地震安全性評(píng)價(jià)中地震動(dòng)衰減關(guān)系的類型及其選?、?/h1>
2013-09-06 10:36:16陳宇軍鄧曉華楊雅瓊
地震工程學(xué)報(bào) 2013年3期
文 雯，陳宇軍，王 玨，鄧曉華，楊雅瓊
（1．中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026；2．云南省地震局，云南 昆明 650224；3．中國地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450023；4．河北省地震局，河北 石家莊 050021）
0 引言
目前的地震安全性評(píng)價(jià)工作仍然是以地震危險(xiǎn)性概率分析方法（CPSHA）為主，在這一方法中基巖地震動(dòng)衰減關(guān)系的選取是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其適宜性直接關(guān)系到地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。實(shí)際工作中，通常主要考慮評(píng)價(jià)區(qū)域的地震強(qiáng)度、震源深度、衰減特性等等是否與用來擬合衰減關(guān)系的地震資料特性相一致，常常忽視了衰減關(guān)系的類型也應(yīng)是影響衰減關(guān)系適宜性的重要因素。
隨著強(qiáng)震記錄的不斷增加以及有關(guān)震源物理方面的深入研究，眾多學(xué)者建立了大量的基巖地震動(dòng)衰減關(guān)系［1－4］。這些衰減關(guān)系呈現(xiàn)出不同的類型。本文首先回顧衰減關(guān)系的演變過程，進(jìn)而分析不同類型衰減關(guān)系的特點(diǎn)，然后以兩個(gè)工程實(shí)例介紹不同類型衰減關(guān)系的應(yīng)用。
1 地震動(dòng)衰減關(guān)系的演變
早期的衰減關(guān)系簡(jiǎn)單的表達(dá)為震級(jí)和距離的函數(shù)，地震動(dòng)的對(duì)數(shù)滿足隨震級(jí)增大而線性增大，隨距離的對(duì)數(shù)增大而減小的衰減規(guī)律。幾個(gè)有代表性的早期的衰減關(guān)系如下：
麥圭爾
巴蒂斯
胡聿賢
上述麥圭爾的衰減關(guān)系是最簡(jiǎn)單最直觀的，也符合中、小地震記錄不十分充足情況下實(shí)際數(shù)據(jù)的分布情況，寫成一般的形式為
人們很快發(fā)現(xiàn)在震中區(qū)R＝0處式（4）在數(shù)學(xué)上不能成立，為了滿足數(shù)學(xué)上的合理性，將（4）式改寫成
胡、巴蒂斯的衰減關(guān)系即為此種形式，R0的數(shù)值一般在10～30之間，這里胡假定R0＝30，巴蒂斯假定R0＝25，可能是出于對(duì)震源深度的考慮。
隨后獲得的地震記錄，特別是大震的記錄，用上述簡(jiǎn)單，直觀的衰減形式無法解釋。如地震動(dòng)并不隨震級(jí)增大而顯著增加，在震中區(qū)亦并不隨距離減小而顯著增大的情況，更有學(xué)者認(rèn)為震中區(qū)的地震動(dòng)與震級(jí)無關(guān)。將式（5）改寫成更一般的形式為
設(shè)R＝0，則lnY＝C1＋C2M＋C4lnC5＋C4C6M。由此式可以看出，地震動(dòng)的對(duì)數(shù)隨震級(jí)增大而線性增大。令C2＝－C4C6，則
即震中區(qū)的地震動(dòng)與震級(jí)無關(guān)。
D為斷層距，在震中區(qū)D＝0處Y是常量，與震級(jí)無關(guān)。
在震中區(qū)地震動(dòng)與震級(jí)無關(guān)的觀點(diǎn)令人難以接受，但震中區(qū)地震動(dòng)不隨震級(jí)加大的結(jié)論也得到了部分強(qiáng)震記錄的印證。從式（5）看出，在相同的距離上即R相同時(shí)地震動(dòng)參數(shù)的對(duì)數(shù)值隨震級(jí)線性增大，且不同震級(jí)的地震動(dòng)衰減曲線互相平行。而世界各地的強(qiáng)震記錄表明，地震動(dòng)并不隨震級(jí)線性增加，特別是控制加速度的高頻地震動(dòng)在大震級(jí)情況下趨于飽和，震源物理理論結(jié)合實(shí)際發(fā)生的強(qiáng)震記錄給出了理論上的解釋，也得到了廣泛的認(rèn)同。新的地震動(dòng)衰減關(guān)系形式為
式（9）中的第三項(xiàng)C3M2是震級(jí)M的非線性衰減因素。地震動(dòng)隨M增加的同時(shí)，其增加的幅值隨M的增大而迅速減少，不同震級(jí)的衰減曲線彼此靠近，這與實(shí)際強(qiáng)震記錄的衰減曲線形狀相符，故一般稱C3M2項(xiàng)為高頻地震動(dòng)的震級(jí)飽和因子。式（9）中的R0＝C5eC6M。根據(jù)對(duì)潛在震源的理解，潛源范圍內(nèi)都是各級(jí)地震的震中區(qū)，其規(guī)模相當(dāng)于各震級(jí)震源體尺度，震源體各部具有震級(jí)、頻度相同的發(fā)震條件，所以與震源體尺度相當(dāng)?shù)恼鹬袇^(qū)內(nèi)地震動(dòng)基本相同。這樣，R0便與震級(jí)M相連，即與震源體尺度大小相連，是個(gè)距離因子，它起到在震源體尺度范圍內(nèi)，即在震中區(qū)內(nèi)地震動(dòng)不因地點(diǎn)不同而不同。這也與實(shí)際記錄相符，故稱R0為加速度近場(chǎng)飽和因子。C3M2和C5eC6M聯(lián)合作用有力抑制了高震級(jí)情況下近場(chǎng)地震動(dòng)過大的虛假信息，達(dá)到與實(shí)際情況相符的水平。
2 地震動(dòng)衰減關(guān)系類型的選取
縱觀地震動(dòng)衰減研究的演進(jìn)過程，目前有三種類型：
對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)工作時(shí)，衰減關(guān)系的適宜與否與建立衰減關(guān)系的數(shù)據(jù)集有關(guān)，也與其類型有關(guān)。因此在評(píng)價(jià)衰減關(guān)系的適宜性時(shí)也應(yīng)對(duì)衰減關(guān)系的類型加以考慮。應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地所處的地震環(huán)境與主要潛源的相對(duì)位置選擇地震動(dòng)衰減關(guān)系的類型。
如上一節(jié)所述，I型衰減是衰減關(guān)系較為早期的形式，在震源體尺度的考慮上較Ⅱ型、Ⅲ型差，與目前實(shí)際記錄到的強(qiáng)震記錄較為不合，因而通常不予選用。下面主要對(duì)Ⅱ型、Ⅲ型衰減關(guān)系做一分析比較。
選取俞言祥研究員的西部地區(qū)水平向基巖加速度峰值衰減關(guān)系［3］和西南地區(qū)水平向基巖加速度峰值衰減關(guān)系①俞言祥．昆明市呈貢新區(qū)地震小區(qū)劃（二期）報(bào)告．中國地震局地球物理研究所，2008．（表1）分別代表Ⅱ、Ⅲ型衰減加以對(duì)比分析，并以實(shí)際工作中的兩個(gè)例子進(jìn)行說明。
表1 地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系Table 1 Attenuation relations of peak acceleration
這兩套衰減關(guān)系基于的數(shù)據(jù)集和轉(zhuǎn)換方法具有一定的共同性，兩衰減關(guān)系的短周期部分都是采用我國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖編制工作時(shí)使用的美國西部地區(qū)強(qiáng)震資料建立，而長(zhǎng)周期部分亦同是采用美國南加州地區(qū)數(shù)字寬頻帶記錄建立。綜合得到的參考區(qū)水平向基巖加速度反應(yīng)譜衰減關(guān)系，使用的強(qiáng)震數(shù)據(jù)均包括了如1989年Loma Prieta地震、1992年Landers地震、1994年 Northridge地震、1999年Hector Mine地震等大震中獲得的較多強(qiáng)震記錄。參考地區(qū)的烈度衰減關(guān)系則采用了Chandra的結(jié)果［10］。采用胡聿賢等［11］提出的轉(zhuǎn)換方法得到的反應(yīng)譜衰減關(guān)系。因此，兩套衰減關(guān)系在類型上具有一定的可比性。
圖1（a）和（b）分別為上述兩種衰減關(guān)系長(zhǎng)軸方向和短軸方向一定震級(jí)的衰減曲線對(duì)比圖。當(dāng)M＝8時(shí)，Ⅱ型衰減與Ⅲ型衰減隨距離變化的曲線形態(tài)相似，但Ⅱ型衰減曲線位于Ⅲ型衰減曲線的上方，即同距離處Ⅱ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅲ型的大。當(dāng)M＝7時(shí)，在近距離處Ⅱ型曲線與Ⅲ型曲線幾近重合，R＝1時(shí)Ⅱ型衰減對(duì)應(yīng)的峰值加速度約為791 gal，Ⅲ型衰減對(duì)應(yīng)的峰值加速度約為834gal，數(shù)值上Ⅲ型略大些；長(zhǎng)軸方向在R＞15km后，短軸方向在R＞5km后，同距離處Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型小，可看出Ⅲ型較Ⅱ型衰減的快。當(dāng)M＝6時(shí)，長(zhǎng)軸方向在R＜15km時(shí)，同距離處Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型大，在R＞15km后，同距離處Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型??；短軸方向與M＝7情況類似，在近距離處兩種曲線幾近重合，數(shù)值上Ⅲ型略大些，在距離大于某一數(shù)值后Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型小?？偟目磥恚笮洼^Ⅱ型衰減的快，隨著距離的增大均出現(xiàn)Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型小的狀態(tài)。在地震安全性評(píng)價(jià)中，如偏于保守的角度考慮，評(píng)價(jià)近距離處潛源的影響應(yīng)選用Ⅲ型衰減關(guān)系，而評(píng)價(jià)遠(yuǎn)距離處潛源的影響則應(yīng)選用Ⅱ型衰減關(guān)系。
圖1 兩種衰減關(guān)系的對(duì)比Fig．1 Comparison of attenuation relation between two types
在近距離處，如距離為1km時(shí)，Ⅲ型由于考慮了高頻地震動(dòng)震級(jí)飽和因子C3M2項(xiàng)，各震級(jí)對(duì)應(yīng)的峰值之差Ⅲ型較Ⅱ型的小，Ⅲ型衰減與實(shí)際強(qiáng)震記錄近距離處地震動(dòng)并不隨震級(jí)增大而顯著增加的情況是相符的。以M＝8．0，R＝1．1km為例，取長(zhǎng)軸方向，Ⅱ型衰減關(guān)系得到震中處的地震動(dòng)值為1 236gal，而Ⅲ型的結(jié)果為933gal，二者的比值高達(dá)1．3倍。2008年汶川8．0級(jí)地震，距發(fā)震斷層南端1．1km處的四川臥龍臺(tái)的記錄，最大水平加速度為957gal，顯然Ⅲ型的更為接近。因此在地震安全性評(píng)價(jià)中，從接近實(shí)際強(qiáng)震記錄的角度考慮，工程場(chǎng)地與主要影響潛源距離較近的情況下，應(yīng)選用Ⅲ型衰減關(guān)系。
上述分析表明，無論是從保守角度，還是從接近實(shí)際強(qiáng)震記錄的角度考慮，近距離情況下都應(yīng)選用Ⅲ型衰減關(guān)系；而遠(yuǎn)距離情況下則可保守考慮采用Ⅱ型衰減。
3 工程實(shí)例
3．1 貴陽市某工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)
貴陽市某工程場(chǎng)地地理位置為106．71°，26．58°。圖2為場(chǎng)地附近150km范圍內(nèi)潛在震源區(qū)劃分圖。從圖上看，距工程場(chǎng)地最近的潛源為7號(hào)源，震級(jí)上限6．0級(jí)，最近距離約20km；其他潛源均距場(chǎng)地較遠(yuǎn)，震級(jí)上限不超過6．5級(jí)。震級(jí)上限最大的潛源為6號(hào)源，與場(chǎng)地的最近距離140多公里。
圖2 貴陽市某工程場(chǎng)地潛在震源區(qū)劃分圖Fig．2 Zoning of potential seismic source zones for an engineering site of Guiyang city
將工程場(chǎng)地所在位置輸入危險(xiǎn)性分析程序，僅改變衰減關(guān)系，其他參數(shù)不變，Ⅱ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為51gal，Ⅲ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為37gal。從偏于安全的角度考慮，應(yīng)選擇Ⅱ型衰減可得到符合工程場(chǎng)地的基巖峰值加速度。如選擇Ⅲ型衰減，則會(huì)使基巖加速度過小。
3．2 昆明市某工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)
昆明市某工程場(chǎng)地地理位置為102．72°，26．05°。圖3為場(chǎng)地附近150km范圍內(nèi)潛在震源區(qū)劃分圖。由圖看出工程場(chǎng)地完全處于震級(jí)上限為7．0級(jí)潛源內(nèi)，東距14號(hào)8．0級(jí)潛源約18km，北距11號(hào)6．5級(jí)潛源約4km。場(chǎng)地處于近距離大震的環(huán)境中，須考慮高頻地震動(dòng)震級(jí)飽和因子C3M2項(xiàng)。
圖3 昆明市某工程場(chǎng)地潛在震源區(qū)劃分圖Fig．3 Zoning of potential seismic source zones for an engineering site in Kunming city
將工程場(chǎng)地所在位置輸入危險(xiǎn)性分析程序，僅改變衰減關(guān)系，其他參數(shù)不變，Ⅱ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為255 gal，Ⅲ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為189gal。綜合場(chǎng)地所處的位置與緊鄰8．0級(jí)潛源的地震環(huán)境，應(yīng)選?、笮退p。
4 結(jié)束語
本文通過對(duì)衰減關(guān)系發(fā)展的不同類型的敘述、分析，說明了衰減關(guān)系中高頻地震動(dòng)的震級(jí)飽和因子和加速度近場(chǎng)飽和因子的由來和作用，這兩個(gè)因子聯(lián)合作用有力抑制了高震級(jí)情況下近場(chǎng)地震動(dòng)過大的虛假信息，達(dá)到與實(shí)際情況相符的水平。并以實(shí)例說明在地震安全性評(píng)價(jià)工作中，在考慮建立衰減關(guān)系的數(shù)據(jù)集與被評(píng)價(jià)場(chǎng)地的適宜性之外，應(yīng)根據(jù)不同的地震環(huán)境，選擇不同的衰減關(guān)系類型。
當(dāng)然，地震動(dòng)衰減關(guān)系式建立在強(qiáng)震記錄資料的基礎(chǔ)之上，衰減關(guān)系的類型和建立衰減關(guān)系的數(shù)據(jù)集常常是綜合在一起，難以分離開來看的。上述的分析并不能完全排除數(shù)據(jù)集的影響，但是類型對(duì)衰減關(guān)系的影響仍是明顯的。
每當(dāng)獲得一批有價(jià)值的強(qiáng)震記錄，就會(huì)推動(dòng)研究的進(jìn)一步發(fā)展。地震動(dòng)衰減關(guān)系的類型也將隨著地震觀測(cè)資料的日益豐富逐漸演變，期待更新更好的衰減關(guān)系類型的出現(xiàn)。
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文 雯，陳宇軍，王 玨，鄧曉華，楊雅瓊
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0 引言
目前的地震安全性評(píng)價(jià)工作仍然是以地震危險(xiǎn)性概率分析方法（CPSHA）為主，在這一方法中基巖地震動(dòng)衰減關(guān)系的選取是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其適宜性直接關(guān)系到地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。實(shí)際工作中，通常主要考慮評(píng)價(jià)區(qū)域的地震強(qiáng)度、震源深度、衰減特性等等是否與用來擬合衰減關(guān)系的地震資料特性相一致，常常忽視了衰減關(guān)系的類型也應(yīng)是影響衰減關(guān)系適宜性的重要因素。
隨著強(qiáng)震記錄的不斷增加以及有關(guān)震源物理方面的深入研究，眾多學(xué)者建立了大量的基巖地震動(dòng)衰減關(guān)系［1－4］。這些衰減關(guān)系呈現(xiàn)出不同的類型。本文首先回顧衰減關(guān)系的演變過程，進(jìn)而分析不同類型衰減關(guān)系的特點(diǎn)，然后以兩個(gè)工程實(shí)例介紹不同類型衰減關(guān)系的應(yīng)用。
1 地震動(dòng)衰減關(guān)系的演變
早期的衰減關(guān)系簡(jiǎn)單的表達(dá)為震級(jí)和距離的函數(shù)，地震動(dòng)的對(duì)數(shù)滿足隨震級(jí)增大而線性增大，隨距離的對(duì)數(shù)增大而減小的衰減規(guī)律。幾個(gè)有代表性的早期的衰減關(guān)系如下：
麥圭爾
巴蒂斯
胡聿賢
上述麥圭爾的衰減關(guān)系是最簡(jiǎn)單最直觀的，也符合中、小地震記錄不十分充足情況下實(shí)際數(shù)據(jù)的分布情況，寫成一般的形式為
人們很快發(fā)現(xiàn)在震中區(qū)R＝0處式（4）在數(shù)學(xué)上不能成立，為了滿足數(shù)學(xué)上的合理性，將（4）式改寫成
胡、巴蒂斯的衰減關(guān)系即為此種形式，R0的數(shù)值一般在10～30之間，這里胡假定R0＝30，巴蒂斯假定R0＝25，可能是出于對(duì)震源深度的考慮。
隨后獲得的地震記錄，特別是大震的記錄，用上述簡(jiǎn)單，直觀的衰減形式無法解釋。如地震動(dòng)并不隨震級(jí)增大而顯著增加，在震中區(qū)亦并不隨距離減小而顯著增大的情況，更有學(xué)者認(rèn)為震中區(qū)的地震動(dòng)與震級(jí)無關(guān)。將式（5）改寫成更一般的形式為
設(shè)R＝0，則lnY＝C1＋C2M＋C4lnC5＋C4C6M。由此式可以看出，地震動(dòng)的對(duì)數(shù)隨震級(jí)增大而線性增大。令C2＝－C4C6，則
即震中區(qū)的地震動(dòng)與震級(jí)無關(guān)。
D為斷層距，在震中區(qū)D＝0處Y是常量，與震級(jí)無關(guān)。
在震中區(qū)地震動(dòng)與震級(jí)無關(guān)的觀點(diǎn)令人難以接受，但震中區(qū)地震動(dòng)不隨震級(jí)加大的結(jié)論也得到了部分強(qiáng)震記錄的印證。從式（5）看出，在相同的距離上即R相同時(shí)地震動(dòng)參數(shù)的對(duì)數(shù)值隨震級(jí)線性增大，且不同震級(jí)的地震動(dòng)衰減曲線互相平行。而世界各地的強(qiáng)震記錄表明，地震動(dòng)并不隨震級(jí)線性增加，特別是控制加速度的高頻地震動(dòng)在大震級(jí)情況下趨于飽和，震源物理理論結(jié)合實(shí)際發(fā)生的強(qiáng)震記錄給出了理論上的解釋，也得到了廣泛的認(rèn)同。新的地震動(dòng)衰減關(guān)系形式為
式（9）中的第三項(xiàng)C3M2是震級(jí)M的非線性衰減因素。地震動(dòng)隨M增加的同時(shí)，其增加的幅值隨M的增大而迅速減少，不同震級(jí)的衰減曲線彼此靠近，這與實(shí)際強(qiáng)震記錄的衰減曲線形狀相符，故一般稱C3M2項(xiàng)為高頻地震動(dòng)的震級(jí)飽和因子。式（9）中的R0＝C5eC6M。根據(jù)對(duì)潛在震源的理解，潛源范圍內(nèi)都是各級(jí)地震的震中區(qū)，其規(guī)模相當(dāng)于各震級(jí)震源體尺度，震源體各部具有震級(jí)、頻度相同的發(fā)震條件，所以與震源體尺度相當(dāng)?shù)恼鹬袇^(qū)內(nèi)地震動(dòng)基本相同。這樣，R0便與震級(jí)M相連，即與震源體尺度大小相連，是個(gè)距離因子，它起到在震源體尺度范圍內(nèi)，即在震中區(qū)內(nèi)地震動(dòng)不因地點(diǎn)不同而不同。這也與實(shí)際記錄相符，故稱R0為加速度近場(chǎng)飽和因子。C3M2和C5eC6M聯(lián)合作用有力抑制了高震級(jí)情況下近場(chǎng)地震動(dòng)過大的虛假信息，達(dá)到與實(shí)際情況相符的水平。
2 地震動(dòng)衰減關(guān)系類型的選取
縱觀地震動(dòng)衰減研究的演進(jìn)過程，目前有三種類型：
對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)工作時(shí)，衰減關(guān)系的適宜與否與建立衰減關(guān)系的數(shù)據(jù)集有關(guān)，也與其類型有關(guān)。因此在評(píng)價(jià)衰減關(guān)系的適宜性時(shí)也應(yīng)對(duì)衰減關(guān)系的類型加以考慮。應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地所處的地震環(huán)境與主要潛源的相對(duì)位置選擇地震動(dòng)衰減關(guān)系的類型。
如上一節(jié)所述，I型衰減是衰減關(guān)系較為早期的形式，在震源體尺度的考慮上較Ⅱ型、Ⅲ型差，與目前實(shí)際記錄到的強(qiáng)震記錄較為不合，因而通常不予選用。下面主要對(duì)Ⅱ型、Ⅲ型衰減關(guān)系做一分析比較。
選取俞言祥研究員的西部地區(qū)水平向基巖加速度峰值衰減關(guān)系［3］和西南地區(qū)水平向基巖加速度峰值衰減關(guān)系①俞言祥．昆明市呈貢新區(qū)地震小區(qū)劃（二期）報(bào)告．中國地震局地球物理研究所，2008．（表1）分別代表Ⅱ、Ⅲ型衰減加以對(duì)比分析，并以實(shí)際工作中的兩個(gè)例子進(jìn)行說明。
表1 地震動(dòng)峰值加速度衰減關(guān)系Table 1 Attenuation relations of peak acceleration
這兩套衰減關(guān)系基于的數(shù)據(jù)集和轉(zhuǎn)換方法具有一定的共同性，兩衰減關(guān)系的短周期部分都是采用我國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖編制工作時(shí)使用的美國西部地區(qū)強(qiáng)震資料建立，而長(zhǎng)周期部分亦同是采用美國南加州地區(qū)數(shù)字寬頻帶記錄建立。綜合得到的參考區(qū)水平向基巖加速度反應(yīng)譜衰減關(guān)系，使用的強(qiáng)震數(shù)據(jù)均包括了如1989年Loma Prieta地震、1992年Landers地震、1994年 Northridge地震、1999年Hector Mine地震等大震中獲得的較多強(qiáng)震記錄。參考地區(qū)的烈度衰減關(guān)系則采用了Chandra的結(jié)果［10］。采用胡聿賢等［11］提出的轉(zhuǎn)換方法得到的反應(yīng)譜衰減關(guān)系。因此，兩套衰減關(guān)系在類型上具有一定的可比性。
圖1（a）和（b）分別為上述兩種衰減關(guān)系長(zhǎng)軸方向和短軸方向一定震級(jí)的衰減曲線對(duì)比圖。當(dāng)M＝8時(shí)，Ⅱ型衰減與Ⅲ型衰減隨距離變化的曲線形態(tài)相似，但Ⅱ型衰減曲線位于Ⅲ型衰減曲線的上方，即同距離處Ⅱ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅲ型的大。當(dāng)M＝7時(shí)，在近距離處Ⅱ型曲線與Ⅲ型曲線幾近重合，R＝1時(shí)Ⅱ型衰減對(duì)應(yīng)的峰值加速度約為791 gal，Ⅲ型衰減對(duì)應(yīng)的峰值加速度約為834gal，數(shù)值上Ⅲ型略大些；長(zhǎng)軸方向在R＞15km后，短軸方向在R＞5km后，同距離處Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型小，可看出Ⅲ型較Ⅱ型衰減的快。當(dāng)M＝6時(shí)，長(zhǎng)軸方向在R＜15km時(shí)，同距離處Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型大，在R＞15km后，同距離處Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型??；短軸方向與M＝7情況類似，在近距離處兩種曲線幾近重合，數(shù)值上Ⅲ型略大些，在距離大于某一數(shù)值后Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型小?？偟目磥恚笮洼^Ⅱ型衰減的快，隨著距離的增大均出現(xiàn)Ⅲ型對(duì)應(yīng)的峰值加速度較Ⅱ型小的狀態(tài)。在地震安全性評(píng)價(jià)中，如偏于保守的角度考慮，評(píng)價(jià)近距離處潛源的影響應(yīng)選用Ⅲ型衰減關(guān)系，而評(píng)價(jià)遠(yuǎn)距離處潛源的影響則應(yīng)選用Ⅱ型衰減關(guān)系。
圖1 兩種衰減關(guān)系的對(duì)比Fig．1 Comparison of attenuation relation between two types
在近距離處，如距離為1km時(shí)，Ⅲ型由于考慮了高頻地震動(dòng)震級(jí)飽和因子C3M2項(xiàng)，各震級(jí)對(duì)應(yīng)的峰值之差Ⅲ型較Ⅱ型的小，Ⅲ型衰減與實(shí)際強(qiáng)震記錄近距離處地震動(dòng)并不隨震級(jí)增大而顯著增加的情況是相符的。以M＝8．0，R＝1．1km為例，取長(zhǎng)軸方向，Ⅱ型衰減關(guān)系得到震中處的地震動(dòng)值為1 236gal，而Ⅲ型的結(jié)果為933gal，二者的比值高達(dá)1．3倍。2008年汶川8．0級(jí)地震，距發(fā)震斷層南端1．1km處的四川臥龍臺(tái)的記錄，最大水平加速度為957gal，顯然Ⅲ型的更為接近。因此在地震安全性評(píng)價(jià)中，從接近實(shí)際強(qiáng)震記錄的角度考慮，工程場(chǎng)地與主要影響潛源距離較近的情況下，應(yīng)選用Ⅲ型衰減關(guān)系。
上述分析表明，無論是從保守角度，還是從接近實(shí)際強(qiáng)震記錄的角度考慮，近距離情況下都應(yīng)選用Ⅲ型衰減關(guān)系；而遠(yuǎn)距離情況下則可保守考慮采用Ⅱ型衰減。
3 工程實(shí)例
3．1 貴陽市某工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)
貴陽市某工程場(chǎng)地地理位置為106．71°，26．58°。圖2為場(chǎng)地附近150km范圍內(nèi)潛在震源區(qū)劃分圖。從圖上看，距工程場(chǎng)地最近的潛源為7號(hào)源，震級(jí)上限6．0級(jí)，最近距離約20km；其他潛源均距場(chǎng)地較遠(yuǎn)，震級(jí)上限不超過6．5級(jí)。震級(jí)上限最大的潛源為6號(hào)源，與場(chǎng)地的最近距離140多公里。
圖2 貴陽市某工程場(chǎng)地潛在震源區(qū)劃分圖Fig．2 Zoning of potential seismic source zones for an engineering site of Guiyang city
將工程場(chǎng)地所在位置輸入危險(xiǎn)性分析程序，僅改變衰減關(guān)系，其他參數(shù)不變，Ⅱ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為51gal，Ⅲ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為37gal。從偏于安全的角度考慮，應(yīng)選擇Ⅱ型衰減可得到符合工程場(chǎng)地的基巖峰值加速度。如選擇Ⅲ型衰減，則會(huì)使基巖加速度過小。
3．2 昆明市某工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)
昆明市某工程場(chǎng)地地理位置為102．72°，26．05°。圖3為場(chǎng)地附近150km范圍內(nèi)潛在震源區(qū)劃分圖。由圖看出工程場(chǎng)地完全處于震級(jí)上限為7．0級(jí)潛源內(nèi)，東距14號(hào)8．0級(jí)潛源約18km，北距11號(hào)6．5級(jí)潛源約4km。場(chǎng)地處于近距離大震的環(huán)境中，須考慮高頻地震動(dòng)震級(jí)飽和因子C3M2項(xiàng)。
圖3 昆明市某工程場(chǎng)地潛在震源區(qū)劃分圖Fig．3 Zoning of potential seismic source zones for an engineering site in Kunming city
將工程場(chǎng)地所在位置輸入危險(xiǎn)性分析程序，僅改變衰減關(guān)系，其他參數(shù)不變，Ⅱ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為255 gal，Ⅲ型衰減得到的工程場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度約為189gal。綜合場(chǎng)地所處的位置與緊鄰8．0級(jí)潛源的地震環(huán)境，應(yīng)選?、笮退p。
4 結(jié)束語
本文通過對(duì)衰減關(guān)系發(fā)展的不同類型的敘述、分析，說明了衰減關(guān)系中高頻地震動(dòng)的震級(jí)飽和因子和加速度近場(chǎng)飽和因子的由來和作用，這兩個(gè)因子聯(lián)合作用有力抑制了高震級(jí)情況下近場(chǎng)地震動(dòng)過大的虛假信息，達(dá)到與實(shí)際情況相符的水平。并以實(shí)例說明在地震安全性評(píng)價(jià)工作中，在考慮建立衰減關(guān)系的數(shù)據(jù)集與被評(píng)價(jià)場(chǎng)地的適宜性之外，應(yīng)根據(jù)不同的地震環(huán)境，選擇不同的衰減關(guān)系類型。
當(dāng)然，地震動(dòng)衰減關(guān)系式建立在強(qiáng)震記錄資料的基礎(chǔ)之上，衰減關(guān)系的類型和建立衰減關(guān)系的數(shù)據(jù)集常常是綜合在一起，難以分離開來看的。上述的分析并不能完全排除數(shù)據(jù)集的影響，但是類型對(duì)衰減關(guān)系的影響仍是明顯的。
每當(dāng)獲得一批有價(jià)值的強(qiáng)震記錄，就會(huì)推動(dòng)研究的進(jìn)一步發(fā)展。地震動(dòng)衰減關(guān)系的類型也將隨著地震觀測(cè)資料的日益豐富逐漸演變，期待更新更好的衰減關(guān)系類型的出現(xiàn)。
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