• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

场地对地震动放大作用的方向相关性研究

卢滔 郭林松 佟鑫 卢玉林 霍敬妍

李裕澈, 时振梁, 曹学锋. 1518年6月22日韩国首尔以西海域——南黄海大震[J]. 震灾防御技术, 2017, 12(2): 363-368. doi: 10.11899/zzfy20170213
引用本文: 卢滔,郭林松,佟鑫,卢玉林,霍敬妍,2022. 场地对地震动放大作用的方向相关性研究. 震灾防御技术,17(3):481−489. doi:10.11899/zzfy20220308. doi: 10.11899/zzfy20220308
Li Yuche, Shi Zhenliang, Cao Xuefeng. The South Yellow Sea Large Earthquake on June 22, 1518 at Offshore to West of Seoul, South Korea[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2017, 12(2): 363-368. doi: 10.11899/zzfy20170213
Citation: Lu Tao, Guo Linsong, Tong Xin, Lu Yulin, Huo Jingyan. Study on Azimuth-related Site Amplification Effect of Seismic Ground Motion[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2022, 17(3): 481-489. doi: 10.11899/zzfy20220308

场地对地震动放大作用的方向相关性研究

doi: 10.11899/zzfy20220308
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金创新团队资助计划项目(ZY20160110);河北省自然科学基金(E2021512002)
详细信息
    作者简介:

    卢滔,男,生于1979年。博士,副教授,硕士生导师。主要从事工程地震理论和应用研究。E-mail:lutao@cidp.edu.cn

Study on Azimuth-related Site Amplification Effect of Seismic Ground Motion

  • 摘要: 现有场地对地震动的放大作用分析中,常采用观测得到正交方向的HVSR和SBSR的矢量合成结果表征场地放大作用,而不考虑放大作用的方向相关性。为研究不同地震作用下场地放大作用的方向相关性,采用多向HVSR和多向SBSR及谱比峰值方向相关分布概率,以11次地震事件获得的地表、井下基岩记录作为数据,开展响嘡场地效应台阵场地对地震动放大作用的方向相关性分析。研究结果表明,常用的矢量合成法分析结果与多向谱比上包络曲线法分析结果存在差异,前者存在忽略部分峰值的可能;多向谱比的极坐标等高线图可较直观地体现场地对地震动放大作用的方向相关性特征,但不同多向谱比表现存在差异;多向谱比峰值方向分布概率可较好地定量分析放大作用峰值在不同方向上的差异,但不同地震事件存在差异,不同的多向谱比存在差异。可采用多向谱比上包络曲线法分析场地放大作用,除可避免矢量合成法引起的误估外,也可更好地分析实际场地频率-方向相关的放大作用。
  • 朝鲜中宗十三年五月十五日/明正德十三年(1518年6月22日),韩国首尔以西海域——南黄海发生大震。黄海位于中国大陆与朝鲜半岛之间。在北部,山东半岛蓬莱角与辽东半岛老铁山岬的连线为黄海与渤海的分界线。在南部,自东边的济州岛,西至长江口一线为黄海与东海的分界线。山东半岛伸入黄海之中,其顶端成山角与朝鲜半岛中部长山串的连线,将黄海分为南黄海和北黄海。黄海地震研究具有重要意义,随着黄海沿海地区和海域的经济建设和社会发展,其防震减灾工作和地震安全性评价工作备受重视(李钦祖等, 1994, 1997)。

    1996年11月9日长江口以东海域MS 6.1地震对中国东部和朝鲜半岛沿岸地区均有影响,在长江口和杭州湾地区所造成的烈度为Ⅳ度(刘昌森等,2002),在韩国西南沿海地区和济州岛的烈度为Ⅲ度(JMA)(李裕澈等,2003)。本文据新补充的史料对1518年6月22日南黄海M 6级历史地震(吴戈等,2001)进行探讨。

    《朝鲜王朝实录》(亦称《李朝实录》)是朝鲜王朝(公元1392年—1910年)的正史,是研究该时期历史的最重要的文献。在《朝鲜王朝实录》(韩国国史编纂委员会,2016)中,有关戊寅年五月癸丑(1518年6月22日)地震记载颇丰。摘录如下:

    (1)中宗十三年(戊寅)/明正德十三年五月癸丑(十五日)记:

    ◎酉时,地大震凡三度,其声殷殷如怒雷,人马辟易,墙屋压颓,城堞坠落,都中之人皆惊慌失色,罔知攸为,终夜露宿,不敢入处其家,故老皆以为古所无也。八道皆同。

    ◎传曰:“今兹地震,实莫大之变。近见,庆尚、忠清二道书状,皆报以地震,不意京师地震,若此之甚。未几,地又大震如初,殿宇掀振。上之所御龙床,如人以手或引或推而掀动。自初至此,凡三震而其余气未绝,俄而复定。”

    ◎黄海道白川郡地圻水涌。

    (2)中宗十三年(戊寅)五月甲寅(十六日)记:

    ◎台谏启曰:“昨夕京师地震,有声如雷,墙屋压毁,人畜辟易者凡五。”

    (3)中宗十三年(戊寅)五月乙卯(十七日)记:

    ◎传于政府曰:“今仍地震,宗庙内栏墙颓败,神驭惊动。今欲行告谢祭,并及文昭、延恩殿及各陵。”

    ◎左议政申用溉上劄曰:“适今,又京师地震,一日三四作,屋舍尽摇,或有倾坏,至颓城堞。”

    ◎忠清道观察使李世鹰遣海美县监曹世健齐地震状以闻。世健曰:“今五月十五日至酉时,有声如雷,自东始起,人不自立,四面城堞相继颓落,牛马皆惊仆,水泉如沸,山石崩落。监司以为莫大之变故,令臣齐启本以闻。”

    ◎夜二鼓,京中地震,声如微雷。黄海道地震,屋宇皆摇,至六月初八日连震。

    (4)中宗十三年(戊寅)五月丙辰(十八日)记:卯时,地又震。

    (5)中宗十三年(戊寅)五月二十日(戊午)记:是日夜,京师地震。

    (6)中宗十三年(戊寅)五月二十一日(己未)记:京师地震。开城府地震。

    (7)中宗十三年(戊寅)五月二十二日(庚申)记:阳智县地震。

    (8)中宗十三年(戊寅)五月三十日(戊辰)记:京畿地震。

    (9)中宗十三年(戊寅)六月初三(辛未)记:京师地震。

    (10)中宗十三年(戊寅)十二月二十五日(庚寅)记:圣节使方有宁,还自京师,上引见,问中原之事。上曰:“中原亦有地震之变否。”有宁曰:“中原亦有地震,而其震与我国同日也。”

    关于中宗十三年(戊寅),明正德十三年五月癸丑(十五日)地震事件,在朝鲜王朝时期其他史料中也有记载。

    (1)《增补文备考》1记载:

    1 朝鲜弘文馆刊行《增补文献备考》。第十卷象纬考十。弘文馆为朝鲜王朝时期朝廷内设机构,管理宫中经书和史籍。

    中宗十三年五月癸丑(十五日),京外地大震四日,太庙殿瓦飘落,阙内墙垣塌倒,民家颓坏,男女老少皆出外露宿,以免复压。

    (2)《龙泉谈寂记》2记载:

    2 金安老著《龙泉谈寂记》。金安老(1481—1537),字头叔,号希和堂、龙泉、退斋,朝鲜王朝中宗时期重臣,曾任右议政和左议政。

    正德戊寅五月望日。“忽地震,有声如雷。天地动跃,殿屋掀盪。如小舠随风浪上下,若将颠覆。人马惊仆,因之气绝者多。城屋颓压,瓮盎骈列者,相触破碎,不可胜数。或止或作,终夜不辍。人皆散出虚庭,以避倾压。自是其势渐杀,而无日不震,竟月始止。八路皆然,前古罕有之异也”。

    (3)《稗官杂记》1记载:

    1 鱼叔权著《稗官杂记》。鱼叔权,号也足堂,朝鲜王朝中期学者,曾任朝廷学官。

    “正德戊寅。地震,有声如牛吼。城垣之坍塌者十中居一二。须臾震四五度。其夜,又震六七度。人家铮铁器皿咸鏗然有声。连十许日,或震或辍。讹言相传云,一元之数将穷。五部官晓谕闾阎,令露宿于外,盖恐遭地震压死也。于是,民愈惑之,相与具酒食偷乐。过一月纔定”。

    (4)《海东杂录》2记载:

    2 权虌著《海东杂录》。权虌,号竹所,朝鲜王朝时期学者。

    “正德戊寅五月十五日。中外地震,京城尤甚,墙屋颓落,人皆奔突”。

    (5)《戊寅日记》3记载:

    3 权拨著《冲斋文集》。卷六,《戊寅日记》。权拨(1478—1548),字仲虚,号冲斋,朝鲜王朝中宗时期政治家。

    《戊寅日记》(自中宗十三年/正德十三年五月十五日至十一月六日)五月十五日记:夕地震,酉时地大震,至夜不止。五月十七日记:酉时,忠清监司李世膺、都事朴世喜遣海美县监曹世健,驰启地震之故。五月十九日记:平安道地震书状又来。五月二十一日记:卯、巳、午地震,夜又震。六月二日记:京畿监司李自华书状来,又江华及南阳地去月二十七日地震;六月七日记:本月初三日京圻乔桐县地震。

    正德十三年(戊寅)五月癸丑(十五日),辽东地震(谢毓寿等,1985吴戈等,1992)。明武宗《正德实录》记载4:正德十三年(戊寅)五月癸丑(十五日)辽东地震。

    4 《大明武宗毅皇帝实录》卷之一,一百六十二页。

    据中国历史地震烈度评定表(顾功叙,1983鄢家全等,2011)评定朝鲜半岛各地烈度。① 京师(首尔)震害最重:“墙屋压颓,城堞坠落”、“城垣之坍塌者十中居一二”、“太庙殿瓦飘落,阙内墙垣塌倒”,烈度达Ⅷ度。② 忠清道海美县:“四面城堞相继颓落,牛马皆惊仆,水泉如沸,山石崩落”,烈度为Ⅶ度。③ 黄海道白川郡:地震、“地圻水涌”,烈度为Ⅵ度。④ 朝鲜“八道5皆震”,波及朝鲜半岛全境。

    5 “八道”、“八路”:在朝鲜王朝时期全国行政区划为八道(京畿道、黄海道、忠清道、全罗道、庆尚道、江原道、平安道和咸镜道),“八道”或“八路”是朝鲜半岛全境的简称。

    中国《明实录》记载正德十三年五月十五日“辽东地震”,明时期辽东属山东省辽东都司,治今辽宁辽阳市。《朝鲜王朝实录》记载中宗十三年(戊寅),明正德十三年五月癸丑(十五日)中国中原“同日地震”。“中原”狭义指河南一带,广义指黄河中下游地区或整个黄河流域。河南郑州和辽东辽阳作为地震记载地点。

    (1)震中位置

    1518年6月22日地震破坏区集中在朝鲜半岛京畿湾(江华湾)的沿岸地区。其中,首尔的烈度最高。推测该地震的震中应在首尔以西海域——南黄海。朝鲜半岛属于阿穆尔板块,其西南边界在朝鲜半岛以西,贯穿整个南黄海1。在这个板块边界(离散型板块边界)上有可能发生大震。据郝天珧等(2002, 2003)的研究成果可知,在黄海有一条南北向的朝鲜半岛西缘断裂带(南黄海东缘断裂带),是黄海中一条重要的断裂带,北端起自西朝鲜湾,向南至大黑山群岛附近海域后略向西偏,南端可达33°N附近,该断裂带在36°—37°N附近有所错动,断裂表现出右行走滑断层的特点。朝鲜半岛西缘断裂带的位置与阿穆尔板块的西南边界大体吻合,朝鲜半岛西缘断裂带可能是此板块边界的断裂带。1518年6月22日地震可能与该断裂带活动有关,将震中定于其附近,即36.5°N,125.2°E(精度≥100km,见图 1)。

    图 1  1518年6月22日地震记载地点及震中位置(底图:明时期历史地理图,谭其骧,1982
    Figure 1.  The places recorded in the historical documents about the June 22, 1518 earthquake and the epicenter (The base map of the Ming Dynasty historical geography by Tan, 1982)
    ① 京师(首尔);② 忠清道海美;③ 黄海道白川;④ 庆尚道;⑤ 平安道;⑥ 辽东辽阳;⑦ 中原地区;⑧ 朝鲜半岛西缘断层(南黄海东缘断层)

    1 http://commons.wikipedia.org/wiki/File:Tectonic_plates_boundaries_detailed_en.svg

    (2)地震规模

    因资料所限不能勾画出1518年6月22日地震较完整的有感范围,给评定地震规模带来较大的不确定性。迄今所知的黄海发生的最大历史地震为1846年8月4日M 7地震(国家地震局震害防御司,1995刘昌森等,2002),在此将1518年6月22日地震与1846年8月4日南黄海M 7级地震进行比较:① 2个地震在中国东部和朝鲜半岛西部沿海地区的烈度。1518年地震在朝鲜半岛西部沿海地区造成破坏,在首尔的烈度达Ⅷ度。而1846年地震在江、浙地区的最大烈度仅为Ⅴ度,在朝鲜半岛仅首尔有感,说明前者强度明显大于后者。② 有感范围的比较。1846年南黄海M 7级地震有感范围的东西向最大距离不到900km,而1518年地震有感范围自郑州至朝鲜半岛庆尚道大邱的距离约为1300km,说明1518年地震规模大于1846年地震。若以韩国首尔至中国辽阳的距离作为1518年地震有感半径的近似值,则其约为550km。据中国东部历史地震有感半径与震级关系的经验公式(汪素云等,1992),M 7和M 7地震的平均有感半径分别为450km和590km。综合考虑,将1518年6月22日地震震级估定为M 7级。

    根据朝鲜和中国史料的分析研究,可得出如下认识:

    1518年6月22日韩国首尔以西海域——南黄海发生的地震是一次大震,波及朝鲜半岛全境,还影响到中国东部地区。朝鲜半岛等黄海沿海地区遭受破坏,首尔的烈度达Ⅷ度。余震持一个多月。地震震级定为M 7级。

    1518年6月22日地震可能与朝鲜半岛西缘断裂带(南黄海东缘断裂带)活动有关,震中定于其附近(36.5°N,125.2°E)。

  • 图  1  多向HVSR极坐标等高线图和上包络曲线

    Figure  1.  Azimuth-related HVSR polar contour map and upper envelope

    图  2  多向HVSR峰值点分布散点图和方位角相关统计分布概率图

    Figure  2.  Peak value point distribution scatter of azimuth-related HVSR in 0-5 Hz range and the histogram of azimuth-related distribution probability

    图  3  根据弱震记录计算得到的HVSR和SBSR均值曲线

    Figure  3.  Mean HVSR and SBSR curve from different algorithms and different events

    图  4  HVSR均值、SBSR均值和理论传递函数及理论SBSR的对比

    Figure  4.  Comparison of the mean of HVSR, SBSR, theoretical transfer function, and SBSR

    图  5  全部地震记录多向HVSR和多向SBSR峰值点角度相关分布概率

    注:图中红色为HVSR数据,蓝色为SBSR,紫色为二者相同重叠部分

    Figure  5.  Peak value point distribution probability of azimuth-related HVSR and SBSR based on 11 earthquake events

    图  6  单次地震记录多向HVSR峰值点角度相关分布概率和全部记录分布概率对比

    注:彩色柱状图为单次地震记录结果,灰色为全部地震记录结果

    Figure  6.  Peak value point distribution probability of azimuth-related HVSR from single event and all events

    图  7  单次地震记录多向SBSR峰值点角度相关分布概率和全部记录分布概率对比

    注:彩色柱状图为单次地震记录结果,灰色为全部地震记录结果

    Figure  7.  Peak value point distribution probability of azimuth-related SBSR from single event and all events

    图  8  2种计算方法得到的典型地震记录HVSR和SBSR差异比较

    Figure  8.  Comparison of HVSR and SBSR by 2 different algorithms from the records in typical earthquake event

    图  9  典型地震记录HVSR和SBSR峰值点角度相关分布概率差异比较

    Figure  9.  Comparison of peak value point distribution probability of azimuth-related HVSR and SBSR from the records in typical earthquake event

    表  1  本文选用记录对应的地震事件相关参数

    Table  1.   Parameter of the earthquake events selected in this work

    发震时间/(年-月-日)震中位置震级ML震源深度/km震源关系PGA/Gal
    纬度/°经度/°地点震中距离/km方位角/°EW向NS向
    2001-07-11北纬39.75东经118.28陡河3.5536.4278.96.228.30
    2001-10-22北纬39.78东经118.70滦县3.18.9018.4111.58
    2001-12-28北纬39.67东经118.65滦县4.2125.4232.297.96161.71
    2002-01-30北纬39.68东经118.25唐山3.338.7266.93.104.75
    2002-02-09北纬39.77东经118.37陡河4.029.3285.513.6118.51
    2002-05-06北纬39.80东经118.77滦县3.812.628.448.8060.00
    2002-05-19北纬39.37东经117.98丰南4.771.9239.65.846.83
    2002-06-06北纬39.70东经118.75滦县2.764.390.05.806.90
    2002-06-20北纬39.88东经118.78卢龙2.8921.118.98.957.32
    2002-07-20北纬39.85东经118.75沙河驿3.31017.214.46.3012.40
    2002-11-13北纬39.77东经118.63滦县3.0159.8322.48.657.55
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  • 收稿日期:  2022-06-23
  • 刊出日期:  2022-09-30

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