2014年景谷MS6.6地震及其强余震强震动观测记录及初步分析
崔建文 刘琼仙 段建新 林国良 杨藜薇 徐硕 李世成 包一峰 段洪杰 高东
摘要：2014年10月7日云南景谷发生MS6.6地震，中国数字强震动台网（NSMONS）的40个台站（阵）获取了主震的强震动记录。位于极震区永平镇的强震动台站完整记录了地震动时程，其北南向PGA为627.1cm/s2，该台站周边多栋教学楼破坏严重，与记录所反映的强烈震动程度相吻合。12月6日主震区再次发生MS5.8、5.9强余震，NSMONS的多个台站（阵）及布设于震区的强震动流动台站获取了两次地震强震动记录。首先介绍获取强震动观测记录，接着对其强震动特征进行初步分析，最后对比分析景谷地震与鲁甸地震强震动的差异及影响。
关键词：强震动观测记录；强余震；景谷地震；鲁甸地震
中图分类号：P315.9 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）02-0308-08
0 前言
2014年10月7日21时49分，云南景谷发生Ms6.6地震，震中位置为（23.4°N、100.5°E），震源深度5km。中国数字强震动台网（NationalStory Motion Observation Network System，简称NSMONS）（周雍年，2006；Li et al，2008；崔建文等，2006a）布设于云南地区的40多个强震动台站获取了MS6.6主震记录，位于极震区永平镇强震动台站记录的最大PGA达627.1cm/s2。震后近两个月，12月6日震区内再次发生MS5.8、5.9两次强余震，NSMONS多个台站和震区布设的强震动流动台站也记录了两次地震的强震动。MS6.6主震虽然较近两个月前发生的鲁甸MS6.5地震震级略大，震源深度更浅，但震区震害程度却较轻，这固然与两个震区建筑物特征、地貌环境差异有关，但两次地震地震动特征差异也是主要的因素。
1 强震动观测台站及其记录的强地面运动
景谷地震发生在川滇菱形块体西南侧呈北西走向的兰坪一思茅地块中，在景谷震区100km范围内，历史上曾发生过16次5级以上地震，11次6级以上地震，3次7级以上地震，时间上最近的一次地震为2007年6月3日发生的宁洱MS6.4地震。鉴于断裂活动强烈、强震频发的特征，该地区成为了NSMONS重点监控区域，布设了多个强震动台站，并在台站建设时，进行了相应的场地勘察和现场原位剪切波速测试。表1给出了MS6.6地震记录中PGA>70cm/s2的3个台站的场地情况（李正光等，2013）。
地震发生后，云南省地震局在震区开展了强震动流动观测，这些流动观测台站与NSMONS台站一起获取了MS5.8、5.9两次强余震记录。获取MS6.6地震强震动记录的台站中，震中距最小（6.9km）的台站为位于震中的景谷永平镇强震动台；震中距最大（298km）的台站为位于云南省地震局大楼的强震动结构观测台阵。图1为获取记录的台站、主震后布设的流动观测台站分布及MS6.6、MS5.9、MS5.8三次地震PGA等值线分布，表2是获取MS6.6主震及MS5.8、5.9两次强余震记录中PGA>10cm/s2的台站参数和峰值加速度值，图2是3次地震中震中距小于100km的台站记录到的北南向地震动加速度时程。
2 地震动特征
2.1 衰减
采用如下的地震动衰减模型拟合景谷地震主震的PGA：
lgY=A+BM+Clg（R+10）. （1）式中，Y为PGA，M=6.6为主震震级，R为震中距，A、B、C为回归系数，对于水平向地震动，采用两个水平向的几何平均，拟合结果见图3。
图3中同时给出了鲁甸MS6.5地震PGA变化曲线和崔建文等（2006b）统计的该地区地震动衰减规律。相对于鲁甸MS6.5地震，景谷MS6.6地震的水平向PGA衰减要缓慢一些，但竖向PGA衰减更快。根据崔建文等（2006b）的研究结果，在近场区（R<10km）景谷MS6.6地震的统计结果与实测结果相差较大，当R>30km后，统计结果与实测结果吻合较好，这与鲁甸MS6.5地震情况相同（崔建文等，2014）。
2.2 反应谱
图4给出了景谷永平镇强震动台记录的加速度反应谱，其中水平向反应谱为两个水平向的合成。水平向地震动周期主要在0.1～0.5s之间，而竖向地震动的频率分布比水平向窄很多，介于0.1～0.2s之间。图4还同时给出了鲁甸MS6.5地震中龙头山强震动台记录的地震动水平向合成加速度反应谱和景谷地区的设计反应谱（建筑抗震设计规范，GB 50011-2010）。永平台的地震动反应谱远大于设计反应谱，已经超过了建筑物抗震设计标准，这与景谷地震对永平镇建筑物造成实际破坏情况相符。在强度和频谱宽度上，鲁甸龙头山强震动台地震动反应谱比景谷永平强震动台地震动反应谱大许多，并且景谷地区设计反应谱地震影响系数最大值也大于鲁甸地区设计反应谱，即按抗震设计规范设计的永平镇的建筑物，具有比龙头山镇更好的抗震能力。因此，在鲁甸MS6.5地震的作用下，龙头山镇遭受到更严重的破坏。
2.3 时频特征
地震动时频分析是备受关注的一个热点，并取得了较大的研究进展（方嘉治等，2012；刘伟等，2015）。S变换（Stockwell et al，1996）是一种在时间域和频率域都可以获得较好分辨率的时频分析技术。在Stockwell等（1996）研究的基础上，Pinnegar和Mansinha（2004）发展了复窗的S变化，进一步提高了时频变化的分辨率（樊剑等，2008）。图5a为永平强震动台记录的景谷MS6.6主震北南向地震动的时频分布和相应加速度时程，地震动的能量主要分布在2～10Hz、3～6s（相对时间）之间，集中在4Hz附近，在4s和5s（相对时间）分别有两次强作用：图5b是MS5.9强余震北南向地震动的时频分布，地震动能量主要分布在1～7Hz、2～3s（相对时间）之间，在2.5s（相对时间）处有一次强作用；图5c是MS5.8强余震北南向地震动的时频分布，从图中可以看到，地震动能量主要分布在2～15Hz、3～8s（相对时间）之间，在多个时间点上有强作用。对比3个时频分布图，可以看到其有较大的差异，MS6.6和MS5.9地震的能量集中度比MS5.8要高得多，尤其是MS5.9地震的大部分能量集中在1s内释放，并出现了较大振幅的低频振动。由于是同一台站同一方向的记录，这些差异应是震源特征的差异所致，反映出3次地震在震源机制上存在差异。
2.4 地震动分布
由强震动观测记录快速确定震区地震动强度（烈度）分布，是20世纪90年代以来强震动观测的一个重要应用。在景谷地震中，震区强震动台站获取了观测记录，针对这些记录，直接采用surfer软件（黄梦龙，2012）绘制地震动强度（烈度）的分布。
图1显示了景谷主震及两个强余震水平向合成PGA的等值线图，在震区，台站不仅数量较少，且分布极不均匀，直接由强震动记录绘制PGA等值线，在没有台站的地方，这种台站分布的不均匀将导致等值线呈现出不受限制的凸出，然而尽管台站数量少、分布严重不均匀，但PGA等值线总体上还是反映出地震动强度的分布。
图6是采用中国地震局监测司发布的《仪器地震烈度计算暂行规程》计算的景谷MS6.6主震地震烈度分布，图中也给出了现场考察烈度。如果直接采用台站记录绘制烈度图，烈度等震线将以永平强震动台为中心点，但实际上，在中强地震时，多数情况下，震中处的烈度应该最高。因此，在计算出的烈度基础上，增加一个震中点，假设其烈度为Ⅷ。对比仪器烈度和考察烈度的分布，可以看到，两者之间有一个错位，现场烈度分布更偏向于人口密集区。现场考察结果主要通过建筑物的破坏等情况来评定，因此人口密集也就意味着建筑物密集，这种建筑物密集会影响烈度考察结果，但两者等震线区域面积相近，说明通过强震动记录能够较好地勾绘地震烈度的分布。
图7是主震和两次强余震的仪器烈度分布。计算两个余震烈度时将震中烈度假设为Ⅷ，可以看到，两个余震仪器烈度的展布方向与主震有差异，两个余震之间也有差异。在余震仪器烈度中使用了震区流动台的资料，相比主震而言，台站的数量更多、分布也更合理，因此，仪器烈度展布特征的差异是由震源机制还是台站数据差异所引起的，需进行进一步的分析。对于强余震而言，由于其位于主震震区内，不可能采用人工调查的方式获取地震烈度分布，因此当余震震级较大时，如何描述余震的震害是个问题，而这一问题可利用强震动观测记录解决。
3 结论与讨论
在景谷MS6.6地震发生后，中国数字强震动台网的40多个台站记录到近、中、远场地震动时程，为该地震多方面的分析研究提供了数据基础。地震发生后，云南省地震局在震区布设了6个流动强震动台站，随后发生了MS5.8、MS5.9两次强余震，这些流动台与原有的强震动台站一起，在近场获取了地震动时程记录。
景谷MS6.6地震发生在鲁甸MS6.5地震后两个月，在震级上大于鲁甸地震，但两次地震造成的破坏相差甚远，这固然与景谷地区和鲁甸地区不同的地形地貌特征有关，也与城镇所遭受的强地震动作用的差异有关。本文的反应谱对比分析反映出鲁甸地震龙头山镇遭受的地震作用远大于景谷地震距震中最近的永平镇所遭受的地震作用。
这次地震产生的地震动也具有衰减快的特点，与以往统计的地震动衰减规律有较大的偏离，其原因可能在于以往由于缺乏近场强震动观测资料，地震动衰减关系不能很好地反映近场地震动特征。
对景谷MS6.6主震和两次MS6.6、MS5.8强余震观测记录时频分析显示出3个记录的时频特性有较大的差异，MS6.6和MS5.8地震的记录能量相对分布在较宽的一个时间区域上，而MS5.9地震的记录则集中在一秒内。MS6.6和MS5.9地震记录的卓越频率集中在5Hz附近，而MS5.8地震则主要在10Hz附近。这种时频特性的差异反映出这3次地震的震源机制不同。
虽然震区的强震动台站较少，且分布严重不均，但直接采用surfer软件绘制加速度PGA等值线图以及地震烈度仍可以较好地反映地震动的影响场。但主震仪器烈度等震线与实际考察烈度等震线在位置上有一个偏移，这种偏移是否与当地居民点的分布有关，值得探讨。对于强余震的震害评估而言，由于现场考察的方法受限，而通过强震动的记录仪器烈度，可很好地解决这一问题。
摘要：2014年10月7日云南景谷发生MS6.6地震，中国数字强震动台网（NSMONS）的40个台站（阵）获取了主震的强震动记录。位于极震区永平镇的强震动台站完整记录了地震动时程，其北南向PGA为627.1cm/s2，该台站周边多栋教学楼破坏严重，与记录所反映的强烈震动程度相吻合。12月6日主震区再次发生MS5.8、5.9强余震，NSMONS的多个台站（阵）及布设于震区的强震动流动台站获取了两次地震强震动记录。首先介绍获取强震动观测记录，接着对其强震动特征进行初步分析，最后对比分析景谷地震与鲁甸地震强震动的差异及影响。
关键词：强震动观测记录；强余震；景谷地震；鲁甸地震
中图分类号：P315.9 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）02-0308-08
0 前言
2014年10月7日21时49分，云南景谷发生Ms6.6地震，震中位置为（23.4°N、100.5°E），震源深度5km。中国数字强震动台网（NationalStory Motion Observation Network System，简称NSMONS）（周雍年，2006；Li et al，2008；崔建文等，2006a）布设于云南地区的40多个强震动台站获取了MS6.6主震记录，位于极震区永平镇强震动台站记录的最大PGA达627.1cm/s2。震后近两个月，12月6日震区内再次发生MS5.8、5.9两次强余震，NSMONS多个台站和震区布设的强震动流动台站也记录了两次地震的强震动。MS6.6主震虽然较近两个月前发生的鲁甸MS6.5地震震级略大，震源深度更浅，但震区震害程度却较轻，这固然与两个震区建筑物特征、地貌环境差异有关，但两次地震地震动特征差异也是主要的因素。
1 强震动观测台站及其记录的强地面运动
景谷地震发生在川滇菱形块体西南侧呈北西走向的兰坪一思茅地块中，在景谷震区100km范围内，历史上曾发生过16次5级以上地震，11次6级以上地震，3次7级以上地震，时间上最近的一次地震为2007年6月3日发生的宁洱MS6.4地震。鉴于断裂活动强烈、强震频发的特征，该地区成为了NSMONS重点监控区域，布设了多个强震动台站，并在台站建设时，进行了相应的场地勘察和现场原位剪切波速测试。表1给出了MS6.6地震记录中PGA>70cm/s2的3个台站的场地情况（李正光等，2013）。
地震发生后，云南省地震局在震区开展了强震动流动观测，这些流动观测台站与NSMONS台站一起获取了MS5.8、5.9两次强余震记录。获取MS6.6地震强震动记录的台站中，震中距最小（6.9km）的台站为位于震中的景谷永平镇强震动台；震中距最大（298km）的台站为位于云南省地震局大楼的强震动结构观测台阵。图1为获取记录的台站、主震后布设的流动观测台站分布及MS6.6、MS5.9、MS5.8三次地震PGA等值线分布，表2是获取MS6.6主震及MS5.8、5.9两次强余震记录中PGA>10cm/s2的台站参数和峰值加速度值，图2是3次地震中震中距小于100km的台站记录到的北南向地震动加速度时程。
2 地震动特征
2.1 衰减
采用如下的地震动衰减模型拟合景谷地震主震的PGA：
lgY=A+BM+Clg（R+10）. （1）式中，Y为PGA，M=6.6为主震震级，R为震中距，A、B、C为回归系数，对于水平向地震动，采用两个水平向的几何平均，拟合结果见图3。
图3中同时给出了鲁甸MS6.5地震PGA变化曲线和崔建文等（2006b）统计的该地区地震动衰减规律。相对于鲁甸MS6.5地震，景谷MS6.6地震的水平向PGA衰减要缓慢一些，但竖向PGA衰减更快。根据崔建文等（2006b）的研究结果，在近场区（R<10km）景谷MS6.6地震的统计结果与实测结果相差较大，当R>30km后，统计结果与实测结果吻合较好，这与鲁甸MS6.5地震情况相同（崔建文等，2014）。
2.2 反应谱
图4给出了景谷永平镇强震动台记录的加速度反应谱，其中水平向反应谱为两个水平向的合成。水平向地震动周期主要在0.1～0.5s之间，而竖向地震动的频率分布比水平向窄很多，介于0.1～0.2s之间。图4还同时给出了鲁甸MS6.5地震中龙头山强震动台记录的地震动水平向合成加速度反应谱和景谷地区的设计反应谱（建筑抗震设计规范，GB 50011-2010）。永平台的地震动反应谱远大于设计反应谱，已经超过了建筑物抗震设计标准，这与景谷地震对永平镇建筑物造成实际破坏情况相符。在强度和频谱宽度上，鲁甸龙头山强震动台地震动反应谱比景谷永平强震动台地震动反应谱大许多，并且景谷地区设计反应谱地震影响系数最大值也大于鲁甸地区设计反应谱，即按抗震设计规范设计的永平镇的建筑物，具有比龙头山镇更好的抗震能力。因此，在鲁甸MS6.5地震的作用下，龙头山镇遭受到更严重的破坏。
2.3 时频特征
地震动时频分析是备受关注的一个热点，并取得了较大的研究进展（方嘉治等，2012；刘伟等，2015）。S变换（Stockwell et al，1996）是一种在时间域和频率域都可以获得较好分辨率的时频分析技术。在Stockwell等（1996）研究的基础上，Pinnegar和Mansinha（2004）发展了复窗的S变化，进一步提高了时频变化的分辨率（樊剑等，2008）。图5a为永平强震动台记录的景谷MS6.6主震北南向地震动的时频分布和相应加速度时程，地震动的能量主要分布在2～10Hz、3～6s（相对时间）之间，集中在4Hz附近，在4s和5s（相对时间）分别有两次强作用：图5b是MS5.9强余震北南向地震动的时频分布，地震动能量主要分布在1～7Hz、2～3s（相对时间）之间，在2.5s（相对时间）处有一次强作用；图5c是MS5.8强余震北南向地震动的时频分布，从图中可以看到，地震动能量主要分布在2～15Hz、3～8s（相对时间）之间，在多个时间点上有强作用。对比3个时频分布图，可以看到其有较大的差异，MS6.6和MS5.9地震的能量集中度比MS5.8要高得多，尤其是MS5.9地震的大部分能量集中在1s内释放，并出现了较大振幅的低频振动。由于是同一台站同一方向的记录，这些差异应是震源特征的差异所致，反映出3次地震在震源机制上存在差异。
2.4 地震动分布
由强震动观测记录快速确定震区地震动强度（烈度）分布，是20世纪90年代以来强震动观测的一个重要应用。在景谷地震中，震区强震动台站获取了观测记录，针对这些记录，直接采用surfer软件（黄梦龙，2012）绘制地震动强度（烈度）的分布。
图1显示了景谷主震及两个强余震水平向合成PGA的等值线图，在震区，台站不仅数量较少，且分布极不均匀，直接由强震动记录绘制PGA等值线，在没有台站的地方，这种台站分布的不均匀将导致等值线呈现出不受限制的凸出，然而尽管台站数量少、分布严重不均匀，但PGA等值线总体上还是反映出地震动强度的分布。
图6是采用中国地震局监测司发布的《仪器地震烈度计算暂行规程》计算的景谷MS6.6主震地震烈度分布，图中也给出了现场考察烈度。如果直接采用台站记录绘制烈度图，烈度等震线将以永平强震动台为中心点，但实际上，在中强地震时，多数情况下，震中处的烈度应该最高。因此，在计算出的烈度基础上，增加一个震中点，假设其烈度为Ⅷ。对比仪器烈度和考察烈度的分布，可以看到，两者之间有一个错位，现场烈度分布更偏向于人口密集区。现场考察结果主要通过建筑物的破坏等情况来评定，因此人口密集也就意味着建筑物密集，这种建筑物密集会影响烈度考察结果，但两者等震线区域面积相近，说明通过强震动记录能够较好地勾绘地震烈度的分布。
图7是主震和两次强余震的仪器烈度分布。计算两个余震烈度时将震中烈度假设为Ⅷ，可以看到，两个余震仪器烈度的展布方向与主震有差异，两个余震之间也有差异。在余震仪器烈度中使用了震区流动台的资料，相比主震而言，台站的数量更多、分布也更合理，因此，仪器烈度展布特征的差异是由震源机制还是台站数据差异所引起的，需进行进一步的分析。对于强余震而言，由于其位于主震震区内，不可能采用人工调查的方式获取地震烈度分布，因此当余震震级较大时，如何描述余震的震害是个问题，而这一问题可利用强震动观测记录解决。
3 结论与讨论
在景谷MS6.6地震发生后，中国数字强震动台网的40多个台站记录到近、中、远场地震动时程，为该地震多方面的分析研究提供了数据基础。地震发生后，云南省地震局在震区布设了6个流动强震动台站，随后发生了MS5.8、MS5.9两次强余震，这些流动台与原有的强震动台站一起，在近场获取了地震动时程记录。
景谷MS6.6地震发生在鲁甸MS6.5地震后两个月，在震级上大于鲁甸地震，但两次地震造成的破坏相差甚远，这固然与景谷地区和鲁甸地区不同的地形地貌特征有关，也与城镇所遭受的强地震动作用的差异有关。本文的反应谱对比分析反映出鲁甸地震龙头山镇遭受的地震作用远大于景谷地震距震中最近的永平镇所遭受的地震作用。
这次地震产生的地震动也具有衰减快的特点，与以往统计的地震动衰减规律有较大的偏离，其原因可能在于以往由于缺乏近场强震动观测资料，地震动衰减关系不能很好地反映近场地震动特征。
对景谷MS6.6主震和两次MS6.6、MS5.8强余震观测记录时频分析显示出3个记录的时频特性有较大的差异，MS6.6和MS5.8地震的记录能量相对分布在较宽的一个时间区域上，而MS5.9地震的记录则集中在一秒内。MS6.6和MS5.9地震记录的卓越频率集中在5Hz附近，而MS5.8地震则主要在10Hz附近。这种时频特性的差异反映出这3次地震的震源机制不同。
虽然震区的强震动台站较少，且分布严重不均，但直接采用surfer软件绘制加速度PGA等值线图以及地震烈度仍可以较好地反映地震动的影响场。但主震仪器烈度等震线与实际考察烈度等震线在位置上有一个偏移，这种偏移是否与当地居民点的分布有关，值得探讨。对于强余震的震害评估而言，由于现场考察的方法受限，而通过强震动的记录仪器烈度，可很好地解决这一问题。
