遼寧普蘭店M4.6地震加速度記錄特征分析

李永振，王曉睿，趙龍梅，常銀輝

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

據中國地震臺網中心正式測定：2023 年8月23 日18 時19 分47 秒遼寧省大連市普蘭店區發生M4.6 地震（本文以后章節統稱遼寧普蘭店M4.6 地震），震中位置為東經122.2 度、北緯39.42度。

本次遼寧普蘭店M4.6 地震，遼寧省強震動臺網共獲取了34 組加速度記錄。這是遼寧省強震動臺網建成以來，首次獲取200 cm/s2以上加速度記錄[1-2]，使我省M4.5以上強震記錄由原來的3次，增加到4次。研究加速度記錄特征，對地震安全性評價，地震烈度速報與預警等工作具有重要意義[1-3]。因此，本文針對普蘭店M4.6地震，強震動臺站獲取的加速度記錄的峰值、頻譜、峰值衰減規律、V/H比值等進行了分析。

1 獲取記錄的強震動臺站及觀測記錄

1.1 觀測臺站與儀器

目前，遼寧省共有國家級強震動臺站35個，主要采用珠海泰德企業有限公司生產的TDA-33M 型力平衡加速度計和北京港震機電技術有限公司生產的BBAS-2 型力平衡加速度計。數據采集器采用北京港震機電技術有限公司生產的GSMA-2400IP 型地震數據采集器，以及珠海泰德企業有限公司生產的TDE-324CI 型地震數據采集器（表1）。數據采集器為IP 方式通訊，采用實時數據接收和事件觸發兩種方式。

強震動儀器設置主要參數為：采樣率土層臺站為200 Hz，基巖臺站為100 Hz，事前存儲時間為20 s，事后存儲時間為20 s。加速度計測量范圍±2 g，動態范圍大于等于130 dB以上。

表1 強震動臺站使用的加速度計主要性能指標[4-6]

1.2 獲取的強震動記錄

距離遼寧普蘭店M4.6 地震震中距最近的臺站為普蘭店臺，震中距11.7 km，最大峰值加速度為280.1 cm/s2。圖1為普蘭店臺和炮臺未校正加速度記錄時程。

圖1 加速度波形記錄Fig.1 Acceleration waveform recording

本次地震共獲取加速度記錄34 組，其中強震動基巖臺站獲取12組36條加速度記錄，土層場地臺站獲取22 組66 條加速度記錄。從表2 可見，獲取加速度記錄的臺站，震中距約從11～380 km 分布不等，峰值加速度隨震中距增加而逐漸減小，最小約0.1 cm/s2，最大約280.1 cm/s2。

表2 強震動臺站地震動參數表

續表

2 加速度記錄特征分析

2.1 頻譜

本文主要分析近場臺站普蘭店臺頻譜特征。普蘭店臺架設設備是珠海泰德公司生產的TDA-33M 加速度計和TDE-324CI 數據采集器，通訊方式為網絡實時通訊，觸發方式采用實時觸發和事件觸發兩種方式，儀器架設采用地面儀器墩方式，具體地點是大連市普蘭店區大譚鎮雙山村。該臺站震中距為11.7 km，單分向最大加速度為EW 向280.09 cm/s2，NS 向265.42 cm/s2。臺站為土層臺，場地屬于Ⅱ類場地。

臺址所在地區，零星分布有前震旦系混合巖、城子坦組片麻巖、震旦系釣魚臺組砂巖、礫巖、南芬組頁巖、粉砂巖以及寒武系下統灰巖、頁巖。區內主要地震構造為北北東向金州斷裂，沿斷裂發生過多次5～6級地震。

文中加速度記錄傅立葉譜和反應譜分析，采用如下方法[7]：（1）加速度記錄零點校正和基線校正；（2）反應譜的阻尼系數ξ 取為5%；（3）加速度記錄事件前、后保留的時間均為20 s；（4）反應譜的計算采用BAP方法。

通過計算，得到普蘭店M4.6 地震普蘭店臺加速度傅氏譜和反應譜（圖2）特征如下：（1）EW 向、NS 向的譜最大峰值在10 Hz 附近，UD向譜最大峰值在20 Hz 附近。（2）EW 向、NS向在30 Hz 附近，出現第二大譜峰值，之后迅速衰減。UD 向表現與NS 向、EW 向迥然不同，在20 Hz 附近出現最大峰值，之后在20～70 Hz 平穩波動，而70 Hz 以后才開始加速衰減。原因可能是：①推測此次地震震源產出的地震波高頻成分比較發育；②普蘭店臺為土層臺，場地屬于Ⅱ類臺，對高頻成分有放大作用。因此，在不同頻段出現多個譜峰值。而UD 向與EW 向、NS 向相比，20～70 Hz 高頻成分相對平穩。（3）豎向與水平向譜峰值比值，分別為0.29 和0.31，豎向與水平向的譜峰值比小于二分之一。

圖2 普蘭店臺站記錄傅氏譜Fig.2 Fourier spectrum recorded at Pulandian Seismic Station

圖3 普蘭店臺站記錄加速度反應譜Fig.3 Recorded acceleration response spectrum at Pulandian Seismic Station

2.2 PGA衰減

從圖4 可知，遼西和遼東地區臺站較為稀少，本次4.6級地震震中在遼寧省大連市普蘭店區，距離普蘭店強震動臺11.7 km，EW向、NS向、UD向峰值分別為280.1 cm/s2、265.4 cm/s2、82.8 cm/s2。

遼寧普蘭店M4.6 地震共獲取34 組，共計102 條三分向加速度記錄，本文對所有臺站NS向、EW 向、UD 向進行了衰減曲線繪制，為統一場地類型，因此剔除了基巖臺站記錄，另外，剔除了加速度峰值出現異常的析木臺記錄。如圖5所示，圖中短點劃線表示UD 向峰值衰減曲線，長短劃線表示EW 向衰減曲線，實線表示NS 向衰減規律曲線，擬合坐標采用對數坐標。其方程是LN()PGA=LN(a)+b(Δ)，其中PGA為UD 向、EW 向、NS 向 加速度峰值，a、b 是方程的回歸系數，△代表臺站與震中距離，R2是趨勢線擬合的指標，它的擬合程度越高，越接近于1（表3）。從實際擬合結果看，水平向衰減曲線接近，UD向衰減曲線值偏小。R2值在0.907～0.953 之間，置信水平較好，表明UD向、EW 向、NS 向加速度峰值擬合曲線有較高的可信度。

圖4 臺站與震中位置圖Fig.4 Location of the station and the epicenter

圖5 普蘭店M4.6地震衰減規律曲線Fig.5 Attenuation curve of Pulandian M4.6 earthquake

表3 擬合方程參數

遼寧普蘭店M4.6 地震，PGA 衰減規律表現出如下特征：（1）震中距20 km 以內，PGA 峰值最大，達到280 cm/s2之多，而距震中48 km的炮臺臺，PGA值迅速衰減到27 cm/s2，是普蘭店臺最大峰值的1/10不到。（2）震中距50～130 km緩慢衰減，最大峰值在7 cm/s2～25 cm/s2之間波動。（3）震中距130 km 以上則呈現迅速衰減狀態，峰值加速度變化范圍在10 cm/s2～5 cm/s2之間變化。（4）震中距200 km 之后，峰值由8 cm/s2～0.09 cm/s2之間呈緩慢波動式下降。（5）震中距相近條件下，土層類型臺站峰值與基巖類型臺站峰值相比較，土層類型臺站峰值是基巖類型臺站峰值的2 倍左右。由此可見，土層對地震動放大作用明顯。（6）析木臺的峰值不符合衰減規律。其震中距為164 km，水平向峰值達到29.6 cm/s2，豎向峰值達到82.8 cm/s2。然而，與震中距相近的偏嶺臺和海城臺相比之下，析木臺的水平向峰值相差20 cm/s2以上，豎向峰值相差也在9 cm/s2，這與衰減規律不符，需要進一步現場勘查分析。

2.3 加速度記錄校正

針對遼寧普蘭店M4.6 地震，根據中國地震局儀器烈度計算規程[9]，進行了如下處理：

（1）零線校正：采用原始記錄減去事件前20秒的記錄平均值方法，得到未校正加速度記錄。

（2）頻響校正：根據中國地震局強震動加速度記錄校正相關規定，加速度進行0.1～10 Hz帶通濾波處理，得到校正加速度記錄。

表4 列出了125 km 以內的臺站，未校正的加速度記錄和校正后的加速度記錄，二者對比，未校正記錄和校正記錄峰值存在明顯差異，加速度記錄經校正后，峰值較原始記錄峰值平均減少了5%～93%左右。由此可見，帶通濾波不僅消除了高頻成份，而且對加速度峰值影響顯著。

表4 加速度記錄校正前、后值對比

2.4 場地類型V/H比值隨震中距的變化

本文根據遼寧普蘭店M4.6 地震，計算了基巖臺站和土層臺站，垂直向峰值V與水平向峰值H隨震中距V/H比值變化情況。如圖6 所示，場地類型V/H比值隨震中距的變化特點如下：（1）距離200 km 之內，相同震中距條件下，基巖臺站V/H比值平均值只是略大于土層臺站V/H比值，而200 km 之外，基巖臺站V/H比值明顯大于土層臺站V/H比值。（2）水平向V/H比值，隨震中距的增加在0.1～0.7 范圍波動；基巖臺站V/H比值，隨震中距增加在0.5～1.4 范圍波動。由此可見，相同震中距條件下，基巖臺站V/H比值普遍大于土層臺站V/H比值，震中距200～300 km之間，這一現象明顯。

圖6 不同場地上V/H隨距離的變化Fig.6 Relationship between V/H and distance on differentsites

3 結論

本文針對遼寧普蘭店M4.6 地震加速度記錄特征進行了分析，結論如下：

（1）普蘭店臺的水平向峰值為280.1 cm/s2，是難得的近場強震記錄，彰顯了我省強震動臺網建設成效。

（2）加速度傅氏譜和反應譜水平向與豎向主要特征有所不同：水平向譜最大峰值在10 Hz附近，UD 向譜最大峰值在20 Hz 附近；水平向分別在10 Hz 和30 Hz 出現最大峰值和次大峰值，豎向在20 Hz出現最大峰值后，在20～70 Hz峰值變化平穩。

（3）PGA 基本符合衰減規律，從擬合方程指標R2看，水平向和豎向峰值擬合曲線置信度較高。

（4）未校正加速度記錄與校正后的加速度記錄相比，峰值減少5%～93%，可見濾波對于高頻成份有很大的抑制作用，對峰值影響顯著。

（5）豎向峰值V與水平向峰值H隨震中距的V/H比值特點是，在相同震中距條件下，基巖臺站V/H比值普遍大于土層臺站V/H比值，隨著距離的增加，這一趨勢愈加明顯。