2018年2月6日15时50分(台湾时间2018年2月6日23时50分)于台湾花莲县近海(花莲县政府北偏东方向18.3 km)发生M_W6.4地震，震源深度6.3 km.据“中央”气象局和Palert地震预警系统数据显示，临近震源区，花莲市、宜兰南澳最大震度皆达到台湾震度7度.此次地震因趋近米伦断层，受近断层效应影响，倒塌及损坏的建筑物主要分布于米伦断层附近，花莲地震现场详细勘察发现米伦断层附近有多处地表破裂(张文彦等, 2018;陈文山和刘莹三, 2018)，部分地点有喷砂现象，地震还引起了花莲港湾地区和美仑溪堤岸高滩地及少部分道路的土壤液化、挡土结构位移、道路边坡塌方和地表挤压破坏等(倪勝火, 2018).

景国恩(2018)结合GNSS、精密水准与DInSAR测量成果解析，推测此次地震是一个深部向西倾斜的左移断层向南错动，诱发浅部向东倾斜的米伦断层活动，并在同震时期同时产生地表破裂.根据破裂过程反演结果，此次花莲地震破裂开始于花莲市东北部海域，主要破裂由震中向西南传播，且该地震具有典型的走滑破裂机制，因而在破裂前方的米伦断层附近产生的较强的破裂方向性效应(Lee et al., 2018).

地震断层破裂的方向性效应会对地震动产生显著影响，美国最新一代的地震动区划图已经开始考虑方向性效应的影响(Petersen et al., 2014; Field et al., 2014).南加州地震中心的研究人员基于探测到的活动断层对洛杉矶盆地开展了地震动场模拟研究，发现当地震断层分别自南向北和自北向南破裂情况下，洛杉矶地区的地震动强度可相差一个数量级(Olsen et al., 2006; Graves et al., 2008).最新日本熊本M_W7.0地震的研究发现近场长周期地震动受方向性效应影响被显著放大，在建筑结构敏感的0.5~2.0 s周期范围，熊本地震近断层反应谱不仅大大高于芦山M_W6.8地震，甚至超过了汶川M_W7.9地震(谢俊举等, 2017).

本文将利用此次花莲地震中国台湾省内的强震动台站和Palert地震预警系统获取的近场加速度记录，研究花莲M_W6.4地震近场的长周期地震动特性，定量考察破裂方向性效应对地震动强度及其空间分布的影响，探讨此次花莲地震长周期地震动主要特点及影响机理.随着经济的发展，越来越多的超级工程出现在我们的生活中，长周期地震动对这些工程的危害开始显现出来，所以超级工程的地震响应也逐渐引起人们的关注，研究如何降低长周期地震动对高层建筑、大跨桥梁等结构的危害，具有很重要的实际意义.

本文采用的强震动数据源自中国台湾省内的强震动台站和Palert地震预警系统获取的742个台站的三分量记录，其中台湾“国震”中心和“中央”气象局的台站为自由场台站，根据“中央”气象局地震测报中心公布资料显示，台湾岛内各县市共199个固定台站在本次花莲地震中获取到强震动加速度记录.强震动台站使用的传感器均为力平衡式三分量加速度计，记录分量为东西向、南北向和垂直向；加速度计分辨率16位，量程为2 g，采样频率为200 Hz(Shin et al., 2000).Palert地震预警系统为安装在校园墙壁上的悬挂式预警系统，全台湾共分布主站46个，副站1115个，每台Palert设备采用的是MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度计，可以实时记录三分量加速度信号，分辨率16位，量程为2 g，采样频率为100 Hz(Wu et al., 2013).本文选取的742个观测台站的分布如图 1a.

图 1

Fig. 1

图 1 强震动记录台站的分布 (a)花莲地震742个强震动记录台站分布；(b)方向性效应定量分析选取的124个断层距小于100 km的台站分布.图(a)中CWB、NCREE、Palert分别表示中国台湾省内的强震动台站和Palert地震预警系统观测台站. Fig. 1 Location of strong motion stations used in this study (a) 742 strong stations recorded in Hualien earthquake; (b) 124 strong stations with a distance less than 100 km during quantitative analysis of directional effects. CWB、NCREE and Palert represent stations from Taiwan province, China and Palert Earthquake Early Warning System, respectively.

台湾强震测站厂址工程地质资料库(EGDT)目前提供全台湾816个TSMIP强震动观测台站的场地资料，我们从该资料库收集了全部强震动台站的场地条件分类和场地剪切波速资料.强震动台站的场地剪切波速主要通过钻孔资料、经验模型估计和基于地震学的接收函数方法来获取(Kwok et al., 2018;郭俊翔等, 2017).同时，台湾强震测站厂址工程地质资料库还公布了全台湾的场地剪切波速V_S30和沉积土层厚度Z1.0的分布图.对于缺少场地剪切波速和钻孔资料的记录台站，我们基于全台湾场地剪切波速V_S30分布进行插值，并参考附近TSMIP强震动观测台站的场地波速和地形资料来获取场地分类和V_S30参数.为了研究近场强震动随距离的衰减特性，我们所选用的断层距定义为台站到断层面的最短距离R_rup，断层模型采用景国恩(2018)基于近场GPS观测数据反演给出的有限断层模型，有限断层破裂长度为32 km，破裂宽度为10 km，走向为209°，倾角为73°，滑动角为22°，如图 1.

由于近场强震动记录往往出现基线的偏移，这会对加速度记录积分得到的速度和位移结果产生严重影响(王国权和周锡元, 2004;谢俊举等, 2013).对于本次地震中距离发震断层较近出现明显基线偏移的记录，本文采用分段基线校正的方法来对获取的近断层记录进行基线校正处理，以避免采用滤波方法对近断层记录速度和位移时程的影响，保留可靠的速度和永久位移信息(Boore, 2001;谢俊举等, 2013).

局部场地条件的不同，会对所观测地震动的幅值、持时、频谱等产生影响，为了消除场地因素对地震动的影响，我们利用Seyhan和Stewart(2014)的场地效应模型对所获取的强震动记录进行修正，将实际记录的各类值校正到同一场地条件，本文选取修正条件为V_S30=760 m·s^-1的基岩场地，计算中取东西(EW)和南北(NS)两个分量的几何平均值作为水平向的PGA(或PGV)和加速度反应谱值.本文拟合采用的地震动衰减模型为

(1)

该模型中第二项为几何衰减项，第三项为非弹性衰减项；IMs(Intensity Measures)为衡量地面运动的地震动参数，包括PGA、PGV和加速度反应谱值(SA)；R_rup为断层距，定义为台站到断层面的最短距离.表 1给出了基于最小二乘回归得到的不同地震动参数(包括PGA、PGV和谱加速度值)的回归系数，从回归结果可以看到，在断层距200 km范围内，相比于PGA和短周期地震动，PGV和周期大于1.0 s的长周期地震动非弹性衰减不明显.图 2给出了PGA、PGV以及周期0.2 s、0.5 s、1.0 s、2.0 s、3.0 s、5.0 s、7.5 s和10.0 s的加速度谱值随断层距的变化及与NGA-West2中四个经验预测模型的对比结果.由图 2对比结果可以发现，此次地震观测PGA和周期小于1.0 s的短周期加速度谱值稍低于NGA-West2地震动预测结果，而PGV和周期大于1.0 s的长周期地震动与NGA-West2预测模型有很好的吻合，说明了本次地震在周期大于1.0 s的长周期地震动整体上与全球强震动数据得到的平均水平接近，并没有异常的偏高或偏低.

表 1 (Table 1)

表 1 地震动参数强度值随断层距Rrup衰减的回归分析结果 Table 1 Regression results for attenuation of various Intensity Measures (IMs) with Rrup 地震动参数IMs 回归系数 确定系数R2 均方根误差 a b c d PGA 8.956 -1.4640 12.980 -0.004372 0.8498 0.4580 PGV 4.766 -0.9386 0 0 0.7271 0.5241 Sa(0.2 s) 9.499 -1.2840 14.160 -0.009687 0.8430 0.5146 Sa(0.5 s) 6.947 -0.7509 4.747 -0.009437 0.7923 0.5050 Sa(1.0 s) 6.210 -0.7936 2.012 -0.005614 0.7657 0.5076 Sa(2.0 s) 5.508 -0.9150 0 0 0.6454 0.6186 Sa(3.0 s) 4.994 -0.9231 0 0 0.6383 0.6339 Sa(5.0 s) 3.814 -0.7067 0 0 0.5464 0.5873 Sa(7.5 s) 3.029 -0.6443 0 0 0.5417 0.5405 Sa(10.0 s) 2.501 -0.6443 0 0 0.5545 0.5268

表 1 地震动参数强度值随断层距Rrup衰减的回归分析结果 Table 1 Regression results for attenuation of various Intensity Measures (IMs) with Rrup

图 2

Fig. 2

图 2 花莲地震观测水平地震动随断层距Rrup的变化及与美国NGA-West2经验预测模型的对比 (A) PGA、PGV和周期小于1.0 s的短周期地震动；(B)周期1.0 s以上的长周期地震动.图中Mean fit对应于表 1中基于此次地震观测反应谱值回归拟合得到的衰减曲线，SAs data为利用Seyhan和Stewart(2014)方法修正到VS30=760 m·s-1基岩场地的加速度谱值.ASK14、BSSA14、CB14和CY14分别为Abrahamson等(2014)、Boore等(2014)、Campbell和Bozorgnia(2014)和Chiou和Youngs(2014)经验模型的预测结果，预测模型中均取VS30=760 m·s-1. Fig. 2 Variation of observed horizontal ground motion with Rrup and comparison with Next Generation Attenuation-West2 (NGA-West2) models (A) PGA, PGV and short-period ground motions; (B) long-period ground motions. 'Mean fit' denote regression curves from observed spectral accelerations during this event. 'SAs data' are spectral accelerations adjusted to site condition of VS30=760 m·s-1 based on the Seyhan and Stewart (2014) model. ASK14, CB14, CY14 and BSSA14 indicate median predictions from Abrahamson et al. (2014), Campbell and Bozorgnia (2014), Chiou and Youngs (2014), and Boore et al. (2014) model, respectively. We use VS30 = 760 m·s-1 for all NGA-West2 models.

虽然整体上此次地震周期大于1.0 s的加速度谱值与NGA-West2模型预测平均地震动水平相吻合，但从地震动的空间分布来看，此次地震长周期地震动在断层的不同方位有明显差异(如图 3).本次地震断层的破裂过程主要是从震中附近向发震断层西南方位破裂，具有较明显的单侧破裂特征(Lee et al., 2018).由图 3可见，在破裂传播前方，也就是断层的西南方位，观测加速度谱值明显较大，而破裂传播后方(震中东北方位)相同距离观测的加速度谱值显著偏低.

图 3

Fig. 3

图 3 周期T=0.2 s、0.5 s、1.0 s、2.0 s、3.0 s和5.0 s的水平地震动加速度反应谱值的空间分布 Fig. 3 Spatial distribution of SAs at the following periods: 0.2 s、0.5 s、1.0 s、2.0 s、3.0 s and 5.0 s

图 4和图 5分别将位于破裂传播前方和破裂传播后方观测记录的反应谱与NGA-West2预测模型进行对比，图中左下角英文文字为选取的观测台站的代码(台站位置见图 1b中标注红色台站).从图 4可以看出，破裂传播前方观测记录的反应谱(如HWA028、HWA033-EGF、HWA060-EYL等)在周期大于1.0 s时，显著高于NGA-West2预测模型结果.从图 5可以看出，破裂传播后方观测记录的反应谱(如W031、W032、W038等)在周期大于1.0 s时，显著低于NGA-West2预测模型.由地震动参数空间分布及与NGA-West2地震动经验模型的对比结果可以看出，本次地震中周期大于1.0 s的长周期地震动强度在不同的空间方位存在系统性差异，在破裂传播前方观测地震动强度显著高于平均水平，而在破裂传播后方显著低于平均水平.

图 4

Fig. 4

图 4 破裂前方观测记录的水平加速度反应谱与NGA-West2经验预测模型的对比 Fig. 4 Comparison of observed acceleration spectral in the forward rupture direction with median predictions from NGA-West2 models

图 5

Fig. 5

图 5 破裂后方观测记录的水平加速度反应谱与NGA-West2经验预测模型的对比 Fig. 5 Comparison of observed acceleration spectral in the backward rupture direction with median predictions from NGA-West2 models

为了进一步考察本次地震震源破裂的方向性对近场地震动空间分布的影响，我们选取断层距小于100 km的124个台站的强震动数据进行统计回归和残差分析，取每个台站观测值与本次地震基于公式(1)回归得到的观测地震动平均值的对数残差：

(2)

式中，Y_obs为每个台站利用Seyhan和Stewart(2014)方法修正到V_S30 =760 m·s^-1基岩场地的地震动观测值，为基于公式(1)回归得到的PGA、PGV和谱加速度值等不同地震动参数的拟合平均值(代表本次地震平均观测水平).

图 6给出了断层距小于100 km的PGA、PGV和不同周期的地震动残差的空间分布，从图中可以看出，对于PGA及周期小于1.0 s的短周期地震动，断层不同方位的观测地震动参数没有明显的系统性差异；对于周期T=1.0 s、2.0 s、3.0 s、5.0 s、7.5 s和10.0 s的长周期地震动，在断层的西南方位，即断层破裂传播前方，残差值为正，且残差值从周期T=1.0 s开始逐渐增大，在T=3.0 s时达到最大，之后又逐渐减小，残差值始终为正；在断层的东北方位，即断层破裂传播后方，残差值为负，残差值从周期T=1.0 s开始逐渐减小，在T=3.0 s时达到最小，之后又逐渐增大，但残差值始终为负.注意到，在断层的东北方位的宜兰盆地，部分台站的周期大于3.0 s的地震动残差值出现明显的正值，这与台站所处下方超过1000 m的深厚沉积物有关(郭俊翔等, 2017)，受深厚沉积盆地影响，该地区长周期地震动成分被放大.

图 6

Fig. 6

图 6 水平地震动回归残差的空间分布 (A) PGA、PGV和周期小于1.0 s的短周期地震动；(B)周期1.0 s以上的长周期地震动. Fig. 6 Spatial distribution of residuals for various intensity measures (A) PGA、PGV and short-period ground motions; (B) Long-period ground motions.

目前世界范围内关于地震动方向性效应的定量模型及其预测结果之间还存在较大争议，尤其对于逆冲断层的地震事件(Spudich et al., 2013; 2014).因此目前最新的NGA-West2计划项目中，除Chiou和Youngs(2014)模型以外，其他地震动模型中都还没有引入方向性效应.上一代的考虑方向性效应的模型采用无量纲的几何距离参数(Somerville et al., 1997)，但此无量纲参数在破裂尺度较长的大地震情况下会导致明显不合理的物理意义，目前考虑方向性效应的模型均采用破裂距离(如R_rup或R_JB)来定量描述方向性效应的影响(Spudich et al., 2013, 2014).

最近基于实际强震动观测分析结果发现NGA-West2计划项目中Bayless和Somerville(2013)的方向性效应模型在估计破裂传播后方长周期地震动的减弱效应时存在明显不足(谢俊举等, 2017).本文基于实际观测结果的考虑，采用Xie等(2017)提出的方向性效应定量预测模型，该模型可同时定量分析破裂传播前方的放大效应和后方的减弱作用.采用的方向性效应定量预测参数模型如下：

(3)

式中，s为朝向观测场点方向的断层破裂长度(单位：km)，θ为场点所在方向和破裂传播方向的夹角(单位：°)，该模型是基于实际观测结果，对Bayless和Somerville(2013)方向性模型进行修订产生的，这里s和θ的定义与NGA-West2保持一致，为了同时考虑破裂向前方向性和向后方向性的影响，在定量预测指标中采用余弦值表述夹角的影响，夹角值取0≤θ＜180°，其中θ＜90°为破裂前方的影响位置，90°＜θ＜180°为破裂后方位置(谢俊举等, 2017).该参数模型可综合考虑破裂长度和传播方向的影响，对位于发震断层不同空间方位场点的方向性效应强弱进行经验估计.与NGA-West2一致，该参数f_g在研究中取为无量纲标量，仅表示方向性效应影响的强弱.

我们利用断层距小于100 km的124个台站(观测台站位置见图 1b)强震动数据定量分析破裂方向性效应受破裂长度和方位角的影响，分析结果如图 7、图 8和图 9.图 7考察了断层距100 km以内观测数据的回归残差随方位夹角θ的变化，结果表明，PGA、PGV以及周期小于1.0 s的短周期地震动的对数残差值随方向夹角余弦值变化没有显示出明显的系统性偏差；周期1.0 s以上的长周期地震动回归残差值随方向夹角余弦值增大似乎有线性增大的趋势，在破裂传播前方(方向夹角余弦值为正)，大多数观测点的残差值为正，即观测地震动大于平均值；在破裂传播后方(方向夹角余弦值为负)，大多数观测场点的残差值为负，即观测地震动小于平均值.

图 7

Fig. 7

图 7 水平地震动回归残差随方向夹角θ的变化 (A) PGA、PGV和周期小于1.0 s的短周期地震动; (B)周期1.0 s以上的长周期地震动. Fig. 7 Variation of residuals with parameter θ for various intensity measures (A) PGA、PGV and short-period ground motions; (B) Long-period ground motions.

图 8

Fig. 8

图 8 水平地震动回归残差随破裂距离s的变化 (A) PGA、PGV和周期小于1.0 s的短周期地震动; (B)周期1.0 s以上的长周期地震动. Fig. 8 Variation of residuals with parameter s for various intensity measures (A) PGA、PGV and short-period ground motions; (B) Long-period ground motions.

图 9

Fig. 9

图 9 水平地震动回归残差随方向性效应预测指标fg的变化 (A) PGA、PGV和周期小于1.0 s的短周期地震动；(B)周期1.0 s以上的长周期地震动.图中Mean curve表示回归残差与方向性预测指标fg线性回归得到的曲线；σ表示线性回归得到的均方根误差. Fig. 9 Variation of residuals with geometric directivity predictor for various intensity measures (A) PGA、PGV and short-period ground motions; (B) long-period ground motions. 'Mean curve ' represents the curve obtained by linear regression of residuals and directional prediction index; 'σ' represents root mean square error obtained by linear regression.

图 8考察了PGA、PGV以及周期T=0.2 s、0.5 s、1.0 s、2.0 s、3.0 s、5.0 s、7.5 s和10.0 s加速度谱值的回归残差随破裂距离s的变化趋势.结果表明，PGA、PGV和周期小于1.0 s加速度谱值的回归残差随破裂长度s增大没有明显的变化趋势；周期T=1.0 s、2.0 s、3.0 s、5.0 s、7.5 s和10.0 s的残差随破裂长度的增大而增大，说明破裂传播前方的增强作用和破裂传播后方的减弱作用随破裂距离的增大都逐渐增强，这种影响在周期T=3.0 s时最为明显.

注意到，震源破裂的方向性对地震动影响的空间范围是有限的，在Bayless和Somerville(2013)的模型中，认为当观测点的断层距大于断层破裂长度时，方向性效应的影响可以忽略；谢俊举等(2017)在熊本M_W7.0地震中发现，设定观测点的断层距R_rup=L(断层破裂长度)作为方向性效应的影响范围对于走滑型断层可能并不合适.本研究中我们对比断层距分别为R_rup < L和R_rup>L的残差数据点，发现此次花莲地震中，当断层距R_rup>L时，周期T=0.5 s、1.0 s、2.0 s和3.0 s的回归残差随破裂距离变化表现出的方向性效应有所减弱，而在周期T=5.0 s、7.5 s和10.0 s时，方向性效应对残差空间分布的影响并不明显，这表明对于不同的地震动周期，方向性效应模型采用不同的截止距离函数更为合理.

通过研究回归残差随破裂夹角θ和破裂距离s变化的趋势，推测残差随方向性效应预测指标f_g有很好的线性关系.我们采用Bayless和Somerville使用的对数线性模型

(4)

将回归残差(f_D为对数残差值)与方向性效应预测指标f_g线性拟合.图 9给出了PGA、PGV和不同周期的地震动残差随方向性效应预测指标f_g的变化以及周期1.0 s以上长周期地震动残差的拟合结果.表 2给出了利用最小二乘回归得到的周期T=1.0 s、2.0 s、3.0 s、5.0 s、7.5 s和10.0 s地震动的方向性效应影响模型的主要参数.表 3根据统计回归分析得到的方向性效应影响模型结果，给出了方向性效应在破裂传播前方(θ=0°)和后方(θ=180°)，在不同周期对地震动的影响系数.结果表明，此次地震破裂方向性效应的影响表现出明显的窄带效应，破裂方向性效应的影响(包括破裂传播前方的增强作用和破裂传播后方的减弱作用)在周期T=3.0 s达到最大，在该周期破裂传播前方的增强系数为1.52，破裂传播后方的减弱系数为0.36.从周期T=3.0 s到10.0 s，破裂方向性效应的影响随周期增大总体呈逐渐减弱趋势.这与2016年日本熊本M_W7.0地震破裂方向性效应的影响特点显著不同，熊本M_W7.0地震的最大放大系数出现在周期T=10.0 s，从周期T=1.0 s到10.0 s，随周期的增大，破裂传播前方的放大作用和破裂传播后方的减弱作用均有所增强(Xie et al., 2017).

表 2 (Table 2)

表 2 基于对数线性模型得到的方向性效应拟合结果的主要参数 Table 2 Summary of regression results for directivity effects based on the proposed log-linear model 谱加速度值 回归系数 确定系数R2 均方根误差 C1 C0 Sa(1.0 s) 0.0758 -0.1062 0.1058 0.5911 Sa(2.0 s) 0.1678 -0.2362 0.3044 0.6806 Sa(3.0 s) 0.2153 -0.3024 0.3885 0.7247 Sa(5.0 s) 0.1564 -0.2199 0.2523 0.7225 Sa(7.5 s) 0.1061 -0.1493 0.1592 0.6545 Sa(10.0 s) 0.1335 -0.1875 0.2362 0.6439

表 2 基于对数线性模型得到的方向性效应拟合结果的主要参数 Table 2 Summary of regression results for directivity effects based on the proposed log-linear model

表 3 (Table 3)

表 3 破裂方向性效应对不同周期加速度谱值的影响系数 Table 3 The amplification and de-amplification coefficients of directivity effects on spectral accelerations at different periods 放大倍数 SA(s) 1.0 2.0 3.0 5.0 7.5 10.0 前方 1.16 1.39 1.52 1.36 1.23 1.30 后方 0.70 0.45 0.36 0.47 0.60 0.53

表 3 破裂方向性效应对不同周期加速度谱值的影响系数 Table 3 The amplification and de-amplification coefficients of directivity effects on spectral accelerations at different periods

图 10将本次地震得到的方向性效应定量结果与日本熊本M_W7.0地震及NGA-West2中BAY13模型(Bayless和Somerville, 2013)进行对比，给出了方向性效应预测模型参数C₁和方向性效应残差项f_D随周期的变化(斜率参数C₁和残差项f_D均可反映特定周期点的方向性效应影响的强弱)，可以看出方向性效应残差项f_D的变化趋势与斜率参数C₁保持一致，花莲地震的方向性效应随周期变化先增强后减弱，在周期T=3.0 s方向性效应影响最强，而熊本地震方向性效应在周期2.0~10.0 s范围随周期增大不断增强，在周期T=10.0 s方向性效应影响最强.NGA-West2中BAY13模型预测平均结果要低于花莲和熊本地震的观测结果，BAY13模型对方向性效应影响有所低估，且该模型不能反应方向性效应影响的窄带效应特点.本文基于特定地震事件观测数据得到的方向性效应定量模型与实际观测吻合较好，且具有明显的窄带特征，但目前还只能用于单个地震事件的分析，后续我们将利用全球范围内更多的强震动数据来建立一个统一的方向性效应模型.

图 10

Fig. 10

图 10 花莲地震近场方向性效应影响特点与日本熊本地震及NGA-West2定量预测模型的对比 Fig. 10 The characteristic comparison of near-filed directional effects among Hualien earthquake、Kumamoto earthqauke and NGA-West2 prediction model

本文利用中国台湾省内222个强震动台站以及Palert地震预警系统520个台站所观测的三分量加速度记录，基于残差分析方法研究了PGA、PGV和不同周期地震动强度的空间分布差异，将观测结果与NGA-West2经验预测模型对比，揭示得出此次地震近场地震动的长周期特点及其形成机理.研究主要结论：

(1) 从整体上，此次地震的近场地震动PGA和周期小于1.0 s的短周期加速度谱值略低于预测模型结果，而PGV和周期大于1.0 s的长周期加速度谱值与美国NGA-West2经验预测模型的预测结果接近.从空间分布来看，周期1.0 s以上的长周期地震动强度分布在断层破裂传播的不同方位有系统性差异，在破裂传播前方(震中西南方位)，观测加速度谱值明显较大，而破裂传播后方(震中东北方位)相同距离观测的加速度谱值明显偏低.与NGA-West2地震动经验模型相比，在破裂传播前方，周期大于1.0 s时的反应谱明显高于美国NGA-West2地震动经验预测模型，在破裂传播后方周期大于1.0 s时的反应谱低于经验预测模型.

(2) 破裂传播的方向性效应主要影响周期超过1.0 s的长周期，而对PGA以及周期小于1.0 s的短周期地震动影响较弱.在破裂传播前方，周期1.0~10.0 s的加速度反应谱值被增强到整体观测平均水平的1.16~1.52倍；在破裂传播后方，周期1.0~10.0 s的加速度反应谱值被减弱到整体观测平均水平的0.36~0.70倍.

(3) 此次地震破裂方向性效应的影响表现出明显的窄带效应，破裂方向性效应的影响(包括破裂传播前方的增强作用和破裂传播后方的减弱作用)在周期T=3.0 s达到最大，在该周期破裂传播前方的增强系数为1.52，破裂传播后方的减弱系数为0.36.从周期T=3.0 s到10.0 s，破裂方向性效应的影响随周期增大总体上呈减弱趋势，这与2016年日本熊本M_W7.0地震破裂方向性效应的影响特点显著不同.

目前认为破裂方向性效应主要影响地震动的长周期成分，而影响破裂方向性效应的因素主要有：断层的破裂方向、破裂速度、断层面的滑动方向、观测点的位置等.当断层的破裂传播方向和滑动方向都朝向观测点时，方向性效应最明显(Somerville et al., 1997;袁一凡等, 2012).台湾花莲M_W6.4地震和熊本M_W7.0地震都观察到了明显的方向性效应，在破裂传播前方，实际记录的长周期地震动被显著放大，而在破裂传播后方的地震动强度被减弱.值得注意的是，此次花莲M_W6.4地震破裂方向性的影响在周期T=3.0 s最强，该峰值周期明显小于日本熊本M_W7.0地震，这与方向性效应影响的窄带效应有关，地震震级越大，偏向于影响更长周期的地震动成分，往往在破裂前方形成更长周期的速度大脉冲(Shahi and Baker, 2011; Spudich et al., 2013; 2014).

震源破裂的方向性效应给近断层地震动造成很大的不确定性，例如，日本熊本M_W7.0地震受到方向性效应影响，近断层地震动反应谱在建筑结构敏感的0.5~2.0 s周期范围，不仅大大高于芦山M_W6.8地震，甚至超过了汶川M_W7.9地震(谢俊举等，2017).由于方向性效应会对断层破裂传播前方的长周期地震动强度产生显著的放大，在破裂传播前方一旦形成长周期的速度大脉冲，往往会造成结构很大的不可恢复破坏(Hall et al., 1995; Champion and Liel, 2012).因而建筑设计时考虑方向性效应的影响是很有必要的，尤其是对中长周期建筑结构或者特大型结构.

目前世界范围内关于地震动方向性效应的定量模型及其预测结果之间还存在较大争议，不同模型的预测结果往往相差较大，NGA-West2计划项目主要的地震动模型中还尚未引入方向性效应模型(Spudich et al., 2013; 2014).注意到NGA-West2计划项目中现有的方向性效应模型还存在一些不足，例如方向性效应在破裂传播后方的减弱作用被忽略，导致模拟得到的地震动强度空间分布与实际观测有明显的出入.本文基于断层几何参数开展破裂方向性效应影响的定量分析，尝试将破裂传播前方的放大作用和后方的减弱作用纳入统一的方向性效应影响模型，研究结果对于新一代方向性效应模型的提出具有一定参考价值.