2008年汶川地震后，国内外学者开始对山区地震动响应的规律进行深入研究^[1-5]，但主要是以震动台等物理实验结合数值模拟的方法探究以基岩或深厚层覆盖层为介质的地震动响应，且研究区大多分布在海拔较高的山区，缺乏对薄覆盖层地区的研究。

2019-06-17 22：55：43四川省宜宾市长宁县发生6.0级地震，震源坐标104.90°E、28.34°N，震源深度16 km。地震发生后，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室紧急成立调查小组前往灾区，并在不同场地条件下布设了地震动监测仪器。通过对余震数据进行对比，分析地震动参数在不同场地下的差异性，对于灾后重建和建筑物的抗震及稳定性评价有重要的研究意义。

1 监测点概况

四川省宜宾市长宁县位于四川盆地东南部边缘，大地构造上属于较为稳定的扬子板块^[6]，地质构造以褶皱为主，且大部分褶皱为近NE向和近EW向^[7]。研究区域内存在2条活动断层，分别为NE向的华蓥山断裂和NW向的雅安-宜宾隐伏断裂，此次长宁6.0级地震震中就位于2条断裂交会处^[7]。从图 1可以看出，余震大部分沿雅安-宜宾断裂分布。

本文采用2台中国地震局工程力学研究所研发的G01NET-3型结构与斜坡地震动响应监测仪，仪器布设在长宁县双河镇北缘。监测点信息如表 1所示，其中3^#监测点为2^#监测点移动后位置。场地岩性分为2类，一类是下奥陶统薄层状砂质泥岩，另一类是8~9 m厚的粘土夹少量碎石，较为密实。

2 监测数据分析 2.1 第1次监测

在第1次监测到的数据中，选取3.4级余震数据进行分析。由图 2可以看出，本次地震持续时间短、幅度大。

位于山脚的1^#监测点峰值加速度在0.1~ 0.16 m/s²之间，而2^#监测点峰值加速度最大达到0.7 m/s²，显著强于1^#监测点。在东西、南北与垂直3个方向上，各个监测点均有不同程度的响应，总体来说南北向峰值加速度略大于东西向，且二者显著大于垂直向。这表明监测点在地震荷载作用下的场地摆动优势方向为NS向，震源机制解显示余震具有逆冲兼左旋走滑特性^[8]，主压应力方向为近NS向，这与场地摆动优势方向较为一致。

地震的加速度时程曲线反映了地震波的时域信息，对地震波数据进行傅里叶级数变换可以得到地震波的频域信息。由图 3可以看出，测点的场地条件会影响地震波的频率分布。

1^#监测点的傅里叶频谱在2个水平方向上的卓越频率均在7.53 Hz附近；垂直向则存在2个卓越频率，分别为2.86 Hz和7.71 Hz，能量集中在0~20 Hz，分布较为平均。2^#监测点在2个水平方向上均为单峰型，卓越频率分别为5.63 Hz(东西)和5.52 Hz(南北)，傅里叶幅值最大达到0.162 m/s²。对比2个监测点的谱图可以发现，2^#监测点对0~10 Hz地震波的峰值加速度放大显著，且能量主要集中在0~10 Hz附近。

2.2 第2次监测

由于双河镇房屋大多建设在山脚的覆盖层上，为探究覆盖层场地类型对地震动的响应，将山顶2^#监测点移动至与山脚1^#监测点近似高程的覆盖层中，为方便区分，将其标记为3^#监测点。测点布置好后于07-03监测到4.8级余震。

从图 4加速度时程曲线可以看出，1^#和3^#监测点的加速度相较于第1次监测显著增强。1^#监测点峰值加速度达到3.77 m/s²，3^#监测点峰值加速度达到7.86 m/s²。从2个监测点3个方向的加速度曲线来看，3^#监测点较1^#监测点在各个方向基本都放大了2倍左右，说明位于同一高程，较薄的覆盖层仍能对地震波起到一定的放大作用。与第1次监测到的余震不同，这次余震震源机制解显示为纯逆冲型地震，主压应力方向为NE-SW向^[8]，因此在2个监测点的水平方向时程曲线上都没有表现出明显的优势方向。

图 5的傅里叶频谱曲线表明，地震波在1^#监测点的输出频率为0~50 Hz，而在3^#监测点的输出频率变为0~35 Hz，表明较密实的覆盖层对地震波高频成分有着很强的过滤吸收作用。3^#监测点不仅对0~10 Hz频段有放大作用，在12~17 Hz频段内也有着明显的放大作用，在垂直方向上尤为显著。

2.3 阿里亚斯强度分析

利用2次监测数据计算得到的阿里亚斯强度如表 2所示。在3.4级余震中，2个水平方向上的阿里亚斯强度放大效应较为明显，其中南北向阿里亚斯强度甚至放大到了27倍之多，垂直方向上的放大系数为2.7倍，说明高高程对地震强度的放大效果明显。在4.8级余震中，3个方向上的阿里亚斯强度放大系数都在3~6之间，无显著的优势方向，说明覆盖层上地震的震动强烈，破坏性相较于基岩更显著。

2.4 加速度反应谱

为进一步研究场地与地震波的共振特性，引入加速度反应谱进行分析^[9]。对2次余震数据校正后进行加速度反应谱分析，阻尼比分别设置为5%、10%、20%，结果如图 6和7所示。

当阻尼比设置为5%时，加速度幅值最大，随着阻尼比的增大，加速度值下降非常明显。虽然阻尼参数的变化影响着加速度幅值的变化，但并没有改变加速度曲线的整体形态，且不同阻尼参数下的加速度曲线表现出相同的起伏。在第1次监测中，对2^#监测点的数据设置20%阻尼比，其加速度峰值仍然略超过设置5%阻尼比的1^#监测点；且在第2次监测中也出现了相同情况，但没有第1次显著。

监测数据表明，砂质泥岩场地的特征周期在0.18~0.2 s之间，而含碎石粘土层场地的特征周期在0.08 s附近，这可能是由于覆盖层较薄、固有周期短，使得短周期地震波得到很好的响应，但会对建筑在覆盖层上的刚度大、自振周期短的建筑物造成严重破坏。在对灾区进行调查后发现，部分建于覆盖层之上的院子出现了多条地裂缝，并伴随着沙土液化等现象，如图 8所示。

3 放大效应分析 3.1 高程与微地貌放大效应

与1^#监测点相比，2^#监测点的峰值加速度在3个方向上分别放大1.82、7.13、1.43倍，阿里亚斯强度分别放大5.82、27.02、2.73倍。可以看出，随着高程的增加，地震的破坏性能量也随之增大。横向对比每个监测点不同方向的数据可以看出，无论是峰值加速度还是阿里亚斯强度，南北向数据均大于东西向与垂直向，表现出强烈的方向性，因此需要结合监测点的地形特征来进行分析。监测点所在地形为一长条形丘陵，以监测点为界，西部山体走向约220°，东部山体走向约60°，因此当地震发生时，山体会沿垂直或近似垂直走向发生晃动，即沿南北向发生甩动，在地震动数据中就表现出明显的优势方向。

3.2 覆盖层放大效应

3^#监测点所处的场地为粘土夹碎石，与处于近似高程的山脚基岩处1^#监测点进行对比，可以客观反映出薄粘土覆盖层对地震动的影响。与1^#监测点相比，4.8级余震中3^#监测点的峰值加速度在3个方向上分别放大2.09、2.27、2.77倍，阿里亚斯强度分别放大3.81、5.40、3.79倍。可以看出，覆盖层场地加速度的放大没有明显的方向效应，3个方向的差距均不大。即使8~9 m厚的薄粘土层，对地震动的放大效应也十分明显，甚至在一定范围内不弱于高程的影响。

3.3 岩性选频放大效应

监测点收集的地震波是不同介质传播后的结果，地层岩性、密度、节理、裂隙等在一定程度上影响着地震动响应。1^#监测点与2^#监测点均位于砂质泥岩之上，当地震波输入频率为0~50 Hz时，其卓越频率为2~10 Hz，表现出对中低频的放大。3^#监测点位于较密实的粘土含碎石场地，当地震波输入频率为0~50 Hz时，表现出对30 Hz以上的高频波过滤、对2~17 Hz地震波放大。

4 结语

1) 在相同介质条件下，60 m高程对地震动的峰值加速度放大可达1~3倍，阿里亚斯强度放大2~5倍，且水平方向显著强于垂直方向；由于监测点所在山体近似为东西走向，因此在地震荷载下，山体沿南北方向的地震动峰值加速度显著强于东西方向。

2) 在相同高程条件下，仅8~9 m的含碎石粘土覆盖层即可对地震动峰值加速度放大2倍左右，阿里亚斯强度结果也表明，覆盖层的破坏能量强于基岩。而在该场地条件下，地震动响应并无明显的优势方向。

3) 加速度反应谱显示，砂质泥岩场地的特征周期在0.18~0.2 s左右，较密实粘土含碎石场地特征周期在0.08 s左右，同时粘土含碎石场地还表现出对30 Hz以上地震波的显著过滤作用。此次地震的反应加速度较大，地震能量大，双河镇的建筑物受到一定的共振作用，晃动剧烈。

4) 强震山区房屋应建设在基岩上，高程尽可能降低，避免用素填土直接填筑地基，若填筑则必须进行夯实处理，并实测地基周期，避免与房屋周期产生共振。在房屋结构上避免利用砖混结构，采用钢筋混凝土或框架结构等刚度较小的柔性结构，阻尼效果更好，可有效减轻地震破坏性。