• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

美国地震区划图的新动向−场地效应模型与盆地效应模型

黄亭 纪志伟 陈学良 吴清 高孟潭 李宗超

李敏, 李小军. 九寨沟M7.0地震仪器烈度计算比较分析[J]. 震灾防御技术, 2017, 12(4): 803-814. doi: 10.11899/zzfy20170409
引用本文: 黄亭,纪志伟,陈学良,吴清,高孟潭,李宗超,2023. 美国地震区划图的新动向−场地效应模型与盆地效应模型. 震灾防御技术,18(4):718−726. doi:10.11899/zzfy20230406. doi: 10.11899/zzfy20230406
Li Min, Li Xiaojun. Comparison of Different Methods Used to Calculate Instrumental Intensities of the Jiuzhaigou MS7.0 Earthquake[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2017, 12(4): 803-814. doi: 10.11899/zzfy20170409
Citation: Huang Ting, Ji Zhiwei, Chen Xueliang, Wu Qing, Gao Mengtan, Li Zongchao. State of the Art of Seismic Zonation Map in United States, Site Effect Model and Basin Effect Model[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2023, 18(4): 718-726. doi: 10.11899/zzfy20230406

美国地震区划图的新动向−场地效应模型与盆地效应模型

doi: 10.11899/zzfy20230406
基金项目: 国家重点研发计划资助项目 (2019YFC1509403、2017YFC1500205); 国家自然科学基金资助项目 (51978633、51678537、51278470);中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项资助项目(DQJB22Z03、DQJB21Z15)
详细信息
    作者简介:

    黄亭,女,生于1996年。硕士研究生。主要从事盆地效应方面的研究。E-mail:huangting4899@163.com

    通讯作者:

    陈学良,男,生于1976年。研究员。主要从事工程地震、强地震动数值模拟、场地响应等的研究。E-mail:xueliang_chen@aliyun.com

State of the Art of Seismic Zonation Map in United States, Site Effect Model and Basin Effect Model

  • 摘要: 2018版《美国地震危险性图》对地震动模型美国中部和东部地区地震动场地效应模型及西部地区沉积盆地放大等进行了更新,改善了对美国各地地震灾害的描述,并增强了对美国中部、东部地区与西部地区地震动差异的理解。本文分析并论述了2018版《美国地震危险性图》中美国中部和东部地区地震动场地效应模型及西部地区沉积盆地效应模型的主要特征,对我国新一代地震动区划图的编制、修订进行了思考。
  • 每次破坏性地震的发生均会引起地震灾害,地震烈度则被用来描述地震灾害的强弱程度。我国学者根据房屋建筑震害指数、地表破坏程度及地面运动加速度等指标将地震烈度分为12度,制定了《中国地震烈度表》(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等,2008)。实际地震灾害调查中,将根据受灾区调查确定的烈度值分布勾画出烈度分布图或等震线图。以往的烈度等震线图的获得途径主要有:①地震后实地的震害调查;②通过震源参数依据地震烈度衰减规律估算;③利用地震动参数确定烈度的方法估算(袁一凡,1998)。

    2008年5月12日发生的汶川地震,震级高达M 8.0,震源破裂长度约300km,震源深度15km,破裂持续时间约90s,震中烈度高达Ⅺ度,并伴随产生了地面断裂和严重的崩滑泥石流。汶川地震为国家数字强震动台网提供了一批震相完整的强震动加速度记录,尤其是布设在龙门山断裂带及其周围地区的50多个台站获得了大于100gal的加速度记录,有46组三分量加速度记录的断层距小于100km,极大地丰富了我国强震动观测数据库(Li等,2008a, 2008b于海英等,2009)。基于这些记录,发展出了一批基于强震动观测数据计算仪器烈度的方法(王玉石等, 2008, 2010李敏,2010任叶飞等,2011)。然而,不同计算仪器烈度的方法应用于后续发生的实际地震时能多大程度符合现场调查得到的宏观烈度数据,还需在大量的地震中得到检验。

    2017年8月8日21时19分46秒,在四川省阿坝州九寨沟县发生M 7.0级地震,震源深度20km,地震对九寨沟景区各类建筑物和景点造成了不同程度的破坏。此次地震属浅源地震,极震区烈度达Ⅸ度。本研究收集了九寨沟地震共66个台站的强震动录加速度记录(表 1图 1),其中最近的台站的震中距约为30.6km,最大的地震动峰值加速度(PGA)为189.21gal(表 2),为九寨百河台(JZB)所记录;宏观调查结果有2个台站(九寨百河、九寨勿角)落在Ⅶ度区内;1个台站(九寨永丰)落在Ⅵ度区内;其它63个台站落在Ⅴ度及以下区域内,包括5个接近Ⅵ度区的台站(沙湾,舟曲,文县,平武木座,迭部)。本文利用九寨沟地震的强震动观测记录开展不同计算仪器烈度方法的比较研究。研究中,选择了7种国内外常见的方法和近年来发展出来的新方法,分别计算了九寨沟地震各个有强震动记录的台站位置的仪器烈度,并以期通过与地震灾害调查得到的宏观烈度相比较对各方法给出评价。

    表 1  本文所使用的强震动记录列表
    Table 1.  List of strong motion records used in this study
    地震名称 发震时刻 震级 最大烈度 总台站数 Ⅶ度区域
    台站数
    Ⅵ度区域
    台站数
    Ⅴ度及以下区域
    台站数
    九寨沟地震 2017-08-08
    21:19:46.7
    7.0 66 2 1 63
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    图 1  九寨沟M 7.0级地震震中及台站分布图(图中的烈度圈分别为Ⅸ、Ⅷ、Ⅶ和Ⅵ度等值线)
    Figure 1.  Location of epicenter of the Jiuzhaigou M 7.0 earthquake and the seismic stations
    表 2  有强震动记录台站的统计情况
    Table 2.  Statistics of the strong motion stations with available records
    台站名称 代码 经度/°E 纬度/°N 震中距/km PGA/gal 宏观烈度
    九寨百河 51JZB 104.1 33.3 31 189.21
    九寨勿角 51JZW 104.2 33 41 93.00
    九寨永丰 51JZY 104.3 33.2 41 75.07
    沙湾 62SHW 104.5 33.7 84 22.96 ≤Ⅴ
    舟曲 62ZHQ 104.4 33.8 86 11.00 ≤Ⅴ
    文县 62WEX 104.7 32.9 89 9.54 ≤Ⅴ
    平武木座 51PWM 104.5 32.6 93 23.59 ≤Ⅴ
    迭部 62DIB 103.2 34.1 115 15.24 ≤Ⅴ
    茂县叠溪 51MXD 103.7 32 130 23.35 ≤Ⅴ
    岷县 62MXT 104 34.4 135 26.13 ≤Ⅴ
    黑水双溜 51HSL 103.3 32.1 138 6.27 ≤Ⅴ
    黑水色尔 51HSS 103.4 31.9 145 8.72 ≤Ⅴ
    黑水地办 51HSD 103 32.1 149 3.15 ≤Ⅴ
    中庙2 62ZM2 105.4 32.8 154 27.94 ≤Ⅴ
    中庙4 62ZM4 105.4 32.8 154 16.16 ≤Ⅴ
    卓尼 62ZNI 103.5 34.6 159 8.43 ≤Ⅴ
    茂县富顺 51MXF 104 31.8 162 3.91 ≤Ⅴ
    北川曲山 51BCQ 104.5 31.8 164 3.05 ≤Ⅴ
    临潭 62LTA 103.4 34.7 171 3.57 ≤Ⅴ
    北川永安 51BCY 104.5 31.7 178 6.72 ≤Ⅴ
    茂县南新 51MXN 103.7 31.6 180 7.04 ≤Ⅴ
    玛曲 62MAQ 102.1 34 183 3.50 ≤Ⅴ
    天水镇 62TSZ 105.4 34.2 184 7.39 ≤Ⅴ
    理县桃平 51LXT 103.5 31.6 186 4.30 ≤Ⅴ
    剑阁下寺 51JGS 105.5 32.3 189 10.16 ≤Ⅴ
    汶川地办 51WCD 103.6 31.5 193 2.70 ≤Ⅴ
    广元羊木 51GYD 105.8 32.6 197 18.01 ≤Ⅴ
    绵竹兴隆 51MZX 104.2 31.4 204 3.06 ≤Ⅴ
    剑阁中学 51JGD 105.5 32 207 8.61 ≤Ⅴ
    栗川乡 62LCX 106 33.8 213 20.60 ≤Ⅴ
    什邡八角 51SFB 104 31.3 214 3.27 ≤Ⅴ
    什邡双盛 51SFS 104.2 31.2 228 3.65 ≤Ⅴ
    都江虹口 51DJH 103.7 31.1 233 2.26 ≤Ⅴ
    王窑乡 62WYX 105.4 34.9 239 18.70 ≤Ⅴ
    西吉 64XIJ 105.4 35.6 304 4.25 ≤Ⅴ
    宝鸡台 61BAJ 107.1 34.4 331 9.24 ≤Ⅴ
    永清镇 62YQZ 106.4 35.3 333 15.46 ≤Ⅴ
    陇县台 61LOX 106.8 34.9 334 5.29 ≤Ⅴ
    千阳台 61QIY 107.1 34.7 346 4.77 ≤Ⅴ
    陈仓台 61CHC 107.4 34.3 353 8.00 ≤Ⅴ
    凤翔台 61FEX 107.4 34.5 361 8.77 ≤Ⅴ
    干盐池 64GYC 105.2 36.4 378 3.58 ≤Ⅴ
    固原 64GYN 106.2 36 380 3.58 ≤Ⅴ
    岐山台 61QIS 107.7 34.4 383 8.37 ≤Ⅴ
    七营 64QIY 106.1 36.3 403 3.46 ≤Ⅴ
    周至台 61ZHZ 108.3 34.1 427 3.94 ≤Ⅴ
    乾陵台 61QIL 108.2 34.6 434 2.48 ≤Ⅴ
    户县台 61HXI 108.6 34.1 454 6.77 ≤Ⅴ
    长山头 64CST 105.4 37.2 468 0.99 ≤Ⅴ
    咸阳台 61XIY 108.7 34.4 471 3.70 ≤Ⅴ
    泾阳台 61JIY 108.8 34.5 483 4.05 ≤Ⅴ
    西安台 61XIA 109 34.2 492 4.13 ≤Ⅴ
    西影台 61XYI 109 34.2 492 3.12 ≤Ⅴ
    渠口 64QUK 105.5 37.4 492 1.32 ≤Ⅴ
    草滩台 61CAT 109 34.4 497 3.66 ≤Ⅴ
    高陵台 61GAL 109.1 34.5 509 4.56 ≤Ⅴ
    临潼台 61LIT 109.2 34.4 515 4.12 ≤Ⅴ
    蓝田台 61LAT 109.3 34.2 520 4.11 ≤Ⅴ
    阎良台 61YAL 109.2 34.7 524 3.09 ≤Ⅴ
    渭南台 61WEN 109.5 34.5 545 3.32 ≤Ⅴ
    吝店台 61LID 109.6 34.7 559 4.11 ≤Ⅴ
    蒲城台 61PUC 109.6 35 569 2.55 ≤Ⅴ
    华县台 61HUX 109.8 34.5 571 2.15 ≤Ⅴ
    大荔台 61DAL 110 34.8 597 2.50 ≤Ⅴ
    潼关台 61TOG 110.2 34.6 610 3.43 ≤Ⅴ
    合阳台 61HEY 110.2 35.2 628 2.55 ≤Ⅴ
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    国内外相继建立了诸多基于强震动加速度记录资料的地震烈度计算方法,不同方法利用地震动的不同参数,包括时域和频域强度及能量等,建立地震烈度与地震动参数之间的关系,并利用这一关系结合实际地震中获得的强震动记录计算地震的烈度,通常把这样得到的地震烈度称为仪器烈度。本文选择了国内外常见的和近年来发展出来的7种方法开展具体比较研究。

    《中国地震烈度表(GB/T 17742—2008)》(表 3)中给出了地震烈度I与水平向地震参数PGA水平的对应关系:

    表 3  中国地震烈度表中列出的参考物理标准
    Table 3.  Physical standards as listed in the China Seismic Intensity Table
    烈度
    PGA水平/m·s-2 0.31
    (0.22—0.44)
    0.63
    (0.45—0.89)
    1.25
    (0.90—1.77)
    2.50
    (1.78—3.53)
    5.00
    (3.54—7.07)
    10.00
    (7.08—14.14)
    PGV水平/m·s-2 0.03
    (0.02—0.04)
    0.06
    (0.05—0.09)
    0.13
    (0.10—0.18)
    0.25
    (0.19—0.35)
    0.50
    (0.36—0.71)
    1.00
    (0.72—1.41)
      注:表中给出的PGA水平和PGV水平是参考值,括号中给出的是变动范围。
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    $$ I = 10{\mathop{\rm l}\nolimits} {\rm{g}}({\rm{PG}}{{\rm{A}}_{水平}}{\rm{)/3}} $$ (1)

    PGA水平取两个相互垂直的水平方向地震动峰值加速度的较大值,单位为m/s2。规定烈度X度对应的PGA水平为10.00m/s2(7.08—14.14m/s2),PGV水平为1.00m/s(0.72—1.41m/s),且烈度每降1度,PGA水平和PGV水平降为原来的1/2。

    美国ShakeMap系统基于峰值加速度和峰值速度估计地震烈度分布,具体根据式(2)计算修正默卡尼烈度Imm。该方法在中国应用,则需再进一步根据Imm与我国烈度标准的对应关系(金星等,2013)计算得到仪器烈度(表 4)。

    表 4  中国、美国、日本三种烈度标准对应关系(金星等,2013
    Table 4.  Corresponding relationship of the intensity standards among China, United States and Japan (Jin Xing et al, 2013)
    中国I 美国Imm 日本IJP
    < 2.0 < 0.8
    2.0—2.6 0.8—1.5
    2.6—3.2 1.5—2.1
    3.2—3.9 2.1—2.8
    3.9—4.6 2.8—3.5
    4.6—5.7 3.5—4.2
    5.7—6.5 4.2—4.9
    6.5—7.4 4.9—5.6
    7.4—8.2 5.6—6.3
    8.2—9.0 6.3—7.0
    9.0—9.8 7.0—7.7
    > 9.8 > 7.7
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    $$ {I_{{\rm{mm}}}} = \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} {2.20{\rm{lg}}({\rm{PG}}{{\rm{A}}_{水平}}) + 1.00, Ⅰ \le {I_{{\rm{mm}}}} < Ⅳ}\\ {2.10{\rm{lg}}({\rm{PG}}{{\rm{V}}_{水平}}) + 3.40, Ⅰ \le {I_{{\rm{mm}}}} < Ⅳ}\\ {3.66{\rm{lg}}({\rm{PG}}{{\rm{A}}_{水平}}) - 1.66, Ⅴ \le {I_{{\rm{mm}}}} < Ⅷ}\\ {3.47{\rm{lg}}({\rm{PG}}{{\rm{V}}_{水平}}) + 2.35, Ⅴ \le {I_{{\rm{mm}}}} < Ⅸ} \end{array}} \right. $$ (2)

    其中,PGA水平取两个相互垂直的水平方向地震动峰值加速度的较大值,单位为gal,PGV水平取两个相互垂直的水平方向地震动峰值速度的较大值,单位为cm/s。

    日本气象厅计测烈度IJP的计算公式为:

    $$ {I_{{\rm{JP}}}} = 2{\rm{lg}}({\rm{PG}}{{\rm{A}}_{0.3}}) + 0.94 $$ (3)

    其中,PGA0.3为地震动记录的0.3s持时的有效峰值加速度,即三分量地震动记录的合成加速度时程中,加速度绝对值大于PGA0.3的累计持续时间为0.3s。PGA0.3为满足式(4)的最大值:

    $$ \int_0^T {w(t, a){\rm{d}}t \ge 0.3} $$ (4)

    其中,

    $$ w(t, a) = \left\{ \begin{array}{l} 0, \;a\left(t \right) < {\rm{PG}}{{\rm{A}}_{0.3}}\\ 1, \;a(t) \ge {\rm{PG}}{{\rm{A}}_{0.3}} \end{array} \right. $$ (5)

    a(t)为t时刻(单位为s)的三方向的合成加速度值,单位为gal:

    $$ a(t)\sqrt {a(t)_{{\rm{EW}}}^2a(t)_{{\rm{NS}}}^{\rm{2}}a(t)_{{\rm{UD}}}^2} $$ (6)

    其中,a(t)EWa(t)NSa(t)UD分别为t时刻两个相互垂直的水平方向和一个竖向加速度值,单位为gal。

    日本气象厅计测烈度分为7档,可通过与我国烈度体系的对应关系(金星等,2013)转化为我国标准仪器烈度(表 4)。

    金星等(2013)在比较了国内外多种烈度评定标准后,参考日本有效峰值加速度的算法,结合我国实际情况,提出了以0.5s取代0.3s作为计算有效峰值加速度的总时程阈值,从而提出以下公式:

    $$ I = 2.71{\mathop{\rm l}\nolimits} {\rm{g}}({\rm{PG}}{{\rm{A}}_{0.5}}) + 2.39 $$ (7)

    其中,PGA0.5为地震动记录的0.5s持时有效峰值加速度,即三分量地震动记录的合成加速度时程中,加速度绝对值大于PGA0.5的累计持续时间为0.5s,计算方法与式(4)—(6)类似。

    最近,《仪器地震烈度计算》行业标准(金星等,2017)已通过地震标准化委员会审查。该标准提出仪器烈度根据峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)共同判断。当原始数据是加速度记录时,需要通过对时间进行积分获得速度纪录;相反,当原始数据为速度纪录时,需要通过微分获得加速度纪录。具体计算公式如下:

    $$ I = \left\{ \begin{array}{l} {I_{{\rm{PGV}}}}, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{I_{{\rm{PGV}}}} \ge 6.0且{I_{{\rm{PGA}}}} \ge 6.0\\ ({I_{{\rm{PGA}}}} + {I_{{\rm{PGV}}}})/{\rm{2}}, \;\;\;\;\;\;{I_{{\rm{PGV}}}} < 6.0或{I_{{\rm{PGA}}}} < 6.0 \end{array} \right. $$ (8)

    其中,IPGVIPGA分别为根据PGA和PGV计算出来的烈度值,计算公式如下:

    $$ {I_{{\rm{PGA}}}} = 3.17{\rm{lg}}({\rm{PGA}}) + 6.59 $$ (9)
    $$ {I_{{\rm{PGV}}}} = 3.00{\rm{lg}}({\rm{PGV}}) + 9.77 $$ (10)

    PGA为由三方向合成的加速度得到的峰值加速度,单位为m/s2

    $$ {\rm{PGA}}=\max\; \cdot \;\left({\sqrt {a(t)_{{\rm{EW}}}^2 + a(t)_{{\rm{NS}}}^2 + a(t)_{{\rm{UD}}}^2} } \right) $$ (11)

    其中,a(t)EWa(t)NSa(t)UD分别为t时刻两个相互垂直的水平方向和一个竖直向加速度值,单位为m/s2。PGV为由三方向合成的速度得到的峰值速度,单位为m/s:

    $$ {\rm{PGV}}=\max\; \cdot \;\left({\sqrt {v(t)_{{\rm{EW}}}^2 + v(t)_{{\rm{NS}}}^2 + v(t)_{{\rm{UD}}}^2} } \right) $$ (12)

    其中,v(t)EWv(t)NSv(t)UD分别为t时刻两个相互垂直的水平方向和一个竖直向速度值,单位为m/s。

    2010年,李敏等(2010)提出利用经过选择的周期点的反应谱值计算仪器烈度。具体方法分为烈度分档判别法(记为分档判别法)和烈度综合判别法(记为综合判别法)。

    烈度分档判别法公式如下:

    $$ I = \left\{ \begin{array}{l} {I_{\rm{H}}}, {I_{\rm{H}}} \ge 8.8\\ {I_{\rm{L}}}, \;{I_{\rm{H}}} < 8.8 \end{array} \right. $$ (13)

    其中,

    $$ \begin{array}{l} {I_L} = 3.95 + 0.18{\rm{lg}}{S_a}(T = 0) + 0.37{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.03) + 0.36{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.06)\\ \;\;\;\;\;\;\; + 0.09{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.165) + 0.08{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.28) + 0.15{\rm{lg}}{S_a}(T = 8) + 0.21{\rm{lg}}{S_a}(T = 20) \end{array} $$ (14)
    $$ \begin{array}{l} {I_H} = - 4.13 + 0.74{\rm{lg}}{S_a}(T = 0) + 1.55{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.075) + 1.01{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.15)\\ \;\;\;\;\;\;\; + 1.60{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.75) + 0.06{\rm{lg}}{S_a}(T = 20) \end{array} $$ (15)

    烈度综合判别法公式如下:

    $$ \begin{array}{l} I = 2.86 + 0.16{\rm{lg}}{S_a}(T = 0) + 0.91{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.03) + 0.11{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.075)\\ \;\;\;\;\; + 0.27{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.15) + 0.16{\rm{lg}}{S_a}(T = 0.28) + 0.17{\rm{lg}}{S_a}(T = 8) + 0.50{\rm{lg}}{S_a}(T = 20) \end{array} $$ (16)

    式(14)—(16)中,Sa(T=t)分别为周期为t时的加速度反应谱值。

    按照以上方法,计算了九寨沟地震中66个有强震动记录的台站位置的仪器烈度。各方法计算得到的仪器烈度值计算结果列于图 2图 2中还给出了地震灾害调查的宏观烈度值(其中5度表示小于等于5度)以便于比较。

    图 2  按不同方法计算出的各台站仪器烈度值
    Figure 2.  Instrumental intensities of each station calculated by different methods

    表 2图 2结果表明,对于九寨百河、九寨勿角和九寨永丰3个离震中较近、宏观烈度在Ⅶ度、Ⅵ度区内以及接近Ⅵ度区的台站(沙湾,舟曲,文县,平武木座,迭部),7种方法计算的仪器烈度与地震灾害调查的宏观烈度的误差均在1度范围以内,显示了各方法具有良好的实用性,且7种方法的计算结果与震中距和峰值加速度显示了良好的相关性。综合分析,可以发现金星烈度法的计算结果相对偏高,其他方法的计算结果相对偏低。基于不同方法的计算仪器烈度值及宏观烈度值随震中距变化分布情况示于图 3

    图 3  不同方法计算的各台站仪器烈度按台站震中距分布图(图中仪器烈度值均为整数,为避免数据点相互覆盖,沿y轴方向加入随机微量偏移)
    Figure 3.  Instrumental intensities of all stations calculated by different methods plotted by epicenter distances

    为了对这些方法烈度确定结果进行定量比较,我们使用曼哈顿距离来衡量不同方法所计算的结果相似性:

    $$ D({\rm{P, Q}}) = \sum\nolimits_{i = 1}^n {|{p_i} - {q_i}|} $$ (17)

    其中,piqi代表方法P和方法Q计算的第i个台站的烈度值。

    对7种方法两两比较可得相应的距离矩阵,如图 4所示,图中的数字表示不同方法对66个台站仪器烈度计算结果的曼哈顿距离,即各台站仪器烈度差的绝对值的总和。据此进行分层聚类可将这7类方法可分为两组:日本JMA法、美国ShakeMap法和金星烈度法一组,其计算结果在Ⅰ—Ⅷ度广泛分布;综合判别法、行业标准法、分档判别法、烈度表法一组,其计算结果分布于Ⅲ—Ⅶ度范围内。距离最近的一组方法为综合判别法与行业标准法,但从方法原理上二者相去甚远,前者主要依赖不同周期点的加速度反应谱值,而后者主要依赖峰值加速度与峰值速度。考虑到行业标准法是本文中唯一用到了峰值速度的方法,二者结果的相似性说明多周期加速度反应谱值能反映峰值速度的某些特征。

    图 4  不同仪器烈度计算方法结果相似性比较
    Figure 4.  Comparison of similarities of the results from different instrumental calculation methods for intensity

    本文用不同方法计算了九寨沟地震66个相关台站的仪器烈度,比较了不同方法的计算结果差异。主要结果如下:

    (1)对位于地震灾害调查宏观烈度Ⅵ以内的九寨百河、九寨勿角和九寨永丰3个台站,各方法计算的仪器烈度与宏观烈度的差值均在1度误差范围以内,均显示了良好的实用性。

    (2)依据宏观烈度Ⅵ范围内的台站记录和烈度资料,7种方法中,金星烈度法的计算结果相对偏高,其他方法的计算结果相对偏低。

    (3)曼哈顿距离分析表明,计算仪器烈度最接近的两个方法是行业标准法和综合判别法。

    基于九寨沟地震强震动记录所进行的仪器烈度计算为各种仪器烈度计算方法的可靠性和实用性分析提供了客观参考。但需要考虑的是,九寨沟地震中获得强震动记录的台站位于高烈度区的较少,本文的分析结果或许具有片面性,更全面的方法评价则需要基于更多元、更丰富的强震动数据。

    致谢: 中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”为本研究提供数据支持,特此感谢。
  • 图  1  场地放大系数分布情况(Petersen等,2020

    Figure  1.  Distribution of site magnification factors (Petersen et al., 2020

    图  2  不同模型、不同场地类别条件下地震动中值加权平均值分布情况(Rezaeian等, 2021

    Figure  2.  Comparison of the 2018 GMM medians at original models and smoothed models, a range of site classes (Rezaeian et al., 2021

    图  3  NGA-West2的4个地震动模型在T=5 s时盆地效应系数与盆地深度的关系(Powers等,2021

    Figure  3.  The relationship between basin effect coefficient and basin depth at T=5 s for the four ground motion models of NGA-West2 (Powers et al., 2021

    图  4  原始发布和 2018年美国地质勘探局修改后实施的地震动模型在不同盆地深度条件下对应的加速度反应谱中值对比结果(Powers等,2021

    Figure  4.  The models as published and the 2018 USGS implementation of the median spectral acceleration at different basin depth conditions(Powers et al., 2021

    图  5  原始发布和 2018年美国地质勘探局修改后实施的地震动模型在不同盆地深度条件下对应的加速度反应谱中值对比结果(Powers等,2021

    Figure  5.  The models as published and the 2018 USGS implementation of the median spectral acceleration at different basin depth conditions (Powers et al., 2021

    表  1  场地类别和盆地深度组合(Powers等,2021

    Table  1.   Site class and basin-depth combinations for plots ( Powers et al., 2021

    场地类别-盆地Vs30/(m·s−1Z1.0/km(ASK14、BSSA14、CY14模型)Z2.5/km(CB14模型)
    BC类-默认盆地($ {V}_{\mathrm{s}30} $-基础)760(0.048,0.041,0.041)0.607
    BC类-深盆地(长滩)760(0.704,0.704,0.704)3.830
    BC类-浅盆地(旧金山)760(0.025,0.025,0.025)0.850
    DE类-默认盆地($ {V}_{\mathrm{s}30} $-基础)185(0.497,0.513,0.513)3.060
    DE类-深盆地(长滩)185(0.704,0.704,0.704)3.830
    DE类-浅盆地(旧金山)185(0.025,0.025,0.025)0.850
    下载: 导出CSV
  • 中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2010. GB 50011—2010 建筑抗震设计规范. 北京: 中国建筑工业出版社, 18—20

    Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China, General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China, 2010. GB 50011—2010 Code for seismic design of buildings. Beijing: China Architecture & Building Press, 18—20. (in Chinese)
    周健, 李小军, 李亚琦等, 2021. 中美建筑抗震设计规范中工程场地类别的对比和换算关系. 地震学报, 43(4): 521—532 doi: 10.11939/jass.20200164

    Zhou J. , Li X. J. , Li Y. Q. , et al. , 2021. Comparative analysis and transformation relations between China and the US site classification systems in building seismic code provisions. Acta Seismologica Sinica, 43(4): 521—532. (in Chinese) doi: 10.11939/jass.20200164
    Aagaard B. T. , Brocher T. M. , Dolenc D. , et al. , 2008. Ground-motion modeling of the 1906 San Francisco earthquake, part II: ground-motion estimates for the 1906 earthquake and scenario events. Bulletin of the Seismological Society of America, 98(2): 1012—1046. doi: 10.1785/0120060410
    Abrahamson N. A. , Silva W. J. , Kamai R. , 2014. Summary of the ASK14 ground motion relation for active crustal regions. Earthquake Spectra, 30(3): 1025—1055. doi: 10.1193/070913EQS198M
    Algermissen S. T., Perkins D. M., 1976. A probabilistic estimate of maximum acceleration in rock in the contiguous United States. Reston: U. S. Geological Survey.
    Algermissen S. T., Perkins D. M., Thenhaus P. C., et al., 1990. Probabilistic earthquake acceleration and velocity maps for the United States and Puerto Rico. Reston: U. S. Geological Survey.
    Atkinson G. M. , Boore D. M. , 2008. Erratum to empirical ground-motion relations for subduction zone earthquakes and their application to Cascadia and other regions. Bulletin of the Seismological Society of America, 98(5): 2567—2569. doi: 10.1785/0120080108
    Atkinson G. M. , Boore D. M. , 2011. Modifications to existing ground-motion prediction equations in light of new data. Bulletin of the Seismological Society of America, 101(3): 1121—1135. doi: 10.1785/0120100270
    Boore D. M. , Stewart J. P. , Seyhan E. , et al. , 2014. NGA-West2 equations for predicting PGA, PGV, and 5% damped PSA for shallow crustal earthquakes. Earthquake Spectra, 30(3): 1057—1085. doi: 10.1193/070113EQS184M
    Campbell K. W. , Bozorgnia Y. , 2014. NGA-West2 ground motion model for the average horizontal components of PGA, PGV, and 5% damped linear acceleration response spectra. Earthquake Spectra, 30(3): 1087—1115. doi: 10.1193/062913EQS175M
    Chiou B. S. J. , Youngs R. R. , 2014. Update of the Chiou and Youngs NGA model for the average horizontal component of peak ground motion and response spectra. Earthquake Spectra, 30(3): 1117—1153. doi: 10.1193/072813EQS219M
    Frankel A. , Wirth E. , Marafi N. , et al. , 2018. Broadband synthetic seismograms for magnitude 9 earthquakes on the Cascadia megathrust based on 3 D simulations and stochastic synthetics, part 1: methodology and overall results. Bulletin of the Seismological Society of America, 108(5 A): 2347—2369. doi: 10.1785/0120180034
    Frankel A. D., Mueller C. S., Barnhard T. P., et al., 1996. National seismic-hazard maps: documentation June 1996. Reston: U. S. Geological Survey.
    Frankel A. D. , Carver D. L. , Williams R. A. , 2002 a. Nonlinear and linear site response and basin effects in Seattle for the M 6.8 Nisqually, Washington, earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, 92(6): 2090—2109. doi: 10.1785/0120010254
    Frankel A. D., Petersen M. D., Mueller C. S., et al., 2002 b. Documentation for the 2002 update of the national seismic hazard maps. Reston: U. S. Geological Survey.
    Goulet C. A., Bozorgnia Y., Abrahamson N., et al., 2018. Central and eastern North America ground-motion characterization-NGA-east final report. Berkeley: Pacific Earthquake Engineering Research Center.
    Graves R. , Jordan T. H. , Callaghan S. , et al. , 2011. CyberShake: a physics-based seismic hazard model for southern California. Pure and Applied Geophysics, 168(3—4): 367—381. doi: 10.1007/s00024-010-0161-6
    Hartzell S. , Cranswick E. , Frankel A. , et al. , 1997. Variability of site response in the Los Angeles urban area. Bulletin of the Seismological Society of America, 87(6): 1377—1400. doi: 10.1785/BSSA0870061377
    Hashash Y. M. A. , Ilhan O. , Harmon J. A. , et al. , 2020. Nonlinear site amplification model for ergodic seismic hazard analysis in central and eastern North America. Earthquake Spectra, 36(1): 69—86. doi: 10.1177/8755293019878193
    Idriss I. M. , 2014. An NGA-West2 empirical model for estimating the horizontal spectral values generated by shallow crustal earthquakes. Earthquake Spectra, 30(3): 1155—1177. doi: 10.1193/070613EQS195M
    Moschetti M. P. , Hartzell S. , Ramírez-Guzmán L. , et al. , 2017. 3 D Ground-motion simulations of Mw7 earthquakes on the Salt Lake City segment of the Wasatch fault zone: variability of long-period (T≥1 s) ground motions and sensitivity to kinematic rupture parameters. Bulletin of the Seismological Society of America, 107(4): 1704—1723.
    Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), 2015. NGA-east: adjustments to median ground-motion models for central and eastern North America. Berkeley: Pacific Earthquake Engineering Research Center.
    Petersen M. D., Frankel A. D., Harmsen S. C., et al., 2008. Documentation for the 2008 update of the United States national seismic hazard maps. Reston: U. S. Geological Survey.
    Petersen M. D., Moschetti M. P., Powers P. M., et al., 2014. Documentation for the 2014 update of the United States national seismic hazard maps. Reston: U. S. Geological Survey.
    Petersen M. D. , Shumway A. M. , Powers P. M. , et al. , 2020. The 2018 update of the US national seismic hazard model: overview of model and implications. Earthquake Spectra, 36(1): 5—41. doi: 10.1177/8755293019878199
    Petersen M. D. , Shumway A. M. , Powers P. M. , et al. , 2021. The 2018 update of the US national seismic hazard model: where, why, and how much probabilistic ground motion maps changed. Earthquake Spectra, 37(2): 959—987. doi: 10.1177/8755293020988016
    Powers P. M. , Rezaeian S. , Shumway A. M. , et al. , 2021. The 2018 update of the US national seismic hazard model: ground motion models in the western US. Earthquake Spectra, 37(4): 2315—2341. doi: 10.1177/87552930211011200
    Rezaeian S. , Powers P. M. , Shumway A. M. , et al. , 2021. The 2018 update of the US national seismic hazard model: ground motion models in the central and eastern US. Earthquake Spectra, 37(S1): 1354—1390.
    Shumway A., Petersen M. D., Powers P. M., et al., 2018. Additional period and site class maps for the 2014 national seismic hazard model for the conterminous United States. Reston: U. S. Geological Survey.
    Stephenson W. J. , Frankel A. D. , Odum J. K. , et al. , 2006. Toward resolving an earthquake ground motion mystery in west Seattle, Washington State: shallow seismic focusing may cause anomalous chimney damage. Geophysical Research Letters, 33(6): L06316.
    Stewart J. P. , Parker G. A. , Atkinson G. M. , et al. , 2020. Ergodic site amplification model for central and eastern North America. Earthquake Spectra, 36(1): 42—68. doi: 10.1177/8755293019878185
  • 加载中
图(5) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  122
  • HTML全文浏览量:  26
  • PDF下载量:  37
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-25
  • 刊出日期:  2023-12-01

目录

/

返回文章
返回