吉林松原MS5.7、MS5.1地震强震动记录特征分析

徐钦　陈琳荣　张宇　王文才　石文兵

摘要：2018年5月28日和2019年5月18日在吉林省松原市先后发生MS5.7和MS5.1地震，对吉林省和黑龙江省强震动台网收集的24组地表强震动记录进行整理、基线校正和滤波等常规处理，分析2次地震记录的幅值、加速度反应谱特征，结果表明：①2次地震记录多为中远场（100 km以外），近场记录较少;②MS5.7地震事件中获得的强震动记录PGA范围为2.25～192.30 gal，MS5.1地震事件中获得的强震动记录PGA范围为1.08～176.92 gal，最大PGA均由风华台获取;③将PGA观测值与第五代《中国地震动参数区划图》（中强地震区）地震动衰减关系进行了对比发现垂直向和预测值吻合度较高;④比较获取记录仪器烈度和地震调查烈度，达里巴台与调查烈度值完全吻合;最后对典型台站2次地震反应谱和设计谱进行了分析发现，MS5.7长周期分量大于MS5.1;⑤同一台站不同震级反应谱形状接近，且高频优于低频。

关键词：松原地震;强震动记录;反应谱;衰减关系;强震动观测

中图分类号：P315.914 文献标志码：A 文章编号：1000-0666（2019）04-0627-08

0 引言

2018年5月28日1时50分，吉林省松原市宁江区（45.27°N，124.71°E）发生MS5.7地震，震源深度13 km。此次地震发生在松辽断陷盆地中央沉降带内，位于NE向松原（扶余）—肇东断裂带和NW向第二松花江断裂带交汇部位。截至2018年6月13日共记录到地震823次，最大余震为2018年5月29日14时36分ML4.2地震（盘晓东等，2018）。2019年5月18日6时24分吉林省松原市宁江区（45.30°N，124.75°E）发生MS5.1地震，震源深度10 km，本次地震震中距2018年5月28日MS5.7地震震中4.6 km，距松原市19 km，距长春市171 km。东北地区地震活动性较弱，对该区强震动记录的分析可为我国东北地区地震动特征和工程震害调查提供参考资料。张仁鹏和雷焕珍（2017）、李永振（2011）曾对吉林省2013年和2009年地震获得的强震动记录进行了初步分析，从地震动特征角度解释了松原地震地面运动较强烈而震害相对较轻的原因。本文在分析总结MS5.7和MS5.1地震加速度记录特征的基础上，对比研究2次地震仪器烈度与调查烈度、加速度幅值、衰减特性以及反应谱特性，了解2次地震的異同。

1 强震动记录的收集与处理

吉林省强震动台网由15个强震动台站组成，“十五”期间建设并投入使用的强震动台有10个，主要沿“公主岭—长春—德惠—榆树”沿线分布;依托中国地震背景场探测项目建设完成的有5个强震动台，主要沿“长春—松原”一线分布（张仁鹏，雷焕珍，2017）。黑龙江省强震动台网由13个强震动台站组成，其中“十五”期间建设有8个强震动台，中国地震背景场探测项目建设有5个强震动台。这两次地震与上述强震台震中距100～200 km，近场记录较少，触发台站分布见图1。其中吉林省强震动台网获取MS5.7地震11组33条记录、MS5.1地震11组33条记录;黑龙江省强震动台网获取MS5.7地震2组6条记录。

对获取的记录进行基线校正、滤波等常规数据处理（于海英等，2009）：①先计算原始加速度记录前时间记录的平均值，然后将原始加速度记录数据减去事前记录平均值，对个别有零线漂移的加速度记录作调整，消除对时程的影响。②对于零线进行调整之后的加速度记录，利用Butterworth数字滤波器进行双向高通滤波，低频截止频率的下限取该记录时长倒数的2倍，根据谢礼立等（1983）和周宝峰（2012）的研究，高频截止频率对强震动记录位移时程基线偏移的影响很小，考虑到抗震结构设计中比较感兴趣的频带范围，本文高频截止频率取35 Hz。③对于滤波之后加速度记录作积分，求出速度与位移时程，对于后者运用最小二乘法调整零线来消除线性趋势，通过分析计算出MS5.7，MS5.1地震典型强震记录的基本信息及相关参数，见表1，2，采用式（1）计算合成水平向加速度记录，采用式（3）计算水平向加速度峰值。利用式（2）计算合成水平方向速度记录，利用式（4）计算水平方向速度峰值，具体计算公式如下：

2 仪器烈度

根据《吉林松原5.7级地震烈度图》（吉林省地震局，2018），MS5.7地震的最大烈度为Ⅶ度，Ⅵ度和Ⅶ度烈度区呈椭圆型分布，椭圆长轴总体呈NE走向，Ⅵ度及以上区域总面积为1 037 km2。Ⅶ度区主要涉及吉林省松原市宁江区毛都站镇、伯都乡、新城乡和前郭县平凤乡，面积为157 km2。Ⅵ度区主要涉及吉林省松原市宁江区毛都站镇、伯都乡、新城乡、大洼镇、兴原乡和前郭县平凤乡、长山镇、达里巴乡，以及黑龙江省大庆市肇源县极少部分无居民点地区，面积为880 km2。此外，位于Ⅵ度区之外的部分地区也受到波及，部分老旧房屋出现破坏受损现象。根据《仪器地震烈度计算暂行规程》（中国地震局监测预报司，2015）计算此次地震的仪器烈度，并与《吉林松原5.7级地震烈度图》进行对比可见，22DLB台位于Ⅵ度区，仪器烈度与调查烈度值完全吻合，除22FHT台为Ⅵ度，其余台站仪器烈度均为IV度及以下，未进入公布的烈度圈内。

根据《吉林松原5.1级地震烈度图》（吉林省地震局，2019），MS5.1地震最大烈度Ⅵ度，Ⅵ度区等震线长轴总体呈NE走向，长轴半径约11 km，短轴半径约7 km，总面积237 km2。Ⅵ度区主要涉及吉林省松原市宁江区毛都站镇、伯都乡、新城乡和前郭县平凤乡。根据中国地震局仪器烈度计算暂行规程（中国地震局，2015）计算此次地震的仪器烈度，并与《吉林松原5.1级地震烈度图》对比，触发台站均未进入公布的烈度圈内。该烈度图只绘制了Ⅵ度区域，强震动记录22FHT台仪器烈度为Ⅵ度并未包含在烈度区内，因为震后烈度调查资料是一定区域内平均或延伸，而强震数据只是个别点上的数据，二者具有差异性（马强等，2014），若进一步针对该强震动台站场地等周边环境进行调查，可降低统计关系的离散性。

3 幅值特征

3.1 加速度幅值特征

MS5.7地震获得的强震动记录 PGA为2.25～192.30 gal，震中距为15.46～195.83 km。最大PGA由22FHT臺EW向获取，震中距为24.97 km，其次是22DLB台垂直向（165.97 gal），震中距为15.46 km。MS5.7地震触发台站在NW向第二松花江断裂带EN方向的台站相似震中距PGA整体大于EW向，该特性与《吉林松原5.7级地震烈度图》的烈度圈分布走向一致，是否与场地效应有关需要根据台站钻孔资料等做进一步分析。

MS5.1地震获得的强震动记录 PGA为1.08～176.92 gal，震中距为20.57～199.08 km。最大PGA由22FHT台SN向获取，震中距为20.57 km，其次是22BDT台EW向（41.02 gal），震中距为47.09 km。当震中距约为50 km时，PGA衰减到大约41 gal，衰减约76%，震中距大于50 km，随震中距增大PGA逐步衰减直至降为零，基本不再会对人和建筑物造成危险和破坏。此外，MS5.1地震基岩场地22JYT台的PGA明显低于相似震中距的台站，同样特性在九寨沟MS7.0地震中也有所表现（徐钦等，2018），由此可见局部场地条件对PGA有相当大的影响。

2次地震获得的强震动记录PGA整体随震中距的增大而快速衰减，同一震中距（或震中距基本相等）的22SHJ台PGA均大于22DHT台、22DSJ台，且递减规律一致，该特性可能与当地的场地条件和地震传播特性有关，需作进一步研究。典型台站时程曲线如图2，3所示。

3.2 幅值衰减特征

选用《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）（闻满华，2017）中强地震区（包含东北地震区、鄂尔多斯带、长江中游带、右江带）分区衰减关系（俞言祥等，2013）对比研究此次地震的PGA幅值衰减特征，衰减关系模型为：

lgY=A+BM+Clg（R+DeEM）（5）

式中：Y为地震动参数（加速度峰值）;M为面波震级;R为震中距;A，B，C，D和E为回归系数。图4，5是2次地震PGA观测值和和预测衰减关系对比。

2次地震均表现出UD向观测值和预测值吻合度高，100 km内全部在预测区间内，MS5.7地震的UD向观测值比MS5.1地震衰减要缓慢一些;水平向二者观测值和预测值差值较大，MS5.7地震在近场与预测值吻合较好，MS5.1地震观测值与预测值相差较大，整体大于预测值。

4 加速度反应谱特征

4.1 与设计反应谱比较

选取MS5.7地震震中距最小的22DLB台和MS5.1震中距最小的22FHT台加速度反应谱与该台站所在地设计反应谱（建筑设计抗震规范，GB 50011—2010）进行比较，如图6，7所示：MS5.7的NS，EW向加速度反应谱高于Ⅷ度多遇地震，EW向反应谱高于Ⅶ度罕遇，MS5.1地震的NS，EW向加速度反应谱超过Ⅷ度多遇地震小于Ⅷ度罕遇地震，NS向反应谱超过Ⅶ度罕遇。

MS5.7和MS5.1地震的反应谱形状相近，反应谱峰值周期均在0.3 s以内，卓越平台窄，EW向反应谱在对应设计谱特征周期（Tg=0.45 s）之前衰减迅速。对比2次地震的反应谱发现，MS5.7低频分量大于MS5.1，MS5.7地震反应谱平台值更大。2次地震发生1 s后反应谱峰值达到1 m/s2以下甚至接近于0，因此不会对自振较长的大坝、桥梁、高层及超高层建筑造成严重破坏，对该地区非设防结构，低矮短周期结构破坏较大（张苏平等，2017）。

4.2 同一台站不同震级对比

选取22FHT和22BDT这2个台站，分别对其2次地震加速度反应谱进行对比分析，由于震级接近，2台站2次地2次地震反应谱曲线形状基本相似，高频分量优于低频。22FHT台的反应谱峰值MS5.7地震在0.1 s以后高于MS5.1地震，但22BDT台NS 向MS5.7地震的反应谱整体低于MS5.1地震。

本节所涉及到的加速度反应谱均为阻尼比为5%的单自由度弹性反应谱（Sa）。

5 结论

本文对吉林松原宁江区2018年5月28日发生的MS5.7地震和2019年5月18日MS5.1地震获取的强震动观测记录进行整理、基线校正和滤波等常规处理，在分析加速度记录特征的基础上，对比研究2次地震仪器烈度与调查烈度、加速度幅值以及衰减特性、加速度反应谱特性。得到以下主要结论：

（1）2次地震记录多为中远场（100 km以外），近场记录较少。MS5.7地震事件中获得的强震动记录 PGA范围为2.25～192.30 gal，震中距15.46～195.83 km。最大PGA由22FHT台EW向获取，震中距为24.97 km。MS5.1地震事件中获得的强震动记录PGA范围为1.08～176.92 gal，震中距20.57～199.08 km。最大PGA由22FHT台NS向获取，震中距为20.57 km。

（2）与第五代《中国地震动参数区划图》中的分区（中强地震区）地震动衰减关系对比发现，2次地震均表现出UD向和预测值吻合度高，水平向整体观测值和预测值差值较大的特点，MS5.7地震在近场与预测值吻合较好。

（3）对比分析了2次地震的仪器烈度和调查烈度发现，MS5.7地震中22DLB台位于Ⅵ度区，仪器烈度与调查烈度值完全吻合，其余台站均未进入公布的烈度圈内。

（4）對比2次地震震中距最近的台站反应谱与抗震设计谱发现，MS5.7地震的长周期分量大于MS5.1地震，反应谱宽度较MS5.1增大更加明显。2次地震1 s之后反应谱峰值降到1 m/s2以下甚至接近于0，因此不会对自振较长的大坝、桥梁、高层及超高层建筑造成严重破坏，但对该地区非设防结构，低矮短周期结构破坏较大;同一台站不同震级反应谱形状接近，台站反应谱曲线形状基本相似，高频分量优于低频。

感谢吉林省地震局强震动观测人员在此次地震观测、记录收集工作中的辛勤劳动。感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。

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The Characteristics of Strong Motion Records of the SongyuanMS5.7 and MS5.1 Earthquakes，Jilin Province

XU Qin1，CHEN Linrong2，ZHANG Yu2，WANG Wencai1，SHI Wenbing1

（1. Lanzhou National Geophysical Observation and Research Station，Lanzhou 730000，Gansu，China）

（2. Jilin Earthquake Agency，Changchun1 30022，Jilin，China）

Abstract

On May 28，2018 and May 18，2019，two MS5.7 and MS5.1 earthquakes occurred successively in Ningjiang district，Songyuan city，Jilin province.The 24 groups of strong ground motion records collected by the strong motion networks in Jilin province and Heilongjiang province were routinely processed，including classification，baseline correction and filtering.The amplitude and acceleration response spectrum characteristics of the two seismic records were analyzed.Most of the two seismic records were from the far and medium field（100km away），while few were from the near field.The MS5.7 PGA ranges from 2.25 to 192.30 gal，the MS5.1 PGA ranges from 1.08 to 176.92 gal，and the maximum PGA value was obtained by 22FHT.The observed PGA values were compared with the attenuation relationship of the fifth generation seismic zoning map（medium and strong seismic zones）in China，and the vertical direction（UD）was consistent with the predicted values.The instrumental intensity obtained was compared with the seismic investigation intensity，and the 22DLB station was completely consistent with the investigation intensity value.Finally，the response spectrum and design spectrum of two typical stations are analyzed，among which the long-period component of the MS5.7 event is larger than that of the MS5.1 event.The response spectra of different magnitudes of the same station are similar in morphology，and the high frequency response is better than the low frequency response.

Keywords：Songyuan earthquake;strong motion records;acceleration response spectrum;attenuation relationships;strong motion observation