基于地震监测台网资料的震动图及震动烈度研究

摘要

很长一段时期以来，由于资金缺乏和技术不成熟，我国大陆地区地震监测台网建设进度缓慢，震后应急救援工作很大程度上依赖于现场调查结果。参与现场调查的人员虽然多由经验丰富的专家组成，但仍不能避免人为主观因素的制约，而且现场调查需要耗费大量的时间，对震后及时救援造成不利影响。本文中作者在借鉴美国南加州震动图及台湾地区震度图制作方法的基础上，结合福建省区域数字地震台网实际情况，提出了一套利用临近台站记录插值计算地震动时程的方法。该方法既能够比较合理的考虑由于地震动衰减造成的影响，又能较好的弥补由于台网稀疏所造成的信息缺乏。主要内容如下：
　　 ⑴地震定位及震级确定是地震学中的一个基本问题。首先基于Voronoi图原理，采用网格搜索的方法分别得到了发生于2007年3月13日的顺昌地震及发生于2007年8月29日永春地震的震中位置。结果显示本文结果具有一定精度，可用于震中位置粗略判定。提出利用首台测定震级估计实际震级的方法，并对该方法的可行性及方法的效率进行研究。研究表明，该方法切实可行。对于监测台网内发生的地震，最终震级可在10s内确定，监测台网以外发生的地震则可在1min内完成震级确定。
　　 ⑵震动图是迅速了解震后灾情的一种有效手段。由于国内地震监测台站数量较少，绝大部分地区台网分布较为稀疏，直接套用美国ShakeMap方法显然不太可能。本文利用现有台网资源，提出利用临近台站记录插值构造地震动时程的思路。从工程应用的角度出发，推导了由临近三个台站记录计算某点地震动时程的公式，并以顺昌地震记录为例对该方法进行验证分析。分析结果表明，采用本文方法的计算结果具有相当精度，能够满足一定要求。对福建地区进行网格划分，并采用该方法分别计算得到各个网格点处的地震动时程。以Is为时间间隔分别得到各间隔内的最大值分布情况，并将这些结果连续播放，从而得到一种新形式的“震动图”。“动”起来的效果更符合人们对震动的理解。同样，作者也分别列出了水平及竖直两个方向上最大值(PGA、PGV)的分布图及震动烈度分布图，对专业人员而言，这将会是最有用的。作者还分别回归分析了插值得到的峰值衰减关系及由实际记录得到的峰值衰减关系，分析结果表明以上两个衰减结果极为接近，且插值得到峰值结果很大程度由实际记录峰值控制。以上分析表明本文结果既能比较合理地考虑传播过程中的衰减又能较好的弥补由于台站分别稀疏所造成的信息欠缺，因此不失为一种可行的方法。
　　 ⑶烈度的物理指标定量化一直以来都是地震工程界广泛争论的问题。作者首先列举了美国、日本、台湾地区以及我国大陆地区普遍采用的一些烈度定量指标或烈度计算方法。在归纳总结这些方法的基础上，作者仔细对比中国地震烈度评定表及台湾地区地震烈度评定表后发现：两者在地震宏观现象的描述上存在很多相似之处，中国地震烈度评定表中Ⅰ～Ⅳ度的定量指标是没有给出的，而台湾烈度评定表中则有着详细的定量规定。因此，本文作者选取台湾烈度评定表中0～3度的定量标准作为中国地震烈度评定表Ⅰ～Ⅳ度的补充，由于只是考虑了震害要素的一个方面，为区别于其它烈度标准本文中作者将其称之为“震动烈度”，希望它能成为一个脱离人为主观影响的定量标准。随后，作者采用此标准分别分析了顺昌地震、永春地震以及2008年3月6日福建古田地震的震动烈度分布。分析结果表明，本文方法能够比较合理的考虑由于地震动衰减引起的震动烈度衰减，而且与现场调查结果较为接近。作为震动烈度的简单应用，作者以收集到的福建省72个大中型水库为例，通过插值计算分别得到各处的震动烈度并与其抗震设防烈度进行比较，以此作为判定该处水库震后是否会发生破坏的标准。以上这些分析表明，本文提出的震动烈度标准具有简单快速的特点，可用于一些实际工作中。