2018, Vol. 38
2. 湖北省地震局，武汉市洪山侧路40号，430071
“武汉城市圈地震预警与烈度速报示范工程”项目于2014-07-03完成专家论证，项目一期于2015年在湖北省现有测震台网基础上完成了33个武汉城市圈、三峡等重点区域部分基准站和基本站的改扩建和入网工作，项目二期在武汉城市圈、三峡库区、丹江库区新建了200个一般站和15个基本站，项目二期已于2017-03完成所有仪器的安装及入网调试。目前，武汉城市圈地震预警与烈度速报示范工程项目处于试运行阶段。
2017-06-16 19:48湖北省秭归县(31.06°N，110.48°E)发生M4.3地震，震源深度约4 km；2017-06-18 17：39巴东县(31.04°N，110.46°E)发生M4.1地震，震源深度约3 km。截至2017-06-29 07：00，共记录余震125次，其中M≤1.0共109次，1.0≤M≤1.9共13次，2.0≤M≤2.9共3次，最大余震为2017-06-19 01：23巴东县M2.6地震。2次主震震中位于湖北省巴东县和秭归县交界附近。震中周边东瀼口镇、泄滩镇震感强烈，高桥乡、两河口镇震感明显。虽然没有人员伤亡，但2次地震均发生在三峡库区，造成一定的社会影响。地震发生后，武汉城市地震预警与烈度速报台网及时回收了强震及烈度台站数据，并及时产出了仪器烈度分布图。此次双地震发生在武汉城市圈地震预警与烈度速报台网试运行期间，不仅检验了武汉城市圈地震预警与烈度速报示范工程建设成效，对台网未来的发展和完善也具有很大的促进作用。
1 发震构造背景三峡库区区域构造主要以NNE、NW向为主，如NNE向新华-水田坝断裂(F3)、九畹溪断裂(F5)、周家山断裂(F2)、高桥断裂(F1)；NW向断裂主要有仙女山断裂(F4)、天阳坪断裂(F7)等，详见图 1。其中，新华-水田坝断裂新华段属基底断裂，早期具左旋走滑性质；水田坝段属盖层断裂，断层面西倾，倾角约70°，西盘向南运动，断层具张扭性质，第四纪以来活动性不明显。仙女山断裂走向340°~355°，早期表现为逆冲性质，断面向东或西陡倾，深部资料显示其未有越过长江的迹象, 最新活动时间为早、中更新世[1]，以右旋走滑兼正断倾滑性质为主, 2008-11-26该断裂附近发生三峡蓄水后首次4级以上地震，震级达M4.1。天阳坪断裂走向320°，倾向SW，倾角30°~70°，西接于仙女山断裂，西段倾角较陡，剖面表现为逆冲叠瓦状冲断组合，第四纪以来活动性较弱。周家山-牛口断裂发育于震中东部，总体走向20°，倾向300°，倾角约70°。此断层为周家山向斜内部的一条横断层，表现为左行平移逆冲活动特点，喜山期以来为张性正断性质，最新活动年代测定为晚更新世早期[1]。此次双地震震中位置均位于周家山-牛口断裂和高桥断裂之间，与2013-12-26湖北省巴东M5.1地震相距不到10 km。
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图 1 三峡库区M4.3、M4.1双地震构造背景 Fig. 1 Tectonic background of M4.3、M4.1 double earthquakes in the Three Gorges Reservoir area |
三峡库区M4.3、M4.1双地震震中100 km范围内共有65套仪器，其中强震仪5套，仪器传感器为珠海泰德公司生产的TDA-33M型力平衡式加速度计，数采型号为武汉地震科学仪器研究院生产的REMOS-FCU；烈度仪60台，为武汉地震科学仪器研究院生产的SIT-1型和SIT-2型烈度仪。此次双地震，因为震级较小，5套强震仪中宜昌台和兴山台因震中距较远未记录到事件波形，赵家山、肖家坪、炮台山因台站停电导致缺记。三峡库区M4.3、M4.1双地震发生后，武汉城市圈地震预警与烈度速报台网中心分别回收到13组和11组加速度资料，资料记录台站均为一般站的烈度台，具体参数见表 1。触发台站中，卢家山台、百佛寺台、教场坝台3个台站为基岩台站，其余台站均为土层场地条件。三峡库区M4.3、M4.1双地震触发最近台站分别为8.6 km和6.8 km，所有触发台站均在60 km范围内，台站测点与地震震中分布见图 1。
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表 1 台站参数及三峡库区M4.3、M4.1地震加速度记录 Tab. 1 Station parameters and acceleration records for M4.3、M4.1 earthquakes in Three Gorges Reservoir area |
三峡库区M4.3、M4.1双地震发生后，武汉城市圈地震预警与烈度速报台网记录到清晰的事件时程曲线，部分近台可以看见清晰的近震震相(图 2)。对拾取的数据进行格式转换，得到三分量加速度峰值，详见表 1，其中震中距最近的东瀼口台记录到的2次地震的峰值加速度分别为162.3 cm/s2和109.8 cm/s2。一般情况下，地震动强度随着震中距的增大而不断衰减变小[2-4]。通过数据对比发现，2次事件中，震中距稍远的百佛寺台(震中距分别为24.4 km和23.2 km)比震中距稍近的高桥台(震中距分别为19 km和21.4 km)和两河口台(震中距分别为22.4 km和21.6 km)垂直向加速度峰值要大。影响地震动强度的因素除了震中距外，还有场地条件，包括场地土层的软硬程度、场地结构及覆盖层厚度等[3-6]。百佛寺台垂直向峰值加速度大于高桥台和两河口台，可能与百佛寺台建在海拔超过700 m的山体最高处有关，百佛寺台所在山体较为陡峭，坡度很大，而高桥台和两河口台建在海拔相对较低、地势平缓的集镇上，初步判断为山地地形对地震动的放大效应所致。
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图 2 三峡库区M4.3、M4.1双地震加速度时程记录 Fig. 2 Acceleration time-history of M4.3、M4.1 double earthquakes in Three Gorges Reservoir area |
强震记录频谱是表示一次地震动过程中振幅与频率关系的曲线。地震记录中包含许多丰富的振动频率，不同地区的主要振动频率不同，导致结构振动不同[7-8]。为了避免地震时结构发生共振，确保结构安全，有必要对地震频率成分进行分析。根据震中距分别选择2次事件有代表性的9个和8个地震台站进行频谱分析，反应谱阻尼系数取0.05，得到2个地震事件选用台站东西、南北、垂直分量多个分道单自由度系统的加速度反应谱，见图 3。图中横坐标为自振圆频率，纵坐标为反应谱值。
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图 3 三峡库区M4.3、M4.1地震加速度反应谱 Fig. 3 Acceleration response spectra of M4.3、M4.1 double earthquakes in Three Gorges Reservoir area |
从图 3可以看出，2次地震均是南北向反应谱值最大，其次是东西向，最小的是垂直向，表明这两次地震发震构造及机理有一定的共性。2次地震水平向(含东西和南北)反应谱特征周期约在0.2~0.5 s之间，垂直向反应谱特征周期在0.1~0.3 s之间。对于同一次地震事件，同台站水平向(含东西和南北)反应谱特征周期均大于垂直向特征周期。对比2次地震中东瀼口台、泄滩台、昭君台3个不同震中距台站的垂直向特征周期发现，震中距对垂直向特征周期的影响不明显。2次地震事件时，0.06~0.2 s的周期内，东瀼口台加速度反应谱东西、南北2个方向均有近0.5个重力加速度左右的峰值区。东瀼口台位于震害最重的区域，该区域内的建筑物多为4层以下，这些建筑物的卓越周期较小，震害现象与地震动的强度分布特征吻合。
3.2 加速度傅氏谱对三峡库区M4.3、M4.1双地震近台(东瀼口、卢家山、泄滩台)加速度记录进行傅氏谱分析，计算结果见图 4。2次地震事件中东瀼口台和泄滩台为双峰值型傅氏谱，卢家山台为单峰值型傅氏谱，单个台站前后2次地震加速度记录的傅氏谱形态非常相似。东瀼口台加速度谱峰值(强度在5以上)处在1.5~20 Hz之间，卢家山台在4~5 Hz之间, 泄滩没有强度超过5的频段，表明地震波中的高频成分随着震中距的增大而衰减，且频率越高衰减越快；考虑到东瀼口台和卢家山台、泄滩台相距仅5 km左右，表明2次地震事件高频成分均衰减非常迅速。
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图 4 三峡库区M4.3、M4.1双地震加速度记录傅氏谱 Fig. 4 Fourier spectrum of M4.3、M4.1 double earthquakes in Three Gorges Reservoir area |
针对三峡库区M4.3、M4.1双地震，湖北省地震局启动了Ⅲ级地震应急响应，现场联合工作队深入灾区，对三峡库区巴东、秭归、兴山等县市几十个调查点进行现场灾害调查。此次双地震事件中，秭归县泄滩乡、归州镇，巴东县官渡口、东瀼口、信陵镇、茶店子震感强烈，其他乡镇普遍有不同程度的震感。现场灾害调查确定此次地震事件最高烈度为Ⅶ度，涉及恩施州巴东县东瀼口镇和宜昌市秭归县沙镇溪镇的部分区域，Ⅶ度区整体呈椭圆状，长轴走向近东西向[11]，长轴约2.8 km，短轴约1.5 km，面积约3.5 km2。
采用2015年中国地震局发布的《仪器地震烈度计算暂行规程》计算三峡库区M4.3、M4.1双地震事件主要台站的仪器烈度，在此基础之上，对各台站计算的仪器烈度值采用克里格方法进行数据网格化插值并进一步绘制等值线图。计算结果显示，2次地震东瀼口台获取的仪器烈度分别为7.1度和7.0度，M4.3地震强有感区域(Ⅴ度区)要大于M4.1地震。2次地震仪器烈度等震线长轴均呈北西西走向分布，和宏观调查结果[11]略有差异，这可能和极震区仪器较灾害调查密度低以及计算插值方法选取有一定关系，详见图 5。本次双地震事件最大仪器烈度达7度，值得关注的是仅东瀼口一个台站达7度，其余为5度，无6度台站。直达波走时深度精定位结果显示，此次双地震事件2次主震震源深度分别为4.3 km和3.2 km，均在5 km以内，震源深度浅是导致此次地震震中烈度偏高、衰减快、影响范围小的主要原因。此次双地震仪器烈度由地震动参数和地震烈度回归关系计算得出，比现场震害宏观调查得出的地震烈度结果快速、及时，仪器烈度与实际现场考察烈度虽有少许差异，但计算获取的极震区烈度分布面积、影响范围和宏观调查结果基本一致(最高为Ⅶ度，大部分为Ⅴ度强有感区域)。此次双地震事件，考虑到区分前后2个地震事件灾损人工调查的难度，现场灾害调查组将2次地震作为一次事件进行灾害损失调查，并生成了一张烈度图。武汉城市圈地震预警与烈度速报台网利用台网仪器优势，较好地区分了2次地震事件，针对2个地震分别生成烈度图。
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图 5 三峡库区M4.3、M4.1双地震仪器烈度计算结果 Fig. 5 Instrumental intensity of M4.3、M4.1 double earthquakes in Three Gorges Reservoir area |
2017-06-16秭归M4.3地震震源深度约4 km，06-18巴东M4.1地震震源深度约3 km，此次双地震事件地震震级不大，但武汉城市圈地震预警与烈度台网记录到珍贵的近场地震动时程，也是三峡库区有地震观测以来首次捕获到的近场加速度时程，给三峡库区地震多方面的研究提供了数据基础。
计算结果显示，双地震产生的地震动衰减较快，与双地震震源深度浅、震区地形地貌起伏剧烈有较大的关系。2次事件中，震中距稍远的百佛寺台比震中距稍近的高桥台和两河口台垂直向加速度峰值要大，验证了山地场地条件对地震动的放大效应。此次双地震事件，东瀼口台加速度反应谱东西、南北2个方向在0.06~0.2 s的周期内均有近0.5个重力加速度左右的峰值区，东瀼口台位于震害最严重的区域，震害区域内建筑物多为4层以下建筑物，卓越周期小，仪器烈度和台站周边震感情况及建筑物损毁现象基本吻合。这对三峡地区地震动特征和工程震害调查具有重要的参考作用。
“武汉城市圈地震预警与烈度速报示范工程”项目在仪器研发、台网建设、网络传输、数据处理计算及发布等方面进行了很多尝试和开拓性工作[9-10]。此次发生在三峡库区的双地震事件是对“武汉城市圈地震预警与烈度速报示范工程”项目建设成果的一次有效检验，“武汉城市圈地震预警与烈度速报示范工程”在此次地震应急和灾害损失评定过程中发挥了重要作用。
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2. Hubei Earthquake Agency, 40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China