王宏偉 溫瑞智 任葉飛

(中國地震局工程力學(xué)研究所，中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室，哈爾濱 150080)

0 引言

伽師地區(qū)位于南天山西段與塔里木盆地西北部的交界區(qū)域，受南天山向S的擠壓作用，北部發(fā)育有近EW向展布的柯坪塔格逆沖褶皺帶，位于邁丹斷裂與柯坪塔格逆沖斷裂之間，南部塔里木盆地內(nèi)則發(fā)育有隱伏斷裂(劉啟元等，2000；徐錫偉等，2006)，諸多研究認(rèn)為塔里木剛性塊體向北部遠(yuǎn)程傳遞的印度板塊向N推擠歐亞板塊的壓應(yīng)力與該地區(qū)的構(gòu)造變形有關(guān)(Labordeetal.，2019)。地震活動性特別強烈的伽師地區(qū)曾發(fā)生過一系列中強以上的破壞性地震，例如1996年阿圖什MS6.9地震、1997—1998年伽師強震群、2003年巴楚-伽師MS6.8地震、2011年阿圖什MS5.8地震、2018年伽師MS5.5地震等。1902年阿圖什8級地震是該地區(qū)有記錄以來發(fā)生的最大震級地震。2020年1月19日柯坪塔格逆沖斷裂西段發(fā)生了伽師MS6.4地震。頻發(fā)的中強以上地震對伽師地區(qū)的防震減災(zāi)工作提出了廣泛需求，可靠地預(yù)測地震動有助于減輕地震災(zāi)害與控制地震風(fēng)險。

地震動是地震震源、地震波傳播路徑及局部場地綜合作用的結(jié)果，因不同區(qū)域的地震構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造、地表土層形成等的差異，地震動普遍具有明顯的區(qū)域特征。Boore等(2014)利用NGA-West2計劃的強震動數(shù)據(jù)集揭示了不同區(qū)域(美國西部、日本、意大利、中國臺灣、四川等)地震動非彈性衰減的顯著差異及其對遠(yuǎn)場地震動衰減的影響；Xu等(2020)將中國南北地震帶6次MW6.0～6.2地震的地震動殘差分解為事件內(nèi)殘差和事件間殘差，發(fā)現(xiàn)高頻地震動差異主要與地震應(yīng)力降相關(guān)，而遠(yuǎn)場地震動差異主要與區(qū)域非彈性衰減相關(guān)；Kale等(2015)在研究伊朗和土耳其地區(qū)地震動預(yù)測模型時發(fā)現(xiàn)2個地區(qū)地表淺層土層的剪切波速結(jié)構(gòu)顯著影響地震動強度；Boore等(2015)的研究表明美國東部地震動路徑持時明顯高于美國西部，這可能與地殼介質(zhì)差異導(dǎo)致的地震波衰減差異有關(guān)。為提高地震動預(yù)測的可靠性，有必要考慮地震動的區(qū)域特征，強震動觀測記錄包含了地震動路徑衰減、場地效應(yīng)等區(qū)域特征的重要信息。

布設(shè)于南天山西段的48個自由場強震動觀測臺站自2007年以來已陸續(xù)在60余次伽師地區(qū)M2.8～6.4地震中收集了超過500組三分量強震動觀測記錄(截至2020年2月)，這些觀測記錄為研究伽師地區(qū)的地震動區(qū)域特征提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前已有學(xué)者利用伽師地區(qū)單次或幾次地震的強震動觀測記錄分析地震動的路徑衰減、持時、場地效應(yīng)等(張振斌等，2019；李文倩等，2020)，但尚未系統(tǒng)地給出伽師地區(qū)地震動的區(qū)域特征以及可用于地震動預(yù)測的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。本文利用伽師地區(qū)近10a來收集的強震動觀測記錄，基于兩步非參數(shù)譜反演方法分離地震震源譜、地震波路徑衰減及場地效應(yīng)，建立伽師地區(qū)的路徑衰減、路徑持時、場地線性反應(yīng)等經(jīng)驗?zāi)Ｐ停⒗脜^(qū)域經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍M2020年伽師MS6.4地震的地震動，通過對比模擬和觀測記錄檢驗本文給出的區(qū)域特征的可靠性，最后模擬給出伽師MS6.4地震的地震動場。

1 伽師地區(qū)的地震動區(qū)域特征

本文基于強震動觀測記錄S波的兩步非參數(shù)譜反演方法估計伽師地區(qū)的地震震源參數(shù)、地震波路徑衰減及場地效應(yīng)，建立該地區(qū)地震動區(qū)域特征經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀?/p>

1.1 兩步非參數(shù)譜反演方法

兩步非參數(shù)譜反演方法由Castro等(1990)提出。第1步，從地震動水平向S波傅氏譜Oij(f，Mi，Rij)中分離路徑衰減項Aij(f，Rij)，即

lnOij(fm，Mi，Rij)=lnMai(fm)+lnAij(fm，Rij)

(1)

其中，Mai(f)為與第i次地震的震級大小(Mi)相關(guān)的量，fm為第m個頻率點的頻率，Rij為第i個地震震源至第j個臺站的距離。求解式(1)時需給定路徑衰減項的約束條件，即參考距離R0處無路徑衰減且路徑衰減為距離的平滑曲線。本文計算中將頻率fm所有可用譜劃分為ND，m個5km間距的距離段，式(1)中以A(fm，Rk，m)代替A(fm，Rij)，Rk，m表示第k個距離段內(nèi)頻率fm可用譜震源距的平均值。第2步，從S波傅氏譜中移除路徑衰減項后分離得到震源和場地項，即

ln[Oij(fm，Mi，Rij)/Aij(fm，Rk，m)]=lnSi(fm)+lnGj(fm)

(2)

求解式(2)時需分配震源和場地項之間的權(quán)衡，一般采用參考場地作為約束條件。

1.2 處理強震動記錄

本文收集了伽師地區(qū)59次M2.8～6.4地震中48個強震動觀測臺站獲取的502組三分量加速度波形記錄，記錄的震源距主要為20～200km，大多數(shù)記錄的水平向峰值地面加速度(PGA)≤50cm/s2(圖1)。依次采用基線校正、記錄首尾加余弦窗并補零、巴特沃斯非因果帶通濾波處理觀測記錄。低通濾波的拐角頻率統(tǒng)一設(shè)定為30Hz；高通濾波的拐角頻率(fhp)隨記錄變化： 首先根據(jù)2個經(jīng)驗關(guān)系給出fhp的預(yù)估值，分別為記錄最小可用頻率(flb)與矩震級MW的經(jīng)驗關(guān)系(Yenieretal.，2015)和flb=1.25fhp(Abrahamsonetal.，1997)，近似以中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的地震面波震級(MS)或地方震級(ML)作為MW初步估計fhp；利用fhp預(yù)估值對記錄進行帶通濾波處理后，通過人工檢查記錄的低頻段傅氏譜形狀判斷fhp的預(yù)估值是否合適，如果隨頻率降低呈下降的拋物線形則fhp預(yù)估值合適，如果隨頻率降低呈先下降后翹起的拋物線，則將fhp調(diào)高至翹起前的頻率；重復(fù)上述人工檢查過程直至得到合適的fhp，最終確定fhp為0.10～1.17Hz。為了盡可能確保場地不出現(xiàn)非線性反應(yīng)，剔除了PGA>100cm/s2的記錄；為了清晰地識別S波部分并盡可能消除觸發(fā)閾值引起的地震動偏差(Abrahamsonetal.，2016)，剔除了R>120km的記錄；為了確保充分的數(shù)據(jù)冗余，剔除了不能同時滿足記錄不少于3組的臺站和地震的記錄。之后截取剩余的386組記錄的S波窗，首尾加余弦窗并補零處理后計算S波傅氏譜，截取與S波窗長度相同的事前噪聲窗，進行相同處理后計算噪聲傅氏譜和信噪比(SNR)，根據(jù)SNR>5.0判斷S波傅氏譜的可用頻段。最終，本文選用了25個強震動臺站在46次M3.0～6.4地震中獲取的366組強震動記錄進行譜反演分析，選用的地震及臺站分布如圖2 所示。將譜反演選用記錄的最小震源距作為參考距離R0，R0=20.33km。

圖1 a 伽師地區(qū)強震動記錄的震級-震源距分布；b 水平向PGAFig.1 Magnitude vs.hypocentral distance(a)，and the peak ground accelerations at both horizontal components(b)for strong-motion recordings in Jiashi region.

圖2 譜反演選用的地震(紅色圓圈)及臺站(藍(lán)色三角形)分布Fig.2 The epicenters of earthquakes(red circles)and the locations of strong-motion stations(blue triangles)considered in the spectral inversion analysis.黑紫色實線為斷層(鄧起東等，2003)，灰色實線為傳播路徑，黃色五角星為部分6.0級以上歷史地震

1.3 路徑衰減

第1步譜反演給出了伽師地區(qū)不同頻率的S波路徑衰減曲線，如圖3a所示。路徑衰減隨震源距(R)增大而減小，當(dāng)R≤60km時路徑衰減大體上介于(R0/R)0.5～(R0/R)1.0之間，當(dāng)R更大時路徑衰減普遍<(R0/R)1.0，路徑衰減曲線上凸說明隨R增大其衰減速度明顯增大，這與顯著的遠(yuǎn)場非彈性衰減有關(guān)。采用頻率無關(guān)的幾何擴散項和頻率相關(guān)的非彈性衰減項表示路徑衰減，不同幾何擴散模型(線性、雙段或三段線性模型等)在擬合地震動的距離衰減時差異不明顯(Boraetal.，2015)。本文的幾何擴散采用雙段線性模型表示，路徑衰減可表示為

lnA(fm，Rk，m)=n1·ln(R0/Rk，m)+[fm/Q(fm)]·[-π(R0-Rk，m)/β]，Rk，m≤R1

lnA(fm，Rk，m)=n1·ln(R0/R1)+n2·ln(R1/Rk，m)+[fm/Q(fm)]·[-π(R0-Rk，m)/β]，Rk，m>R1

(3)

其中，剪切波速β=3.60km/s(趙翠萍等，2008)，通過最小二乘法擬合得到R1=60km，幾何擴散指數(shù)n1和n2分別為0.30和0.59，各頻率的S波品質(zhì)因子結(jié)果見圖3b。以冪函數(shù)Q0fη擬合品質(zhì)因子得到Q=60.066f0.988，低Q0高η的特征與伽師地區(qū)強地震活動性有關(guān)。與川滇地區(qū)的幾何擴散和Q值(Xuetal.，2010)進行對比可知，伽師地區(qū)的幾何擴散明顯更弱，但低頻段的非彈性衰減更強(Q值更小)。

圖3 a 伽師地區(qū)不同頻率S波譜路徑衰減；b S波品質(zhì)因子Fig.3 S-wave spectral attenuation versus distance at each frequency(a)and S-wave quality factor(b) in Jiashi region.

圖4 a 單個地震的反演震源譜及伽師MS6.4地震反演震源譜擬合結(jié)果；b 伽師MS6.4地震反演與理論震源譜擬合殘差隨拐角頻率fc的變化及震源參數(shù)fc-MW的估計值，c κ估計值Fig.4 Inverted source spectra for individual earthquakes and the best-fitted theoretical spectra for the Jiashi MS6.4 earthquake(a)，the normalized fitting residuals between the inverted and theoretical source spectra varying with corner frequency fc，and the fc-MW plots(b)，and the estimated κ values(c).

1.4 地震震源參數(shù)

第2步譜反演需權(quán)衡震源和場地項，而本文采用的臺站中沒有可直接作為參考場地的堅硬巖石場地臺站。根據(jù)臺站場地鉆孔資料及建筑抗震設(shè)計規(guī)范對場地類別劃分的規(guī)定(中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2010)，有7個臺站場地可劃分為Ⅱ類場地(065AKS、065ALM、065HLJ、065AKT、065BRM、065ATS、065SUF)，其余均為Ⅲ類場地。利用水平垂直譜比法(Nakamura，1989)計算了記錄不少于5組的3個Ⅱ類場地臺站(065AKS、065ALM、065HLJ)的場地反應(yīng)，本文將這3個Ⅱ類場地臺站用作參考場地。

第2步反演得到的46次地震的加速度震源譜如圖4a所示，當(dāng)f<10Hz時震源譜大體符合ω-2理論震源譜模型(Brune，1970)，但震源譜的快速衰減則普遍出現(xiàn)在f>fmax的高頻段，f<10Hz 頻段的反演震源譜可采用ω-2理論震源模型ST表示，即

ST(f)=(2πf)2CM0/[1+(f/fc)2]，C=(RΘΦVF)/(4πρβ3R0)

(4)

其中，M0、fc分別為地震矩和拐角頻率，RΘΦ、V、F分別表示平均輻射模式因子、水平向S波占S波總能量的比例、自由表面放大因子，取值分別為0.55、0.707、2(Boore，2003)，ρ=2.61gcm-3為地殼介質(zhì)密度(趙翠萍等，2008)。利用Abercrombie等(2017)提出的方法估計地震震源參數(shù)(M0、fc)并判斷估計結(jié)果的可靠性，圖4b給出了伽師MS6.4地震反演震源譜與理論震源譜的歸一化擬合殘差(擬合殘差與擬合殘差最小值之比)隨拐角頻率fc取值的變化以及得到的震源參數(shù)(MW、fc)，MW=()lgM0-10.7(Hanksetal.，1979)。本文確定的伽師地震矩震級MW=5.893，fc=0.362Hz，該結(jié)果介于中國地震臺網(wǎng)中心給出的MW=5.8與美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)給出的MW=6.03之間。利用M0、fc計算地震應(yīng)力降Δσ(Brune，1970)，

Δσ=(7M0/16)(2πfc/2.34β)3

(5)

本文選用的46次地震的應(yīng)力降為1.126～16.455MPa，其平均應(yīng)力降為3.942MPa，對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差(lg)為0.284，其中伽師MS6.4地震的應(yīng)力降為6.684MPa，明顯高于趙翠萍(2006)通過反演地震震源破裂過程給出的1998年2次伽師強震(MS6.0、MS6.4)和2003年伽師-巴楚MS6.8地震的破裂面平均應(yīng)力降(<1MPa)，但更接近破裂面上最大滑動位錯處的應(yīng)力降(1.3MPa、7.7MPa、3.8MPa)，更小的平均應(yīng)力降可能與設(shè)定的破裂面過大有關(guān)。

采用高頻衰減項exp(-πfκ)表示震源譜在f>fmax的高頻段的快速衰減，其中κ為高頻衰減系數(shù)，可將高頻段震源譜表示為

S(f)=ST(f)exp(-πfκ)/exp(-πfmaxκ)，f>fmax

(6)

擬合f>fmax高頻段震源譜估算κ及fmax，所選用的地震震源譜的fmax為10～20Hz，κ為0.053～0.094s，其均值為0.071s(圖4c)，其中伽師MS6.4地震的fmax和κ分別為13.8Hz和0.069s。

1.5 地震動路徑持時

地震動持時由震源持時和路徑持時2部分組成。震源持時以地震拐角頻率的倒數(shù)表示，計算得到本文譜反演選用的46次地震的震源持時，進一步計算了這46次地震中470組強震動記錄的5%～95%顯著持時(D5%～95%)。為了確保地震動D5%～95%的部分主要為S波，本文以2倍的20%～80%顯著持時(D20%～80%)表示D5%～95%(Booreetal.，2015)。伽師地區(qū)地震動路徑持時如圖5 所示，根據(jù)距離分段的路徑持時均值，本文給出了伽師地區(qū)地震動路徑持時(dP)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?/p>

(7)

同時，對比了利用2008年汶川地震的132次余震、2013年MS7.0蘆山地震的30次余震及2017年九寨溝MS7.0地震的強震動記錄得到的四川地區(qū)地震動路徑持時(圖5)。伽師地區(qū)與四川地區(qū)地震動路徑持時存在顯著的差異，伽師地區(qū)路徑持時整體上高于四川地區(qū)，且在30～150km震源距范圍內(nèi)尤為明顯。此外，還注意到當(dāng)震源距<150km時伽師地區(qū)與美國東部的地震動路徑持時較為接近(Booreetal.，2015)。

圖5 伽師地區(qū)強震動記錄的路徑持時及經(jīng)驗?zāi)Ｐ虵ig.5 Path duration of ground motion and its empirical model in Jiashi region.

圖6 反演給出的臺站場地反應(yīng)及SS14場地線性反應(yīng)調(diào)整模型Fig.6 Inverted site responses and the modified SS14 linear site response model.

1.6 場地效應(yīng)模型

本文經(jīng)譜反演給出了25個臺站的場地反應(yīng)(圖6)，譜反演選用的記錄均為PGA≤100cm/s2的弱震記錄，可近似認(rèn)為場地不出現(xiàn)非線性反應(yīng)，本文得到的場地反應(yīng)均表示線性場地反應(yīng)。臺站場地的30m土層等效剪切波速(VS30)為220～290m/s，按VS30將臺站分為2組，分別為220～250m/s和250～290m/s，2組臺站場地VS30的平均值為233.77m/s和269.33m/s，2組臺站的平均場地反應(yīng)及±1倍標(biāo)準(zhǔn)差的范圍如圖6 所示，VS30較小的臺站組的平均場地反應(yīng)整體上強于較大組。此外，對比Seyhan等(2014)根據(jù)美國場地資料建立的場地線性反應(yīng)經(jīng)驗?zāi)Ｐ?SS14模型)可知，本文得到的伽師地區(qū)高頻段場地反應(yīng)與SS14線性模型差異明顯，SS14線性模型顯著地高估了伽師地區(qū)10～30Hz頻段的場地反應(yīng)。針對伽師地區(qū)場地反應(yīng)結(jié)果，本文調(diào)整了SS14場地線性反應(yīng)模型以適用于伽師地區(qū)，經(jīng)調(diào)整后的模型更有效地反映了伽師地區(qū)的場地反應(yīng)(圖6)。

2 伽師MS6.4地震的地震動模擬

2.1 震源運動學(xué)破裂隨機模型

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定的伽師MS6.4地震震中位置為(39.83°N，77.21°E)，震源深度為16km。根據(jù)USGS提供的震源機制解可知，此次地震為逆沖型地震，震源破裂面的走向角和傾角分別為221°和20°。根據(jù)Wells等(1994)建立的逆沖地震破裂面幾何尺寸(長度L和寬度W)、破裂面平均滑動位錯(DAvg)與MW的經(jīng)驗關(guān)系，將伽師MS6.4地震破裂面的L、W、DAvg分別設(shè)定為10km、6km、32.8cm，將破裂面劃分為1km×1km的60個子斷層。地震起始破裂點在破裂面上的位置服從特定的概率分布(Maietal.，2005)，走滑地震和地殼內(nèi)傾滑地震的起始破裂點在破裂面上沿傾向和沿走向的位置分別服從韋布爾(Weibull)分布和正態(tài)分布，沿傾向和沿走向的位置分別于0.6W和0.5L時出現(xiàn)概率最大，本文設(shè)定伽師MS6.4地震的起始破裂點在破裂面上沿傾向和沿走向的位置分別為3.6km和5km，此時破裂面上邊緣的深度為14.77km。

本文采用Graves等(2010，2015，2016)提出的方法建立滑動位錯不均勻、破裂速度與滑動位錯相關(guān)的震源運動學(xué)隨機破裂模型，該方法基于馮·卡門相關(guān)函數(shù)的波數(shù)域濾波方法在波數(shù)域生成二維隨機場，然后將其轉(zhuǎn)換至空間域，并規(guī)定子斷層滑動位錯服從均值為DAvg、標(biāo)準(zhǔn)差為0.8DAvg的正態(tài)分布，最后得到滑動分布不均勻的震源運動學(xué)模型。本文生成了200個伽師MS6.4地震的震源隨機破裂模型，其中4次破裂模型如圖7 所示，震源隨機破裂模型的明顯差異說明生成的破裂模型具有很好的隨機性，可以較為充分地描述破裂過程的不確定性，每個隨機震源模型都有可能代表了伽師MS6.4地震的破裂過程，后文將分別采用每個隨機震源模型給出地震動模擬結(jié)果，200個震源隨機破裂模型的模擬結(jié)果可近似代表設(shè)定地震的地震動，并能反映出與破裂過程相關(guān)的地震動的不確定性。

圖7 伽師MS6.4地震的震源隨機破裂模型Fig.7 Source rupture models stochastically generated for the Jiashi MS6.4 earthquake.

2.2 隨機有限斷層方法模擬結(jié)果

地震震源破裂面可劃分為N個可看做點源的子斷層，疊加各子斷層產(chǎn)生的地震動ai得到整個破裂面產(chǎn)生的地震動，即

(8)

地震破裂自起始破裂點開始并輻射至整個破裂面，Δti表示第i個子斷層的地震動相對起始破裂點的延遲，包括破裂延遲和傳播延遲，采用隨機點源方法模擬子斷層產(chǎn)生的地震動(Boore，2003)，第i個子斷層產(chǎn)生的地震動的S波傅氏譜以子斷層震源譜(式(4)、(6))、路徑衰減經(jīng)驗?zāi)Ｐ?式(3))及場地效應(yīng)模型表示，轉(zhuǎn)換至?xí)r域得到ai，采用Saragoni等(1973)給出的窗函數(shù)約束地震動加速度時程的波形。本文利用隨機有限斷層方法模擬了伽師MS6.4地震中震源距≤200km的39個觸發(fā)強震動臺站(圖2)的水平向地震動加速度時程，模擬輸入?yún)?shù)見表1。

表 1 隨機有限斷層模擬輸入?yún)?shù)Table 1 Input parameters in the stochastic finite-fault simulation

圖8 對比模擬與觀測記錄的PGA、PGV、周期為0.3s和3.0s的PSAFig.8 Comparisons of PGA，PGV，and PSAs at 0.3s and 3.0s between observations and simulations.

圖9 模擬記錄的PSA殘差Fig.9 Residuals for the simulated PSAs at 42 strong-motion stations.

表 2 震源距≤200km的39個觸發(fā)臺站的場地條件Table 2 Site information for 39 stations that recorded the Jiashi MS6.4 earthquake

圖10 伽師MS6.4地震模擬記錄PGA、PGV、周期為0.3s和3.0s的PSA的空間分布Fig.10 Spatial distributions for PGA，PGV，and PSA at 0.3s and 3.0s produced for the MS6.4 Jiashi earthquake.藍(lán)色矩形框為破裂面的水平投影

圖8 給出了200次震源隨機破裂過程的水平向模擬記錄的PGA、峰值地面速度(PGV)以及部分周期(0.3s和3.0s)的5%阻尼比擬加速度反應(yīng)譜(PSA)的平均值及1倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍。模擬記錄地震動強度指標(biāo)整體上可以較好地代表觀測值，能體現(xiàn)出地震動的近場飽和效應(yīng)及遠(yuǎn)場衰減規(guī)律；1倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍體現(xiàn)了與破裂過程相關(guān)的地震動不確定性，地震動的不確定性表現(xiàn)出周期相關(guān)性，長周期地震動的不確定性更明顯。對比俞言祥等(2013)建立的新疆地震區(qū)基巖場地PGA預(yù)測方程的PGA預(yù)測值，長軸方向與破裂面的走向一致(220°N)。為了體現(xiàn)場地條件的影響，根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2015)中不同場地類別相對于Ⅱ類場地的地震動峰值加速度調(diào)整系數(shù)，得到考慮場地條件影響的PGA預(yù)測值，模擬記錄的PGA均值和PGA預(yù)測值也具有很好的一致性。模擬記錄的PSA均值與觀測記錄的PSA殘差(log10(Yo)-log10(Ys))如圖9 所示，短周期(<0.3s)的PSA模擬值普遍高估了觀測值，但整體上可以很好地預(yù)測0.3～10s周期段的地震動。考慮伽師地區(qū)地震動區(qū)域特征模型之后，地震動的模擬結(jié)果與觀測記錄強度指標(biāo)較好的一致性說明本文給出的伽師地區(qū)地震動區(qū)域特征較為可靠。

為了說明區(qū)域特征對地震動模擬結(jié)果的影響，本文也采用川滇地區(qū)的地震動衰減模型(Xuetal.，2010)代替伽師地區(qū)衰減模型給出了伽師MS6.4地震的地震動(圖8)，衰減模型對高頻地震動(PGA、周期為0.3s的PSA)模擬結(jié)果的影響不明顯，但對遠(yuǎn)場(>60km)低頻地震動(PGV、周期為3.0s的PSA)影響顯著，川滇地區(qū)衰減模型不能有效地反映伽師地區(qū)低頻地震動的遠(yuǎn)場快速衰減特征。

本文從200次震源隨機破裂過程的模擬記錄中選取了與觀測記錄PSA最接近的模擬記錄所對應(yīng)的一次隨機破裂過程(M-65)(圖7)作為伽師MS6.4地震的震源破裂模型，采用本文給出的伽師地區(qū)地震動區(qū)域特征模型，模擬了M-65隨機破裂模型的地震動場，包含了以震中為中心200km范圍內(nèi)輻射狀分布的3i636個虛擬觀測點的水平向加速度時程，虛擬觀測點VS30均設(shè)定為250m/s(相當(dāng)于表2 中Ⅲ類場地VS30的平均值)。圖10 給出了伽師MS6.4地震模擬記錄PGA、PGV、周期為0.3s和3.0s的PSA的空間分布情況，近斷層區(qū)域的PGA>300cm/s2。由于不考慮局部場地條件的影響，遠(yuǎn)場地震動強度指標(biāo)等值線近似為圓形，近場區(qū)域受破裂過程的影響顯著，地震動強度等值線不規(guī)則。

3 結(jié)論

本文利用伽師地區(qū)強震動觀測記錄，基于非參數(shù)譜反演方法分離地震動的震源、傳播路徑和場地影響，建立了體現(xiàn)伽師地區(qū)地震動區(qū)域特征的路徑衰減、路徑持時、場地線性反應(yīng)經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，根?jù)譜反演得到的地震震源譜估計了46次伽師地區(qū)中小地震的地震震源參數(shù)。2020年伽師MS6.4地震的矩震級MW=5.893、拐角頻率fc=0.362Hz、應(yīng)力降Δσ=6.684MPa，利用伽師地區(qū)地震動區(qū)域模型基于隨機有限斷層方法模擬了2020年伽師MS6.4地震的地震動場，取得的主要認(rèn)識如下：

(1)強震動記錄含有地震動的震源、路徑衰減及局部場地影響的重要信息，非參數(shù)譜反演方法能夠從地震動中分離出這些重要信息，進而建立體現(xiàn)地震動區(qū)域特征的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停辉诘卣饎幽M中考慮地震動區(qū)域特征，可以有效地提高模擬結(jié)果的可靠性。

(2)在強震動記錄數(shù)不足以建立地震動預(yù)測模型的地區(qū)，可以利用有限的強震動記錄得到地震動區(qū)域性特征，并給出模擬地震動，結(jié)合少量觀測記錄與大量模擬記錄建立地震動預(yù)測模型。

(3)伽師地區(qū)地震動的近場路徑衰減較慢，由于顯著的非彈性衰減，遠(yuǎn)場路徑衰減較快，伽師地區(qū)的路徑衰減可近似地表示為雙段線性幾何擴散經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃头菑椥运p項的疊加，幾何擴散經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷霓D(zhuǎn)換距離R1=60km，前、后2段的幾何擴散指數(shù)n1和n2分別為0.30和0.59，品質(zhì)因子Q=60.066f0.988；伽師地區(qū)地震動的路徑持時較長，明顯高于四川地區(qū)；對比SS14場地的線性反應(yīng)模型，伽師地區(qū)局部場地對10～30Hz頻段地震動的線性放大效應(yīng)很弱，其他頻段的場地線性反應(yīng)與SS14模型接近。

致謝伽師MS6.4地震虛擬科考工作隊在本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方面給予了協(xié)調(diào)；中國地震局工程力學(xué)研究所 “國家強震動臺網(wǎng)中心”和新疆維吾爾自治區(qū)地震局為本研究提供了強震動觀測數(shù)據(jù)和強震動臺站場地鉆孔資料。在此一并表示感謝!