基于地震學(xué)的天山地區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系研究

李文倩，冉慧敏，趙瑞勝.基于地震學(xué)的天山地區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系研究［J］.地震工程學(xué)報(bào)，2024，46（2）：449456.DOI：10.20000j.10000844.20221025002

摘要：

選取天山地區(qū)3171條矩震級(jí)為3.5～4.5級(jí)測(cè)震記錄，通過計(jì)算S波段速度傅里葉幅值譜，采用微遺傳算法，反演得到5個(gè)區(qū)域地殼介質(zhì)參數(shù)，即應(yīng)力降Δσ為18.206MPa，品質(zhì)因子參數(shù)Q0為444.20，η值為0.35，幾何衰減參數(shù)R1和R2分別為74.30km和106.59km。根據(jù)地殼介質(zhì)參數(shù)計(jì)算加速度傅氏譜，再配合隨機(jī)相位譜，得到某一震級(jí)、震中距下地震動(dòng)時(shí)程，提取其PGA，建立區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系。研究結(jié)果顯示，矩震級(jí)為5級(jí)和6級(jí)中遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)衰減關(guān)系與強(qiáng)震動(dòng)記錄符合較好，尤其是5級(jí)結(jié)果，在選取的5條經(jīng)驗(yàn)值衰減關(guān)系中，其均值和標(biāo)準(zhǔn)差均為最小，結(jié)果最優(yōu);矩震級(jí)為7級(jí)的地震動(dòng)衰減關(guān)系，遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果高于大多數(shù)強(qiáng)震動(dòng)記錄。

關(guān)鍵詞：

測(cè)震記錄;地殼介質(zhì)參數(shù);微遺傳反演;地震動(dòng)衰減關(guān)系

中圖分類號(hào)：P315文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10000844（2024）02-0449-09

DOI：10.20000j.10000844.20221025002

0引言

新疆地區(qū)位于大陸腹地，由于復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其發(fā)震頻繁。地震發(fā)生后，技術(shù)人員需通過獲取強(qiáng)震動(dòng)記錄計(jì)算儀器烈度，初步評(píng)估震區(qū)災(zāi)情，為應(yīng)急救援決策提供基礎(chǔ)資料，對(duì)于缺乏強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站地區(qū)，經(jīng)驗(yàn)性地震動(dòng)衰減關(guān)系則顯得尤為重要。地震動(dòng)衰減關(guān)系表達(dá)了在一次地震事件中，不同震中距對(duì)應(yīng)場(chǎng)點(diǎn)的地面運(yùn)動(dòng)情況，它簡(jiǎn)化了地震震源、傳播途徑和場(chǎng)地條件三方面因素對(duì)地震動(dòng)特征的影響，在地震區(qū)劃、小區(qū)劃、工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)和烈度快速評(píng)定等工作中都是不可或缺的。

目前，建立地震動(dòng)衰減關(guān)系的方法主要有直接統(tǒng)計(jì)法、轉(zhuǎn)換的方法和基于地震學(xué)的方法。直接統(tǒng)計(jì)法采用大量強(qiáng)震動(dòng)記錄，統(tǒng)計(jì)回歸得到研究區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系［13］，適用于強(qiáng)震動(dòng)記錄豐富的美國(guó)西部和日本等國(guó)家和地區(qū)［47］。世界上大部分國(guó)家和地區(qū)缺乏強(qiáng)震動(dòng)記錄，如何建立地震動(dòng)衰減關(guān)系成為亟待解決的難題。胡聿賢等［8］提出“映射法”估計(jì)缺乏強(qiáng)震記錄地區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系，該方法選擇一個(gè)強(qiáng)震動(dòng)記錄豐富、區(qū)域構(gòu)造條件相近的地區(qū)作為參考區(qū)，假設(shè)參考區(qū)中任意一點(diǎn)，以及在目標(biāo)區(qū)中存在一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，如果距離相同的兩個(gè)點(diǎn)地震烈度相同，則地震動(dòng)參數(shù)也相同［812］。該方法的關(guān)鍵在于如何選取合理、可靠的參考區(qū)及如何建立映射關(guān)系。

新疆地區(qū)多采用上述兩種方法建立地震動(dòng)衰減關(guān)系［10，1317］。基于地震學(xué)的地震動(dòng)衰減關(guān)系研究始于20世紀(jì)90年代，主要通過對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、震源模型、傳播路徑、反演參數(shù)等進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)，使得該方法的適用性進(jìn)一步提高［1827］。基于地震學(xué)的方法以寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的小震記錄作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，突破了強(qiáng)震動(dòng)記錄不足的瓶頸，通過遺傳算法反演區(qū)域地殼介質(zhì)參數(shù)，從而建立地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系。值得注意的是，現(xiàn)有地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系大部分均適用于基巖場(chǎng)地，但在實(shí)際地震中，土層放大效應(yīng)對(duì)建（構(gòu)）筑物的破壞不可小覷。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合新疆地區(qū)三類場(chǎng)地平均放大曲線［28］，考慮土層場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)加速度的放大影響，基于地震學(xué)的方法，通過反演區(qū)域地殼介質(zhì)參數(shù)，即應(yīng)力降Δσ、品質(zhì)因子參數(shù)Q0、η值、幾何衰減參數(shù)R1和R2，建立天山地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系。

1理論基礎(chǔ)

一次地震矩為M0的點(diǎn)源地震，引起震源距為R的地面場(chǎng)地地震動(dòng)傅里葉幅值譜表達(dá)式為［29］：

FA（M0，f，R）=C·S（M0，f）·G（R）·D（R，f）·A（f）·P（f）·I（f）（1）

式中：C為比例系數(shù);f為頻率，單位為Hz;R為震源距，單位為km;M0為地震矩;S（M0，f）為震源譜，表達(dá)震源輻射的能量大小;G（R）和D（R，f）表征傳播途徑的影響，為幾何衰減項(xiàng)和非彈性衰減項(xiàng)，表達(dá)地震波傳播過程中由幾何擴(kuò)散和地殼介質(zhì)耗散引起地震動(dòng)幅值的衰減;A（f）和P（f）表征場(chǎng)地條件的影響，為近地表幅值放大因子和高頻截止項(xiàng)，表達(dá)了地震動(dòng)場(chǎng)地放大和高頻衰減的特征;I（f）為各地震動(dòng)參數(shù)變換關(guān)系，為（2πf）z，其中z為0、1和2分別對(duì)應(yīng)位移、速度或加速度的傅里葉幅值譜。

比例系數(shù)C的表達(dá)式為［29］：

C=RθFV4πP0ρsβ3s（2）

式中：Rθφ表示震源輻射模式，取0.6;F為自由地表影響系數(shù)，取2.0;V為剪切波能量的水平向部分，取12;R0為選取ρs和βs時(shí)的參考距離，通常取1km;ρs、βs分別為震源附近的密度和剪切波速，分別取2.7gcm3、3.5kms［3031］。

1.1震源譜

震源譜模型采用王國(guó)新等［18］研究成果，表達(dá)式為：

S（M0，f）=M0［1+（ff0）a］b（3）

f0=4.9×106βs（ΔσM0）13（4）

式中：a和b均為系數(shù)，表示為a=3.05-0.33MW，b=2.0a;f0為拐角頻率;Δσ為應(yīng)力降，單位為×10-1MPa。該震源譜模型高頻段與ω2震源譜接近，低頻段能夠表達(dá)隨震級(jí)的增大震源譜幅值不快速增大的特點(diǎn)，體現(xiàn)了拐角頻率隨破裂面積的發(fā)展變化。

1.2傳播途徑

地震動(dòng)衰減傳播途徑的影響由幾何衰減項(xiàng)G（R）和非彈性衰減項(xiàng)D（R，f）表示。幾何衰減項(xiàng)表示隨著幾何擴(kuò)張能流密度減小造成的影響，采用三段式形式，隨著震中距的增大，地震波組成分也發(fā)生變化，近場(chǎng)以剪切波為主，中、遠(yuǎn)場(chǎng)以面波為主，表達(dá)式為［29］：

G（R）=1R，1lt;Rlt;R1

1R1，R1≤R≤R2

1R1R2R，Rgt;R2（5）

式中：R1和R2為距離分段點(diǎn)。當(dāng)R小于R1時(shí)地震波以剪切波為主;當(dāng)R大于R2時(shí)地震波以面波為主;當(dāng)R介于兩者之間時(shí)地震波以剪切波和莫霍面反射波的混合波為主。

非彈性衰減項(xiàng)表示在地震波傳播過程中，由于巖層介質(zhì)不是完全彈性，使得地震波在傳播過程中彈性能量發(fā)生耗散，該地震波能量耗散引起的振幅衰減表達(dá)式為［32］：

D（R，f）=exp-πfRQβs（6）

式中：Q為品質(zhì)因子，表達(dá)式為Q=Q0fη;Q0為f=1Hz時(shí)的品質(zhì)因子;η為常數(shù)。

1.3場(chǎng)地條件

地震動(dòng)衰減場(chǎng)地條件的影響由近地表幅值放大因子A（f）和高頻截止項(xiàng)P（f）表示。近地表幅值放大因子是由地殼速度梯度差異所引起，與場(chǎng)地剪切波速結(jié)構(gòu)和深度有關(guān)。本文借鑒Boore一般基巖場(chǎng)地放大系數(shù)［33］，將真實(shí)基巖轉(zhuǎn)換到一般基巖場(chǎng)地，進(jìn)行地殼介質(zhì)參數(shù)反演。

高頻截止項(xiàng)P（f）描述與傳播途徑無關(guān)的高頻衰減，通常有fmax濾波器和Kappa濾波器。本文采用fmax濾波器作為高頻截止項(xiàng)，表達(dá)式為［34］：

P（f）=1+ffmax8-12（7）

式中：fmax為高頻截止頻率，單位為Hz。

綜上，地震動(dòng)衰減關(guān)系受震源譜、傳播路徑及場(chǎng)地條件的影響，其中應(yīng)力降Δσ、品質(zhì)因子參數(shù)Q0和η值、幾何衰減參數(shù)R1和R2均具有區(qū)域性，與地震大小無關(guān)［3540］。本文以測(cè)震速度記錄的傅里葉幅值譜包絡(luò)線作為目標(biāo)曲線，建立目標(biāo)函數(shù)，采用微遺傳算法，反演應(yīng)力降Δσ、品質(zhì)因子參數(shù)Q0和η值、幾何衰減參數(shù)R1和R2，從而建立天山地區(qū)土層場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系。

2研究數(shù)據(jù)

以地震活動(dòng)性較高的天山地區(qū)（40.6°～45.2°N，80.3°～89.0°E）為研究區(qū)，該區(qū)域布設(shè)有35個(gè)數(shù)字地震監(jiān)測(cè)站及101個(gè)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)站（含50個(gè)烏魯木齊烈度速報(bào)站），如圖1所示。選取新疆地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)成立以來記錄到的3171條矩震級(jí)為3.5～4.5級(jí)測(cè)震記錄，用于反演區(qū)域地殼介質(zhì)參數(shù)，建立地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系;選取強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)記錄到的366條矩震級(jí)為4.5～7.5級(jí)強(qiáng)震動(dòng)記錄用于地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系對(duì)比研究，選取的測(cè)震記錄及強(qiáng)震動(dòng)記錄震中距均為300km以內(nèi)。圖2為測(cè)震記錄分布圖，測(cè)震記錄集中分布在震中距30～300km范圍內(nèi)，峰值速度集中分布在0～0.2mms范圍內(nèi)，近場(chǎng)峰值速度相對(duì)較大，同時(shí)各矩震級(jí)下，測(cè)震記錄分布均勻;圖3為強(qiáng)震動(dòng)記錄分布圖，強(qiáng)震動(dòng)記錄峰值加速度集中分布在0～50cms2范圍內(nèi)，矩震級(jí)4.5～5.5級(jí)以內(nèi)近場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)記錄較多，近場(chǎng)及峰值加速度大于100cms2的強(qiáng)震動(dòng)記錄較少。

3地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系

本文以包含S波在內(nèi)30s測(cè)震速度記錄作為計(jì)算數(shù)據(jù)，采用Butterworth濾波器進(jìn)行0.1～20Hz帶通濾波，利用快速傅里葉變換，得到速度傅里葉幅值譜。由于傅里葉幅值譜具有多峰值，將其直接作為目標(biāo)曲線反演可能引起結(jié)果不穩(wěn)定，故計(jì)算傅里葉幅值譜包絡(luò)線，即對(duì)傅里葉幅值譜的幅值每隔一個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行連線，將其作為目標(biāo)曲線反演。反演采用微遺傳算法，該方法和傳統(tǒng)遺傳方法相似，最大不同在于種群規(guī)模小，且沒有變異過程，收斂速度比傳統(tǒng)遺傳算法快。算法的終止條件有兩個(gè)：一是達(dá)到設(shè)定的誤差范圍，即收斂到滿足條件的最優(yōu)解;二是達(dá)到代數(shù)的上限值，在所有代中尋求適應(yīng)度最大的結(jié)果作為最終結(jié)果。基本步驟如下［2224］：

（1）隨機(jī)生成規(guī)模為5的種群作為第一代，隨后的每代中有4個(gè)是隨機(jī)生成的，1個(gè)來自上一代的精英個(gè)體。

（2）計(jì)算一代中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，挑選出適應(yīng)度最大的個(gè)體作為精英個(gè)體保留到下一代中。

（3）按照確定性復(fù)制策略選擇其余4個(gè)位串復(fù)制（最好的位串也參與競(jìng)爭(zhēng)，復(fù)制一個(gè)位串）。在競(jìng)爭(zhēng)策略中，位串隨機(jī)編排，相鄰一對(duì)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)獲得最終的4個(gè)位串，避免同一染色體有兩個(gè)復(fù)制體。

（4）進(jìn)行選擇、交叉運(yùn)算等遺傳算子操作，產(chǎn)生新一代個(gè)體，每次基因收斂后有足夠的種類，因此變異率為0。

（5）判斷當(dāng)前種群個(gè)體是否基因收斂，要看與其他個(gè)體的基因差異率是否大于一定的百分比。如果是，則不收斂，轉(zhuǎn)向步驟（6）;如果不是，則收斂，重新初始化操作，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度再轉(zhuǎn)向步驟（4）。

（6）判斷是否滿足搜索結(jié)束的條件，不滿足就轉(zhuǎn)到步驟（1）進(jìn)行下一代計(jì)算，若滿足則結(jié)束計(jì)算，給出最大適應(yīng)度對(duì)應(yīng)的結(jié)果，即相對(duì)最優(yōu)個(gè)體。

參數(shù)反演范圍直接決定反演效率，本文借鑒地震學(xué)相關(guān)研究成果［3031，4144］，確定了應(yīng)力降Δσ、品質(zhì)因子參數(shù)Q0和η值、幾何衰減參數(shù)R1和R2五個(gè)區(qū)域參數(shù)反演范圍。根據(jù)已知的震級(jí)、震中距和傅里葉幅值譜包絡(luò)線散點(diǎn)值，反演得到能夠反映天山地區(qū)特征的區(qū)域介質(zhì)參數(shù)，如表1所列。

根據(jù)各參數(shù)反演結(jié)果，配合一個(gè)震級(jí)和距離對(duì)按照式（1）得到一條傅里葉幅值譜，結(jié)合時(shí)間函數(shù)，經(jīng)過多次傅里葉變換，得到地震動(dòng)加速度時(shí)程，提取地震動(dòng)峰值加速度PGA，建立某一震級(jí)下隨震中距變化的地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系。

建立衰減關(guān)系過程中考慮土層場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系的影響，近地表幅值放大因子采用筆者前期基于水平垂直譜比法得到的新疆地區(qū)三類場(chǎng)地平均放大曲線［28］。因天山地區(qū)包含Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類場(chǎng)地，本文采用研究區(qū)不同場(chǎng)地類型強(qiáng)震臺(tái)站個(gè)數(shù)計(jì)算權(quán)系數(shù)，對(duì)三類場(chǎng)地平均放大曲線加權(quán)得到研究區(qū)場(chǎng)地放大曲線，從而將基巖場(chǎng)地衰減關(guān)系轉(zhuǎn)換為土層場(chǎng)地衰減關(guān)系。地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系是通過提取加速度時(shí)程PGA來建立的，故本文衰減關(guān)系為一系列散點(diǎn)。本文結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系和強(qiáng)震動(dòng)記錄對(duì)比如圖4所示。

圖4中藍(lán)色線組為王繼等［14］采用的中國(guó)西部地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系，其中實(shí)線為長(zhǎng)軸結(jié)果，虛線為短軸結(jié)果;紅色線組為張振斌［15］采用直接統(tǒng)計(jì)法得到的天山地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系，其中實(shí)線為Ⅱ類場(chǎng)地結(jié)果，虛線為Ⅲ類場(chǎng)地結(jié)果;綠色實(shí)線為俞言祥等［16］采用轉(zhuǎn)換的方法得到的新疆地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系，也是我國(guó)新一代區(qū)劃圖中使用的衰減關(guān)系;黑色星點(diǎn)為強(qiáng)震動(dòng)記錄峰值加速度。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，各矩震級(jí)下的峰值加速度衰減關(guān)系在震中距70～300km范圍內(nèi)均表現(xiàn)出平臺(tái)段且遠(yuǎn)場(chǎng)均高于其他經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系，這與本文采用三段式幾何衰減有關(guān)。矩震級(jí)為5級(jí)和6級(jí)峰值加速度衰減關(guān)系［圖4（a）、圖4（b）］分別在震中距0～30km和0～40km范圍內(nèi)與俞言祥等［16］結(jié)果相近，高于王繼等［14］長(zhǎng)軸結(jié)果及張振斌等［15］Ⅱ類和Ⅲ類場(chǎng)地結(jié)果。與強(qiáng)震動(dòng)記錄對(duì)比，本文5級(jí)結(jié)果可以從強(qiáng)震動(dòng)記錄中穿過，除王繼等［14］長(zhǎng)軸結(jié)果，其他經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系均略低于強(qiáng)震動(dòng)記錄;本文6級(jí)和7級(jí)結(jié)果均缺少近場(chǎng)對(duì)比強(qiáng)震動(dòng)記錄，尤其是7級(jí)結(jié)果，收集到的強(qiáng)震動(dòng)記錄震中距均在100km以上，因此近場(chǎng)地震動(dòng)峰值加速度衰減可靠性較難評(píng)估;本文6級(jí)中遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果略高于多數(shù)強(qiáng)震動(dòng)記錄，震中距大于150km時(shí)，經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系均小于強(qiáng)震動(dòng)記錄，但本文結(jié)果能從強(qiáng)震動(dòng)記錄中穿過;本文7級(jí)遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果高于多數(shù)強(qiáng)震動(dòng)記錄和經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系，在7級(jí)結(jié)果對(duì)比中使用的強(qiáng)震動(dòng)記錄較少，圖3（b）中也可以看出沒有收集到符合條件的7級(jí)以上強(qiáng)震動(dòng)記錄。

為進(jìn)一步分析衰減關(guān)系曲線與強(qiáng)震動(dòng)記錄的吻合程度，本文利用峰值加速度估計(jì)值和實(shí)測(cè)值，計(jì)算誤差項(xiàng)均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ來定量分析，計(jì)算公式如下：

μ=1N∑Ni=1εi（8）

σ=1N∑Ni=1（εi-μ）2（9）

ε=lgPGA-lgPGA′（10）

式中：PGA為實(shí)測(cè)值，PGA′為估計(jì)值。當(dāng)均值越接近0，標(biāo)準(zhǔn)差越小，說明估計(jì)值和實(shí)測(cè)值吻合度越高，離散性越小。計(jì)算得到的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ如表2所列，可以看出矩震級(jí)為5級(jí)時(shí)，本文結(jié)果均值最接近0，且標(biāo)準(zhǔn)差最小，和強(qiáng)震動(dòng)記錄吻合度最高;矩震級(jí)為6級(jí)時(shí)，王繼等［14］長(zhǎng)軸結(jié)果均值最接近0，本文結(jié)果均值為負(fù)數(shù)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差最小，表明王繼等［14］長(zhǎng)軸結(jié)果和強(qiáng)震動(dòng)記錄的吻合度最高，本文結(jié)果高于強(qiáng)震動(dòng)記錄，但本文結(jié)果和強(qiáng)震動(dòng)離散程度最小;矩震級(jí)為7級(jí)時(shí)，本文結(jié)果均值最大且為負(fù)，本文衰減曲線普遍高于強(qiáng)震動(dòng)記錄，吻合度最弱，本文結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差雖在6個(gè)經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系中最大，為0.3068，但與最小的標(biāo)準(zhǔn)差僅相差0.04，故6個(gè)經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系和強(qiáng)震動(dòng)記錄離散程度相差不大。

4結(jié)論

本文以寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)小震記錄為研究對(duì)象，利用微遺傳算法反演5個(gè)區(qū)域地殼介質(zhì)參數(shù)，即應(yīng)力降Δσ（18.202MPa）、品質(zhì)因子參數(shù)Q0（444.20）和η值（0.35）、幾何衰減參數(shù)R1（74.30km）和R2（106.59km）。區(qū)域地殼介質(zhì)參數(shù)聯(lián)合給定的距離R和震級(jí)M，通過與時(shí)間函數(shù)多次傅里葉變換計(jì)算加速度時(shí)程，提取對(duì)應(yīng)距離震級(jí)對(duì)下峰值加速度，建立該地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系。

矩震級(jí)為5級(jí)和6級(jí)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系［圖4（a）、（b）］中，經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系衰減趨勢(shì)均快于強(qiáng)震動(dòng)記錄，本文結(jié)果與強(qiáng)震動(dòng)記錄更為吻合，說明天山地區(qū)整體衰減趨勢(shì)與三段式幾何衰減模型相符。另外，6級(jí)和7級(jí)地震動(dòng)衰減關(guān)系在近場(chǎng)較其他經(jīng)驗(yàn)性衰減關(guān)系偏高，可能與采用新疆地區(qū)三類場(chǎng)地平均放大曲線有關(guān)，筆者前期利用HV譜比法通過計(jì)算強(qiáng)震動(dòng)記錄速度反應(yīng)譜，估計(jì)了新疆地區(qū)三類場(chǎng)地平均放大曲線，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均為峰值加速度小于100cms2，未考慮場(chǎng)地非線性反應(yīng)。在實(shí)際地震作用下，峰值加速度大于100cms2時(shí)，場(chǎng)地可能發(fā)生非線性反應(yīng)，場(chǎng)地卓越頻率向低頻移動(dòng)［45］，場(chǎng)地放大曲線發(fā)生變化;在衰減關(guān)系建立中，這可能導(dǎo)致場(chǎng)地放大反應(yīng)高頻成分被高估，低頻成分被低估，但近場(chǎng)地震動(dòng)高頻成分豐富，對(duì)于大震近場(chǎng)地震動(dòng)峰值加速度可能有所高估。

目前我國(guó)新一代地震區(qū)劃圖中衰減關(guān)系使用俞言祥等［16］結(jié)果，與本文結(jié)果比較，5級(jí)和6級(jí)峰值加速度衰減關(guān)系在震中距0～30km范圍內(nèi)、7級(jí)峰值加速度衰減關(guān)系在震中距10～30km范圍內(nèi)，兩者結(jié)果一致性較好、衰減趨勢(shì)相同;震中距30～300km范圍內(nèi)，三個(gè)震級(jí)下本文結(jié)果均高于俞言祥等［16］結(jié)果;但本文5級(jí)和6級(jí)結(jié)果與強(qiáng)震動(dòng)記錄相符，俞言祥等［16］7級(jí)結(jié)果與強(qiáng)震動(dòng)記錄更相符。場(chǎng)地放大反應(yīng)一般對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)記錄較為明顯，地震波近場(chǎng)以高頻成分為主，隨著地震波的傳播，高頻成分逐漸衰減，遠(yuǎn)場(chǎng)地震波更多以長(zhǎng)周期成分為主。在新疆天山地區(qū)，本文計(jì)算的衰減關(guān)系一定程度反映出遠(yuǎn)場(chǎng)土層對(duì)地震波的放大作用，但僅限于矩陣級(jí)為5級(jí)和6級(jí)地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系，而俞言祥等［16］結(jié)果在大震級(jí)下能更好地反映其衰減情況。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］MUNSONCG，THURBERCH.AnalysisoftheattenuationofstronggroundmotionontheislandofHawaii［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1997，87（4）：945960.

［2］MEZCUAJ，GARCIABLANCORM，RUEDAJ.OnthestronggroundmotionattenuationinSpain［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，2008，98（3）：13431353.

［3］IDINIB，ROJASF，RUIZS，etal.GroundmotionpredictionequationsfortheChileansubductionzone［J］.BulletinofEarthquakeEngineering，2017，15（5）：18531880.

［4］MASUDAT，OHTAKEM.CommentonAnewattenuationrelationforpeakhorizontalaccelerationofstrongearthquakegroundmotioninJapanbyY.FukushimaandT.Tanaka［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1992（4）：757783.

［5］PEZESHKS，ZANDIEHA，TAVAKOLIB.HybridempiricalgroundmotionpredictionequationsforeasternnorthamericausingNGAmodelsandupdatedseismologicalparameters［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，2011，101（4）：18591870.

［6］MACIASM，ATKINSONGM，MOTAZEDIAND.Groundmotionattenuation，source，andsiteeffectsforthe26September2003M8.1Tokachi—Okiearthquakesequence［J］.TheBulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，2008，98（4）：19471963.

［7］IBRAHIMR，SIHJ，KOKETSUK，etal.LongperiodgroundmotionpredictionequationsformomentmagnitudeestimationoflargeearthquakesinJapan［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，2016，106（1）：5472.

［8］胡聿賢，張敏政.缺乏強(qiáng)震觀測(cè)資料地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)的估算方法［J］.地震工程與工程振動(dòng)，1984，4（1）：111.

HUYuxian，ZHANGMinzheng.Amethodofpredicting，groundmotionparametersforregionswithpoorgroundmotiondata［J］.EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration，1984，4（1）：111.

［9］霍俊榮，胡聿賢，馮啟民.關(guān)于通過烈度資料估計(jì)地震動(dòng)的研究［J］.地震工程與工程振動(dòng)，1992，12（3）：115.

HUOJunrong，HUYuxian，F(xiàn)ENGQimin.Studyonestimationofgroundmotionfromseismicintensity［J］.EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration，1992，12（3）：115.

［10］汪素云，俞言祥，高阿甲，等.中國(guó)分區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系的確定［J］.中國(guó)地震，2000，16（2）：99106.

WANGSuyun，YUYanxiang，GAOAjia，etal.DevelopmentofattenuationrelationsforgroundmotioninChina［J］.EarthquakeResearchinChina，2000，16（2）：99106.

［11］崔建文，李世成，高東，等.云南分區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系［J］.地震研究，2006，29（4）：386391，445.

CUIJianwen，LIShicheng，GAODong，etal.GroundmotionattenuationrelationintheYunnanarea［J］.JournalofSeismologicalResearch，2006，29（4）：386391，445.

［12］劉佳.陜西分區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

LIUJia.StudyonattenuationrelationshipsofseismicmotionsinsubareasofShaanxiProvince［D］.Xi'an：Chang'anUniversity，2009.

［13］唐麗華，李錳，王海濤.伽師—巴楚地區(qū)中強(qiáng)地震加速度衰減關(guān)系研究［J］.西北地震學(xué)報(bào)，2007（4）：377379，384.

TANGLihua，LIMeng，WANGHaitao.ResearchontheaccelerationattenuationrelationshipofmoderatestrongearthquakesinJiashi—Bachuregion［J］.NorthwesternSeismologicalJournal，2007（4）：377379，384.

［14］王繼，俞言祥，龔飛，等.中國(guó)西部地震動(dòng)衰減關(guān)系的適用性分析：以部分新疆地震為例［J］.中國(guó)地震，2008，24（2）：126133.

WANGJi，YUYanxiang，GONGFei，etal.SuitabilityanalysisofgroundmotionattenuationinWestChina：someofXinjiangearthquakesasanexample［J］.EarthquakeResearchinChina，2008，24（2）：126133.

［15］張振斌.新疆天山地區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系初步研究［D］.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

ZHANGZhenbin.PreliminarystudyonattenuationrelationshipofgroundmotioninTianshanareaofXinjiang［D］.Hefei：UniversityofScienceandTechnologyofChina，2011.

［16］俞言祥，李山有，肖亮.為新區(qū)劃圖編制所建立的地震動(dòng)衰減關(guān)系［J］.震災(zāi)防御技術(shù)，2013，8（1）：2433.

YUYanxiang，LIShanyou，XIAOLiang.DevelopmentofgroundmotionattenuationrelationsforthenewseismichazardmapofChina［J］.TechnologyforEarthquakeDisasterPrevention，2013，8（1）：2433.

［17］俞言祥.新一代地震區(qū)劃圖地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系的建立與特點(diǎn)分析［J］.城市與減災(zāi)，2016（3）：3438.

YUYanxiang.Establishmentandcharacteristicanalysisofattenuationrelationshipofgroundmotionparametersinnewgenerationseismiczoningmap［J］.CityandDisasterReduction，2016（3）：3438.

［18］王國(guó)新，陶夏新.地震動(dòng)衰減關(guān)系擬合的新兩步法［J］.地震工程與工程振動(dòng)，2001，21（1）：2428.

WANGGuoxin，TAOXiaxin.Anewtwostepsmethodforfittinggroundmotionattenuationrelationship［J］.EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration，2001，21（1）：2428.

［19］劉充.基于隨機(jī)振動(dòng)理論的地震動(dòng)衰減［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2005.

LIUChong.Groundmotionattenuationbasedonrandomvibrationtheory［D］.Harbin：HarbinInstituteofTechnology，2005.

［20］劉陶鈞.反演區(qū)域參數(shù)建立加州地震動(dòng)衰減關(guān)系［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

LIUTaojun.GroundmotionattenuationrelationshipwithregionalparametersinCalifornia［D］.Harbin：HarbinInstituteofTechnology，2009.

［21］TAOZR.Groundmotionattenuationrelationshipbasedonstochasticmethodmasterthesis［D］.Tokyo，Japen：NationalGraduateInstituteforPolicyStudies，2010.

［22］王希偉.基于地震學(xué)的日本東北地區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系研究［D］.哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2012.

WANGXiwei.SeismologybasedgroundmotionattenuationrelationshipforTohokuarea［D］.Harbin：InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，2012.

［23］崔安平.用地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的小震記錄建立川滇強(qiáng)地震動(dòng)衰減關(guān)系［D］.哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2013.

CUIAnping.StronggroundmotionattenuationrelationshipforSichuan—YunnanregionfromsmallearthquakerecordsbyChinaEarthquakeNetworks［D］.Harbin：InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，2013.

［24］李文倩.用數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)小震數(shù)據(jù)建立蘭州和華北地區(qū)強(qiáng)地震動(dòng)衰減關(guān)系［D］.哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2014.

LIWenqian.EstablishmentofstronggroundmotionattenuationrelationshipbetweenLanzhouandNorthChinausingsmallearthquakedataofdigitalseismicnetwork［D］.Harbin：InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，2014.

［25］韓鶴.用數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)小震數(shù)據(jù)估計(jì)東南沿海地區(qū)地震動(dòng)［D］.哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2015.

HANHe.GroundmotionpredictionforsoutheastcoastalareaofChinabysmallearthquakerecordsfromChinaearthquakenetworks［D］.Harbin：InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，2015.

［26］朱百慧.強(qiáng)震數(shù)據(jù)Kappa值影響因素的討論［D］.哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2016.

ZHUBaihui.TheinfluencefactorsofKappafromstrongmotionrecords［D］.Harbin：InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，2016.

［27］陶正如.基于地震學(xué)的強(qiáng)地震動(dòng)衰減關(guān)系［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，49（6）：171177.

TAOZhengru.Groundmotionattenuationrelationshipsbasedonseismology［J］.JournalofHarbinInstituteofTechnology，2017，49（6）：171177.

［28］李文倩，陶正如，姚遠(yuǎn)，等.基于HV譜比法的新疆地區(qū)不同類別場(chǎng)地地震效應(yīng)特征研究［J］.內(nèi)陸地震，2022，36（3）：193203.

LIWenqian，TAOZhengru，YAOYuan，etal.CharacteristicsofearthquakeeffectsofdifferentsiteclassesinXinjiangbasedonHVspecralratiomethod［J］.InlandEarthquake，2022，36（3）：193203.

［29］BOORED.Stochasticsimulationofhighfrequencygroundmotionsbasedonseismologicalmodelsoftheradiatedspectra［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1983，73：18651894.

［30］唐蘭蘭，李志海.新疆天山中東段地區(qū)地震波衰減、場(chǎng)地響應(yīng)及震源參數(shù)研究［J］.地震學(xué)報(bào)，2011，33（2）：134142，270.

TANGLanlan，LIZhihai.Groundmotionattenuation，siteresponseandsourceparametersofearthquakesinmiddleandeasternrangeofTianshanMountain，XinjiangofChina［J］.ActaSeismologicaSinica，2011，33（2）：134142，270.

［31］劉建明，李志海.新疆北天山非彈性衰減、場(chǎng)地響應(yīng)及其震源參數(shù)研究［J］.地震，2014，34（1）：7786.

LIUJianming，LIZhihai.Nonelasticattenuation，siteresponseandsourceparametersinthenorthernTianshanMountain，XinjiangofChina［J］.Earthquake，2014，34（1）：7786.

［32］ATKINSONGM，BOOREDM.GroundmotionrelationsforeasternNorthAmerica［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1995，85（1）：1730.

［33］BOOREDM.Determininggenericvelocityanddensitymodelsforcrustalamplificationcalculations，withanupdateoftheBooreandJoyner（1997）genericsiteamplificationforvS（Z）=760ms［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，2016，106（1）：313317.

［34］HANKSTC.fmax［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1982，72（6A）：18671879.

［35］ABERCROMBIERE.Earthquakesourcescalingrelationshipsfrom-1to5MLusingseismogramsrecordedat2.5kmdepth［J］.JournalofGeophysicalResearch：SolidEarth，1995，100（B12）：2401524036.

［36］KANAMORIH，ANDERSONDL.Theoreticalbasisofsomeempiricalrelationsinseismology［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1975，65：10731095.

［37］SHEARPM.Introductiontoseismology［M］.2ndedition.Cambridge：CambridgeUniversityPress，2009.

［38］BOOREDM，BOATWRIGHTJ.Averagebodywaveradiationcoefficients［J］.TheBulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1984，74（5）：16151621.

［39］CHENPS，NUTTLIOW.EstimatesofmagnitudesandshortperiodwaveattenuationofChineseearthquakesfrommodifiedMercalliintensitydata［J］.BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1984，74（3）：957968.

［40］LIJ，GAOY，WANGQ.AnisotropiczoningintheuppercrustoftheTianshantectonicbelt［J］.ScienceChinaEarthSciences，2021，64（4）：651666.

［41］趙翠萍，夏愛國(guó)，鄭斯華，等.新疆北天山中東段地區(qū)震源參數(shù)研究［J］.中國(guó)地震，2005，21（1）：6169.

ZHAOCuiping，XIAAiguo，ZHENGSihua，etal.StudyonsourceparametersofearthquakesoccurredonthemiddleeastareaofnorthernTianshaninXinjiang［J］.EarthquakeResearchInChina，2005，21（1）：6169.

［42］夏愛國(guó)，趙翠萍.天山中東段地區(qū)震源參數(shù)的初步應(yīng)用研究［J］.內(nèi)陸地震，2006，20（3）：245251.

XIAAiguo，ZHAOCuiping.PreliminarystudyonsourceparametersofearthquakesoccurredinthemiddleeastareaofTianshanMountain［J］.InlandEarthquake，2006，20（3）：245251.

［43］孫吉澤，宋春燕.新源、和靜地震序列尾波Q值衰減特征研究［J］.內(nèi)陸地震，2013，27（2）：140145.SUNJize，SONGChunyan.ResearchonattenuationcharacteristicsofXinyuan，Hejingearthquakesequence'scodaQvalue［J］.InlandEarthquake，2013，27（2）：140145.

［44］尼魯帕爾·買買吐孫，阿衣仙姑·買買提，夏愛國(guó)，等.新疆南天山西段地區(qū)介質(zhì)衰減特征研究［J］.內(nèi)陸地震，2016，30（1）：4148.

Nilupaer·Maimaitusun，Ayixiangu·Maimaiti，XIAAiguo，etal.StudyofmediumattenuationcharacteristicsinsouthernTianshan［J］.InlandEarthquake，2016，30（1）：4148.

［45］冀昆.基于HV譜比法的場(chǎng)地特征研究［D］.哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2014.

JIKun.StudyonsitecharacteristicsbasedonHVspectralratiomethod［D］.Harbin：InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，2014.

（本文編輯：任棟）

收稿日期：20221025

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、科研三結(jié)合課題（3JH202302079）;中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃（XH20068Y）

第一作者簡(jiǎn)介：李文倩（1989-），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)研究。Email：liwenqian526@163.com。