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科研工作
甘肅積石山6.2級地震——震后科技應急工作簡報
發(fā)布時間： 2023-12-22 點擊數(shù)量：40232023年12月18日23時59分，在甘肅省臨夏州積石山縣(北緯35.7度，東經(jīng)102.79度)發(fā)生6.2級地震，震源深度10公里。地震發(fā)生后，中國地震局工程力學研究所立即啟動震后科技應急處置預案，開展了地震動特征、地震動強度高形成機理和地震動破壞機理研究，從三方面分析此次地震震級不高但地震災害重的原因。
1.地震動特征分析
工力所強震動觀測中心共收集距震中100公里范圍內(nèi)57個實時強震儀和182個實時烈度儀的加速度觀測記錄。提取了記錄的峰值加速度（Peak Ground Acceleration，PGA）。圖1為臺站的水平向峰值加速度分布圖，其中烈度儀GS.N0028距震中12.3公里，峰值加速度高達1.1 g（g為重力加速度），遠超過當?shù)乜拐鹪O計基本地震動峰值加速度；計算的儀器地震烈度為9.2度，遠大于烈度儀所在區(qū)域的抗震設防烈度。其余各站點加速度、速度記錄及反應譜等數(shù)據(jù)分析圖表均可見中國地震局工程力學研究所 應急產(chǎn)出：甘肅積石山6.2級地震（第2報） (iem.ac.cn)，供進一步參考。
圖1 峰值加速度空間分布圖
對比分析了此次地震的地震動參數(shù)（儀器地震烈度、峰值加速度PGA和峰值速度PGV）與我國2015版地震動參數(shù)區(qū)劃圖地震動衰減關系的估計值、2022年四川瀘定6.8級地震、2021年云南漾濞6.4級地震的地震動參數(shù)差別（見圖2）。整體上，儀器地震烈度和峰值加速度明顯高于2015版地震動參數(shù)區(qū)劃圖中地震動衰減關系的估計值；此次地震的地震動與震級更大的瀘定6.8級地震的地震動較為接近，明顯大于漾濞6.4級地震的地震動。對比地震動參數(shù)與美國NGA-West 2 衰減關系（見圖3），峰值加速度高于NGA-West 2衰減關系中位值，峰值速度與衰減關系中位值較為接近，表明此次地震地震動的高頻能量顯著。
2.地震動強度高形成機理初步分析
針對此次地震記錄呈現(xiàn)的高異常峰值，從震源機制分析其形成機理。以往研究和震害調(diào)查經(jīng)驗表明，造成高異常峰值的主要原因包括：震源的高應力降及特殊的地下介質(zhì)屬性。基于以往研究工作，我們分析了此次地震震源的應力降。初步結(jié)果表明，此次地震震源區(qū)對應的平均應力降為90-150 bar左右（見圖4），高于全球歷史地震平均應力降水平(30 bar),這與謝志南課題組前期估計蘆山主震逆沖型地震主破裂區(qū)平均應力降水平(90-150 bar)大致相當。因此，此次地震觀測到的高異常峰值現(xiàn)象，從震源的角度可以初步歸結(jié)為發(fā)震震源的高應力降。
圖4 不同發(fā)震震源應力降估計值對應的實測與模擬記錄譜加速度圖
進一步，我們結(jié)合震源反演初步結(jié)果，采用USTClitho2.0公共波速結(jié)構(gòu)模型（見圖5）和確定性地震動模擬技術(shù)，初步再現(xiàn)地震動場的時空發(fā)育過程。我們采用了歷史統(tǒng)計得到的破裂時間過程函數(shù)，同時考慮了此次地震應力降高的特性。圖6給出了模擬的水平向和豎向峰值速度空間分布。從模擬結(jié)果可以看出，盡管沒有考慮地表土體對地面運動速度的放大作用，模擬值偏低，但模擬結(jié)果與烈度儀實測峰值速度場大致吻合。為此，進一步確定了發(fā)震震源的高應力降是造成此次地震記錄高異常峰值普遍存在的主要原因。
圖5 區(qū)域介質(zhì)波速模型與有限元模型
圖6 模擬地震動峰值速度場
3.地震動破壞機理初步分析
根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，大河家鎮(zhèn)、劉集鄉(xiāng)、石塬鎮(zhèn)、關家川鄉(xiāng)、吹麻灘鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)震害嚴重。對此，我們對以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)附近的強震動記錄進行了分析。首先，由儀器烈度分布圖（如圖7）可知，上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)均位于高儀器地震烈度區(qū)（見表1）。
圖7 臺站分布及儀器烈度等震線圖
其次，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）中給定的設防水準，劉集鄉(xiāng)基本設防烈度為7度，對應的峰值加速度為0.1g。然而，劉集鄉(xiāng)附近的臺站GS.B002B加速度反應譜遠超9度罕遇地震設計反應譜（見圖8）。此次地震震中范圍農(nóng)居多為低矮建筑，基本周期大約0.1秒到0.5秒之間，恰好處于抗震設計反應譜最大值平臺段，地震動幅值大，短周期能量高，可能是導致積石山縣尤其震中附近大河家鎮(zhèn)、劉集鄉(xiāng)、柳溝鄉(xiāng)民居房屋倒塌破壞的主要原因。
圖8 GS.N002B臺站記錄的反應譜與設計譜對比圖
地震動引起的慣性作用是造成房屋建筑破壞的主要原因，地震動與震級大小密切相關，但并非震級小地震動強度就小。地震動強度還與震源機制、震中距、場地條件以及臺站的方位角等密切相關。積石山6.2級地震的地震動強度比以往同震級要大，加之震中附近農(nóng)居抗震能力偏弱，導致了較為嚴重的破壞。同時，此次地震具有典型的農(nóng)村地區(qū)“小震致災、中震大災、大震巨災”的地震災害特點。
