从11～380 km 分布不等，峰值加速度随震中距增加而逐渐减小，最小约0.1 cm/s2，最大约280.1 cm/s2。

表2 强震动台站地震动参数表

续表

2 加速度记录特征分析

2.1 频谱

本文主要分析近场台站普兰店台频谱特征。普兰店台架设设备是珠海泰德公司生产的TDA-33M 加速度计和TDE-324CI 数据采集器，通讯方式为网络实时通讯，触发方式采用实时触发和事件触发两种方式，仪器架设采用地面仪器墩方式，具体地点是大连市普兰店区大谭镇双山村。该台站震中距为11.7 km，单分向最大加速度为EW 向280.09 cm/s2，NS 向265.42 cm/s2。台站为土层台，场地属于Ⅱ类场地。

台址所在地区，零星分布有前震旦系混合岩、城子坦组片麻岩、震旦系钓鱼台组砂岩、砾岩、南芬组页岩、粉砂岩以及寒武系下统灰岩、页岩。区内主要地震构造为北北东向金州断裂，沿断裂发生过多次5～6级地震。

文中加速度记录傅立叶谱和反应谱分析，采用如下方法[7]：（1）加速度记录零点校正和基线校正；（2）反应谱的阻尼系数ξ 取为5%；（3）加速度记录事件前、后保留的时间均为20 s；（4）反应谱的计算采用BAP方法。

通过计算，得到普兰店M4.6 地震普兰店台加速度傅氏谱和反应谱（图2）特征如下：（1）EW 向、NS 向的谱最大峰值在10 Hz 附近，UD向谱最大峰值在20 Hz 附近。（2）EW 向、NS向在30 Hz 附近，出现第二大谱峰值，之后迅速衰减。UD 向表现与NS 向、EW 向迥然不同，在20 Hz 附近出现最大峰值，之后在20～70 Hz 平稳波动，而70 Hz 以后才开始加速衰减。原因可能是：①推测此次地震震源产出的地震波高频成分比较发育；②普兰店台为土层台，场地属于Ⅱ类台，对高频成分有放大作用。因此，在不同频段出现多个谱峰值。而UD 向与EW 向、NS 向相比，20～70 Hz 高频成分相对平稳。（3）竖向与水平向谱峰值比值，分别为0.29 和0.31，竖向与水平向的谱峰值比小于二分之一。

图2 普兰店台站记录傅氏谱Fig.2 Fourier spectrum recorded at Pulandian Seismic Station

图3 普兰店台站记录加速度反应谱Fig.3 Recorded acceleration response spectrum at Pulandian Seismic Station

2.2 PGA衰减

从图4 可知，辽西和辽东地区台站较为稀少，本次4.6级地震震中在辽宁省大连市普兰店区，距离普兰店强震动台11.7 km，EW向、NS向、UD向峰值分别为280.1 cm/s2、265.4 cm/s2、82.8 cm/s2。

辽宁普兰店M4.6 地震共获取34 组，共计102 条三分向加速度记录，本文对所有台站NS向、EW 向、UD 向进行了衰减曲线绘制，为统一场地类型，因此剔除了基岩台站记录，另外，剔除了加速度峰值出现异常的析木台记录。如图5所示，图中短点划线表示UD 向峰值衰减曲线，长短划线表示EW 向衰减曲线，实线表示NS 向衰减规律曲线，拟合坐标采用对数坐标。其方程是LN()PGA=LN(a)+b(Δ)，其中PGA为UD 向、EW 向、NS 向加速度峰值，a、b 是方程的回归系数，△代表台站与震中距离，R2是趋势线拟合的指标，它的拟合程度越高，越接近于1（表3）。从实际拟合结果看，水平向衰减曲线接近，UD向衰减曲线值偏小。R2值在0.907～0.953 之间，置信水平较好，表明UD向、EW 向、NS 向加速度峰值拟合曲线有较高的可信度。

图4 台站与震中位置图Fig.4 Location of the station and the epicenter

图5 普兰店M4.6地震衰减规律曲线Fig.5 Attenuation curve of Pulandian M4.6 earthquake

表3 拟合方程参数

辽宁普兰店M4.6 地震，PGA 衰减规律表现出如下特征：（1）震中距20 km 以内，PGA 峰值最大，达到280 cm/s2之多，而距震中48 km的炮台台，PGA值迅速衰减到27 cm/s2，是普兰店台最大峰值的1/10不到。（2）震中距50～130 km缓慢衰减，最大峰值在7 cm/s2～25 cm/s2之间波动。（3）震中距130 km 以上则呈现迅速衰减状态，峰值加速度变化范围在10 cm/s2～5 cm/s2之间变化。（4）震中距200 km 之后，峰值由8 cm/s2～0.09 cm/s2之间呈缓慢波动式下降。（5）震中距相近条件下，土层类型台站峰值与基岩类型台站峰值相比较，土层类型台站峰值是基岩类型台站峰值的2 倍左右。由此可见，土层对地震动放大作用明显。（6）析木台的峰值不符合衰减规律。其震中距为164 km，水平向峰值达到29.6 cm/s2，竖向峰值达到82.8 cm/s2。然而，与震中距相近的偏岭台和海城台相比之下，析木台的水平向峰值相差20 cm/s2以上，竖向峰值相差也在9 cm/s2，这与衰减规律不符，需要进一步现场勘查分析。

2.3 加速度记录校正

针对辽宁普兰店M4.6 地震，根据中国地震局仪器烈度计算规程[9]，进行了如下处理：

（1）零线校正：采用原始记录减去事件前20秒的记录平均值方法，得到未校正加速度记录。

（2）频响校正：根据中国地震局强震动加速度记录校正相关规定，加速度进行0.1～10 Hz带通滤波处理，得到校正加速度记录。

表4 列出了125 km 以内的台站，未校正的加速度记录和校正后的加速度记录，二者对比，未校正记录和校正记录峰值存在明显差异，加速度记录经校正后，峰值较原始记录峰值平均减少了5%～93%左右。由此可见，带通滤波不仅消除了高频成份，而且对加速度峰值影响显著。

表4 加速度记录校正前、后值对比

2.4 场地类型V/H比值随震中距的变化

本文根据辽宁普兰店M4.6 地震，计算了基岩台站和土层台站，垂直向峰值V与水平向峰值H随震中距V/H比值变化情况。如图6 所示，场地类型V/H比值随震中距的变化特点如下：（1）距离200 km 之内，相同震中距条件下，基岩台站V/H比值平均值只是略大于土层台站V/H比值，而200 km 之外，基岩台站V/H比值明显大于土层台站V/H比值。（2）水平向V/H比值，随震中距的增加在0.1～0.7 范围波动；基岩台站V/H比值，随震中距增加在0.5～1.4 范围波动。由此可见，相同震中距条件下，基岩台站V/H比值普遍大于土层台站V/H比值，震中距200～300 km之间，这一现象明显。