趙雯佳，徐 平，林向東，白立新

（（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．北京市地震局，北京 100080）

0 引言

據(jù)中國數(shù)字地震臺網(wǎng)測定，2011年10月12日北京市石景山區(qū)（39．95°N，116．16°E）發(fā)生了一次ML2．1地震，震源深度約6．2km。此次地震發(fā)生在北京市區(qū)內(nèi)，盡管震級較小，震動持續(xù)時間較短，但有感范圍較大，曾受到廣泛關(guān)注。

如何快速地利用有限的數(shù)據(jù)得到震后應(yīng)急災(zāi)害損失評估一直是地震研究的重要課題。在地震過后能夠很快得到的地震參數(shù)是震中位置和震級，但地震造成的損害分布并非僅由這兩個參數(shù)決定［1］，還要受宏觀震中和微觀震中的差異、烈度衰減模型和局部場地條件等因素的影響［2］。近年來，眾多學(xué)者選擇分析強(qiáng)震臺加速度記錄對這個問題進(jìn)行探討［3－7］，并在地震烈度分布、峰值加速度衰減和近場條件等方面的研究中取得了很大進(jìn)展。陳琳等［2］將福建省區(qū)域離散化為若干網(wǎng)格，并提出一種基于地震動峰值加速度的烈度計(jì)算和地震災(zāi)害評估方法；賴敏等［8］通過極震區(qū)強(qiáng)震加速度臺記錄推斷出2007年3月5日攀枝花ML3．5地震為逆沖走滑性型地震，并總結(jié)出各地區(qū)"綜合烈度"的計(jì)算方法；卞真付等［9］利用首都圈強(qiáng)震臺網(wǎng)加速度記錄對河北文安地震進(jìn)行分析，認(rèn)為儀器記錄的峰值加速度衰減特征可以反映地震的宏觀特征和當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造特征。W．suzuki等［10］也使用近源強(qiáng)震記錄得到了2008年日本巖手—宮城內(nèi)陸地震的破裂過程。因此，利用近場強(qiáng)震臺數(shù)據(jù)進(jìn)行加速度影響場分析對于研究震害特征、場地響應(yīng)、地震過程等具有重要意義。

本文研究的震例盡管震級較小，但震中位于北京市中心位置，首都圈臺網(wǎng)和強(qiáng)震臺網(wǎng)的大多數(shù)臺站都清晰地記錄到地震數(shù)據(jù)，且所使用的臺站間距較小，分布在震中距2km到34km的范圍內(nèi)，是難得的近震記錄資料，因此開展相關(guān)的研究和討論，為今后強(qiáng)震或較大地震發(fā)生后快速響應(yīng)和評定震害影響場提供參考依據(jù)。

1 資料選取和處理

1．1 資料選取

本研究中所采用的加速度數(shù)據(jù)來自于首都圈強(qiáng)震動臺網(wǎng)。盡管震級較小，但仍有11個強(qiáng)震臺清晰地記錄下了地震數(shù)據(jù)。強(qiáng)震臺所使用的儀器采樣頻率為200Hz。表1為強(qiáng)震臺站的基本信息和相應(yīng)的峰值加速度情況。

由表1可見，記錄此震例的強(qiáng)震臺震中距均較小，最遠(yuǎn)僅33．7km，最近為2．2km，且臺站之間的間隔也較小，分布較為密集。最大EW向峰值加速度出現(xiàn)在LSG臺，為22．528gal；最大NS向峰值加速度出現(xiàn)在LSG臺，為30．989gal；最大垂直向峰值加速度出現(xiàn)在CCS臺，為12．797gal。總體來看，NS向峰值加速度普遍大于EW向，水平向普遍大于垂直向。

表1 強(qiáng)震臺基本信息和峰值加速度Table 1 Information and Peak Ground Acceleration of Strong Motion Stations

本文所使用的用于計(jì)算震源機(jī)制解的數(shù)據(jù)來自首都圈地震臺網(wǎng)的140個數(shù)字地震臺站。由于設(shè)備檢修和信號傳輸?shù)仍颍灿?3個寬頻帶臺的地震波形較為清晰，初動較為明顯，因此使用這23個臺的波形計(jì)算震源機(jī)制解。

1．2 數(shù)據(jù)處理

本文將表1的強(qiáng)震臺峰值加速度記錄數(shù)據(jù)矢量合成為水平向峰值加速度以及垂直向峰值加速度，使用GMT軟件進(jìn)行進(jìn)行格點(diǎn)擬合，獲取了峰值加速度影響場分布圖（圖1）。

本文還獲取了加速度動態(tài)影響場的分布過程，以便更清晰地體現(xiàn)水平、垂直向加速度記錄在值的大小、持續(xù)時間和衰減等方面的特征。記錄儀器的頻率為200Hz。首先將加速度預(yù)處理，合成為水平向（EW和NS向矢量合成）以及垂直向兩個分量，同時為減小因噪音和干擾造成高低值異常點(diǎn)對結(jié)果的影響，將1s內(nèi)所有記錄到的加速度值取平均值，再以1s為單位，用GMT軟件進(jìn)行格點(diǎn)擬合并繪出等值線。每秒的加速度影響場見圖2所示。

2 結(jié)果分析

2．1 加速度記錄分析

根據(jù)近場加速度記錄數(shù)據(jù)可以看出，2011年10月12日北京市石景山區(qū)ML地震最大水平向加速度為LSG臺的NS向，記錄值為30．989gal，最大垂直向加速度為SJZ臺，記錄值為12．797gal。從總體上看，垂直向記錄小于水平向記錄。根據(jù)文獻(xiàn)［9］的研究結(jié)果可知，以往的地震記錄中，水平向峰值加速度普遍大于垂直向，因此這個結(jié)果符合一般規(guī)律。僅有HSY臺為例外，這可能是由于近場場地條件而產(chǎn)生的結(jié)果。地震后的震感記錄中，明顯感受到地震的人群主要集中在石景山區(qū)和海淀區(qū)，這與加速度影響場的結(jié)果基本吻合。合成水平向加速度影響場分布表明（圖1（a）），此次地震的加速度震中北部高于南部區(qū)域，且界限較為清晰，分界線呈NEE向分布，合成水平峰值加速度點(diǎn)與微觀震中相距約5．6km，峰值加速度點(diǎn)附近影響場分布呈近EW向分布；垂直向影響場與合成水平向相類似，呈南強(qiáng)北弱分布，但微觀震中和峰值加速度點(diǎn)基本重合。

2．2 加速度動態(tài)影響場分析

圖2中每一行的兩張圖分別代表地震之后同一秒鐘水平向和垂直向加速度分布情況。從圖2的整體趨勢可以看出，水平向的加速度普遍大于垂直向，另外，垂直向加速度衰減快于合成水平向。垂直向的各臺站在地震發(fā)生后第3秒時（圖（b）4）平均加速度值就下降到2gal以下，而水平向在地震發(fā)生的第5秒及第6秒內(nèi)（圖（a）5及（a）6）仍有部分臺站的平均加速度在2gal以上。

2．3 震源機(jī)制分析

北京地區(qū)地殼厚度由東南到西北部呈逐漸變厚的趨勢［12］。同時北京地區(qū)新生代構(gòu)造活動強(qiáng)烈［13］。地殼淺表斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，近EW向，NEE－NE向，NNE－NS向和NW向或NWW向斷裂縱橫交錯，斷續(xù)展布，既有正斷層，又有逆斷層［14］。文獻(xiàn)［15］的結(jié)論表明，北京地區(qū)最大主應(yīng)力方位為NEE向，最小主應(yīng)力方位為NNW向。近年在北京地區(qū)所發(fā)生的中小地震中，以正斷層性質(zhì)的地震為主，約占地震總量的70%［16］。

圖1 峰值加速度影響場分布Fig．1 Distribution of peak acceleration influence field．

本文獲得首都圈23個寬頻帶臺站的地震波形記錄，資料較為充分。由于P波初動符號物理圖像明確，是穩(wěn)定的地震波信息，因此可以較好地確定震源機(jī)制解［17］，所以用P波初動求解震源機(jī)制解是當(dāng)今地震學(xué)界公認(rèn)的求取震源機(jī)制解的有效途徑之一［18］。

本文使用許忠淮等［19］提出的求P波震源機(jī)制解的格點(diǎn)嘗試法解算此次地震的震源機(jī)制解。胡幸平等［18］曾用此方法對汶川地震及其強(qiáng)余震震源進(jìn)行分析，并與哈佛大學(xué)公布的汶川主震和8個強(qiáng)余震的快速矩張量解及其最佳雙力偶解進(jìn)行對比，結(jié)果顯示總體上兩者的結(jié)果較為一致。由此可見用P波資料進(jìn)行格點(diǎn)嘗試法求解震源機(jī)制比較可靠。

本文依據(jù)讀取的P波初動數(shù)據(jù)，選取最小矛盾符號比φ和φ加5%之間的所有解求平均解作為最終結(jié)果。所得到的震源機(jī)制解如圖3所示，表2為解算結(jié)果。

圖2 每秒加速度動態(tài)影響場的分布Fig．2 Dynamic distribution of acceleration influence field for each second．

表2 震源機(jī)制解結(jié)果Table 2 Results of Focal Mechanism Solution

圖3 格點(diǎn)嘗試法求得的震源機(jī)制解Fig．3 Focal Mechanism Solution calculated by grid point test method．

參與計(jì)算的臺站對震中的包圍性較好，計(jì)算出的結(jié)果矛盾比為13%，結(jié)果較為可靠。解算結(jié)果表明，此次地震為北京地區(qū)較為多發(fā)的正斷性質(zhì)錯動，帶有一定的走滑性質(zhì)。節(jié)面I呈SEE向展布，節(jié)面II近EW向展布，節(jié)面II的傾角大于節(jié)面I，主壓應(yīng)力方向?yàn)镹NW。

2．4 綜合分析

此次2．1級地震盡管震級較小，但近場區(qū)有較多強(qiáng)震動臺站和測震臺站記錄可以較好地進(jìn)行加速度分析和震源機(jī)制解算。通過加速度分布情況和震源機(jī)制解的結(jié)果，可以初步得出以下認(rèn)識：

（1）此次地震加速度影響場分布水平向加速度普遍高于垂直向，符合以往記錄結(jié)果，同時水平峰值加速度分布點(diǎn)與震感調(diào)查結(jié)果是一致的。峰值加速度點(diǎn)（或宏觀震中）與微觀震中并未完全吻合，偏差約5．6km。

（2）水平向峰值加速度分布區(qū)和加速度影響場高低速度過渡區(qū)總體呈EW向或NEE向。同時通過動態(tài)影響場的情況可以看出，水平向加速度的衰減速度要慢于垂直向。

（3）震源機(jī)制解的結(jié)果中，兩個節(jié)面走向近EW向，可以發(fā)現(xiàn)其走向與加速度影響場高低速度過渡區(qū)總體較為一致，這個結(jié)果對判定地震過程具有參考意義。

3 初步結(jié)論與討論

2011年10月12日北京市石景山區(qū)ML2．1地震是一次北京地區(qū)較為多發(fā)的具有走滑正斷層性質(zhì)的地震，結(jié)合加速度影響場高低速度過渡區(qū)分布特征分析，其優(yōu)勢破裂面可能是高傾角的節(jié)面II，節(jié)面走向?yàn)榻麰W。

本文所得到的震源機(jī)制解的結(jié)果與加速度影響場高低速度過渡區(qū)分布具有較好的一致性。然而，記錄到該地震的強(qiáng)震臺震中距較近，記錄較為清晰，但臺站的方位角還存有比較大的間隔，導(dǎo)致震中東南部和震中北部區(qū)域數(shù)據(jù)有所缺失。從某種程度上表明，如果強(qiáng)震動臺分布較為密集和合理的話，其影響場計(jì)算分析可能更為精確，由此不但可以快速判定災(zāi)害分布特征，還可以為地震過程研究提供參考依據(jù)。

地震定位和加速度影響場的結(jié)果分析認(rèn)為，此次地震的微觀震中與加速度峰值點(diǎn)（或宏觀震中）存在空間偏差是合理的，表明震中投影點(diǎn)和錯動出露點(diǎn)的位置是不一致的。

盡管記錄此次地震的強(qiáng)震臺震中距較小，臺間距較近，但由于地震加速度影響場計(jì)算的近場記錄偏少，且空間分布不均勻，研究對象震級偏小，其結(jié)果可能具有一定片面性，尤其在加速度低值分布區(qū)存在有高值點(diǎn)異常分布，還有待對儀器工作狀況及場地條件進(jìn)行深入的分析和研究。

本研究工作還是初步的。隨著地震觀測條件的逐步改善和強(qiáng)震監(jiān)測能力的增強(qiáng)，利用地震加速度記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行影響場分析，可為災(zāi)害評估和地震應(yīng)急快速響應(yīng)等方面提供科學(xué)依據(jù)。近場地震加速度記錄數(shù)據(jù)深入研究具有科學(xué)和實(shí)用前景。

［1］ Wu Y M ，Shin T C，Tsai Y B．Near Real－Time Mapping of Peak Ground Acceleration and Peak Ground Velocity Following a Strong Earthquake［J］．BSSA，91（5）：1218－1228．

［2］ 陳琳，張明，董奕，等．索基于地震動峰值加速度的地震災(zāi)害評估方法［J］．高原地震，2011，23（3）：67－70．

Chen L，Zhang M，Dong Y，et al．The Method of Earthquake Hazard Estimation Based on Peak Acceleration of Ground Motion［J］．Plateau Earthquake Research，2011，23（3）：67－70．

［3］ 盧大偉，姚凱，閔祥儀，等．蘭州觀象臺存放臺陣汶川MS8．0強(qiáng)震動記錄分析［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2011，33（2）：171－176．

Lu D W，Yao K，Min X Y，et al．Strong Motion Records of Paking Array in Lanzhou Earth Observatary for WenchuanMS8．0Earthquake and Preliminary Analysis［J］．Northwestern Seismological Journal，2011，33（2）：171－176．

［4］ 劉旭宙，張?jiān)?，周民都，等．汶川MS8．0地震蘭州烈度速報(bào)強(qiáng)震動記錄與初步分析［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2010，32（4）：376－380．

Liu X Z，Zhang Y S，Zhou M D et al．Strong Ground Motion Records of WenchuanMS8．0Earthquake from the Seismic Intensity Rapid Reporting Stations in Lanzhou and Its Preliminary Analysis［J］．Northwestern Seismological Journal，2010，32（4）：376－380．

［5］ 閔祥儀，姚凱，何新社．2003年10月25日甘肅民樂—山丹MS6．1地震強(qiáng)震近場記錄和分析［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2003，25（4）：289－292．

Min X Y，Yao K，He X S．Strong Motion Records and Preliminary Analysis for Minle－ShandanMS6．1Earthquake on Oct．25，2003，Gansu Province［J］．Northwestern Seismological Journal，2003，25（4）：289－292．

［6］ 喬震元，劉本玉，張遠(yuǎn)富．汶川8．0級地震峰值地震動特性研究［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2011，33（1）：92－95．

Qiao Z Y，Liu B Y，Zhang Y F．Research on the Peak Ground Motion Characteristics of WenchuanMS8．0Earthquake［J］．Northwestern Seismological Journal，2011，33（1）：92－95．

［7］ 姚凱，孫崇紹，朱珊珊，等．2008年汶川地震后的三次強(qiáng)余震地表峰值加速度衰減場研究［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2012，34（1）：99－104．

Yao K，Sun C S，Zhu S S，et al．Study on PGA Attenuation of Three Strong Aftershocks of 2008Wenchuan Earthquake［J］．Northwestern Seismological Journal，2012，34（1）：99－104．

［8］ 賴敏，余樺，孫瑋，等．2007年3月5日攀枝花3．5級地震強(qiáng)震近場記錄初步分析［J］．四川地震，2008，3：24－30．

Lai M，Yu H，Sun W，et al．Near－field Strong Acceleration Records and Preliminary Analysis of PanzhihuaML3．5Earthquake on 5March 2007，Sichuan Province［J］．Earthquake Research in Sichuan，2008，3：24－30．

［9］ 卞真付，姚蘭予，郭巍，等．河北文安5．1級地震首都圈實(shí)時強(qiáng)震動臺網(wǎng)加速度記錄分析［J］．地震研究，2009，32（2）：145－150．

Bian Z F，Yao L Y，Guo W，et al．The Acceleration Records Analysis of theM5．1Wen＇an Hebei Earthquake Recorded by the Capital Real－time Digital Strong Motion Network［J］．Journal of Seismological Research，2009，32（2）：145－150．

［10］ W Suzuki，S Aoi，H sekiguchi．Rupture Process of the 2008 Iwate－ Miyagi Nairiku，Japan，Earthquake Derived from Near－source Strong－motion Recors［J］．Bull．Seismol．Soc．Am．，2010．100（1）：256－266．

［11］ 李恒，李井岡，王墩，等．豎直與水平向地震動加速度峰值比統(tǒng)計(jì)特征分析［J］．地震研究，2010，33（2）：195－199．

Li H，Li J G，Wang D，et al．Analysis of Statistic Characteristics of Peak Ratios in Vertical and Horizontal Ground Motion Acceleration［J］．Journal of Seismological Research，2010，33（2）：195－199．

［12］ 羅艷，崇加軍，倪四道，等．首都圈地區(qū)莫霍面起伏及沉積層厚度［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（4）：1135－1145．

Luo Y，Chong J J，Ni S D，et al．Moho Depth and Sedimetary Thickness in Capital Region［J］．Chinese Journal of Geophysics，2008，51（4）：1135－1145．

［13］ 劉保金，胡平，等．北京平原西北部地殼淺部結(jié)構(gòu)和隱伏活動斷裂——由地震反射剖面揭示［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（8）：2015－2025．

Liu B J，Hu P，Chen Y，et al．The Crustal Shallow Structures and Buried Active Faults Revealed by Seismic Reflection Profiles in Northwestern Area of Beijing Plain［J］．Chinese Journal of Geophysics，2009，52（8）：2015－2025．

［14］ 任清芳，張成科，張先康，等．八達(dá)嶺及周緣地區(qū)殼幔結(jié)構(gòu)與潛在震源探討［J］．西北地震學(xué)報(bào)，1997，19（3）：56－62．

Ren Q F，Zhang C K，Zhang X K，et al．Discussion on Structure of Crust and Upper Mantle and Potential Focal Region in Badaling and Its Neighborhood［J］．Northwestern Seismological Journal，1997，19（3）：56－62．

［15］ 武敏捷，林向東，徐平．華北北部地區(qū)震源機(jī)制解及構(gòu)造應(yīng)力場特征分析［J］．大地測量與地球動力學(xué)，2011，31（5）：39－43．

Wu M J，Lin X D，Xu P．Analysis of Focal Mechanism and Tectonic Stress Field Features in Northern Part of North China［J］．Journal of Geodesy and Geodynamics，2011，31（5）：39－43．

［16］ 蘭從欣，邢成起，苗春蘭，等，近年首都圈地區(qū)中小地震震源機(jī)制解及其特征分析［J］．華北地震科學(xué)，2005，23（4）：21－25．

Ren Q F，Zhang C K，Zhang X K，et al．Discussion on Structure of Crust and Upper Mantle and Potential Focal Region in Badaling and Its Neighborhood［J］．North China Earthquake Sciences，1997，19（3）：56－62．

［17］ 俞春泉，陶開，崔效鋒，等．用格點(diǎn)嘗試法求解P波初動震源機(jī)制解及解的質(zhì)量評價［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（5）：1402－1411．

Yu C Q，Tao K，Cui X F．P－wave First－motion Focal Mechanism Solutions and Their Quality Evaluation［J］．Chinese Journal of Geophysics，2009，52（5）：1402－1411．

［18］ 胡幸平，俞春泉，陶開，等．利用P波初動資料求解汶川地震及其強(qiáng)余震震源機(jī)制解［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（6）：1711－1718．

Hu X P，Yu C Q，Tao K，et al．Focal Mechanism Solutions of Wenchuan Earthquake and Its Strong Aftershocks Obtained from Initial P wave Polarity Analysis［J］．Chinese Journal of Geophysics，2008，51（6）：1711－1718．

［19］ 許忠淮，閻明，趙仲和．京津塘張地區(qū)小地震的平均釋放應(yīng)力場的方向特征［J］．地震學(xué)報(bào)，1979，1（2）：52－58．

Xu Z H，Yan M，Zhao Z H．Evaluation of the Direction of Tectonic Stress in North China from Recorded Data of A Large Number of Small earthquakes［J］．Acta Seismologica Sinica，1983，5（3）：268－279．