河北张北地震区活动断裂的探测与研究

1998年1月10日河北张北6．2级地震是河北省张家口坝上稳定地区的一次罕见的破坏性地震。震区被晚第三纪玄武岩覆盖，地面未发现第四纪活动断裂。为了研究震区地表活动断层，利用电磁波探测技术，以玄武岩底界面深度的变化来分析张北震区活动断裂，为此，在河北张北6．2级地震Ⅷ度区范围进行了3条剖面探测，解释结果表明，震区存在北西向、北东向、北北东向3组第四纪活动断裂，张北6．2级地震发生在3组断裂的交汇区附近。     

厚盖层场地的联合效应和强地面运动随机模拟

对于既缺少深钻孔资料,又缺少数字地震记录资料的厚盖层场地,其场地放大和衰减联合效应(简称“场地联合效应”)用常规方法估计困难。本文依据强地面运动随机模拟方法的预测方程,用近场中小地震的加速度记录,估计新疆伽师厚盖层场地的放大因子和高频滤波因子之积——场地联合效应,非线性矫正结果显示,场地的联合效应因子在O．5—10Hz大于2,在1—4Hz达到4。依此联合效应因子对研究区的强地面运动进行了随机模拟,预测结果与实际记录吻合较好。     

平面SH波作用下部分充填圆弧形沉积谷的二维土层和地形放大效应

场地效应通常包含土层放大效应和地形放大效应,为了揭示二者的相对贡献,本文构造了平面SH波作用下部分充填沉积谷的解析模型,借助于区域分解策略,在波函数展开法的框架下,提出了超定方程组解法,得到了部分充填圆弧形沉积谷对平面SH波散射的波函数级数解,而且级数解的收敛测试表明了超定方程组解法的必要性.通过与文献结果进行对比,验证了本文方法的正确性.通过调整解析模型中两个子区域内的材料参数,计算了沉积谷引起的场地放大效应和相应的空河谷引起的地形放大效应.对二维土层与地形效应进行对比分析,结果显示,在沉积谷内二维土层放大效应通常强于地形放大效应,而地形放大效应决定了沉积谷外的地面运动放大形态.针对最大地面运动,进行了沉积谷和相应空河谷的参数分析,进一步描述了二维土层放大效应,研究结果表明二维土层放大效应引起的最大地面运动通常远远大于地形放大效应引起的最大地面运动,并且二维土层效应通常随着土层与基岩的阻抗比的增大而增大,但不是一维土层放大效应与二维地形放大效应的简单线性叠加.      

2013年6月2日台湾南投地震强地面运动模拟

2013年6月2日台湾省南投县发生一次里氏6.5级地震,这次地震是最近几年内发生的最大的一次地震,台湾大部分地区以及中国大陆东南沿海城市均有明显震感.为了更深入的理解此次地震的地震波能量传播过程以及强地面运动过程,本文采用三维有限差分方法对此次地震的强地面运动过程进行了模拟.结果显示,台湾中央山脉起伏的地形对此次地震的强地面运动分布特征具有较大的影响,出现了比较明显的地形放大效应;此外,台湾的平原和盆地中的沉积层也对地震波有较强的放大效应.     

基于有限断层模型的芦山“4·20”7.0级强烈地震强地面运动特征

基于芦山地震的震源破裂过程反演结果,利用有限断层模型,以芦山地区三维地壳速率结构模型为基础,对芦山“4·20”7.0级强烈地震引起的强地面运动进行了模拟.对这次地震中由典型盲断层引起的强地面运动数值模拟结果反映了与实际震害相近的分布特征:断层上盘的宝盛、龙门及芦山以北位于极震区,也是强地面运动的高强度集中区,特别是垂向分量的速度、加速度峰值均在该地区达到了最大值,最能反映地表震害特征的竖向地震加速度在龙门一带达到了350gal,与极震区Ⅸ度的烈度相当,而在芦山以北龙门一带,瞬时竖向位移峰值高达110cm,这些特征与实际震害分布是非常相近的.综合分析认为,这次地震强地面运动表现出了明显的逆冲断层引起的强地面运动的分布特征,同时在强地震动传播过程中,由于高陡峭地形地貌特征及四川盆地内山间盆地的影响,地形地貌和盆地效应对地震波的反射和放大作用明显加强,也是该地区地震破坏强度增大的重要因素.     

基于伪谱和有限差分混合方法的兰州盆地强地面运动二维数值模拟

利用伪谱和有限差分混合方法对兰州盆地进行二维强地面运动模拟.假设3个不同的震源深度5、10、20 km的同一地震下,以一个5层的二维剖面作为模型,以此来研究地震波传播过程并分析复杂的二维非均质路径效应,以及局部地下速度构造对强地面运动振幅加乘的影响,从而了解路径效应对强地面运动最大峰值位移的影响程度.研究结果显示:伪谱和有限差分混合方法模拟地震波场结合了有限差分法和伪谱法的优点,弥补了二者的不足,能较好地处理介质不连续面的计算,同时保证了和伪谱法相当的计算精度.通过地震波场模拟可知沉积盆地的强地面运动较基岩相比具有放大效应,震源深度的不同对兰州盆地垂直分量地面最大峰值位移影响较大,在震源深度为5 km时最小,为0.06 cm;震源深度10 km时在水平剖面30～55 km范围内峰值位移最大,达到0.14 cm;但对水平分量的峰值位移影响较小.     

由深井观测推论的沉积层地震波传播特性

为了研究受沉积层调节的地震运动的特性，日本国立防灾科学技术中心在关东地区布设了一些强震观测台阵。特别是利用最大深度600m或更深至早第三纪基底顶端之下的深井台阵调查研究了具有百达几千米沉积层的地震反应。根据观测结果，我们确定了两种沉积基底系统的基本地震反应。一种是由在沉积层基底系统上S波的多重反向所引起，沉积层当作水平构造来处理。另一种是由S波在地表面和倾斜基底界面产生的一系列全反射所引起的。这一串全反射的SH脉冲产生的一种伪靳夫波。最近，我们曾试图利用深井资料和地面台阵资料来分离震源谱、传播特性和场地放大特性。本文介绍利用1987年12月17日发生在千叶县以东近海M＝6．7地震资料估算的场地放大特性与地质条件之间的关系。     

南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

南海北部神狐海域是我国首次获取海洋天然气水合物实物样品的海域.然而,陆坡区深水水道和海底峡谷的侵蚀以及频发的沉积物失稳,将会加剧地层对比和沉积相识别的难度,导致目前该区域典型地震相-沉积相特征、沉积体类型、成因机制和空间匹配关系等方面还缺少精细的研究,特别是第四纪以来的沉积演化涉及较少,区域内水合物形成和分布的沉积地质条件尚不清晰.基于海底地形特征的描述、层序地层格架的对比和地震资料的综合解释,本次研究在第四纪以来的沉积充填序列中识别出5种典型的地震相类型,并分析了对应的沉积体类型:进积型的陆坡、第四纪早期发育的小型浊积水道、沉积物失稳(滑移和滑塌)、海底峡谷和伴生的沉积物变形、以及深海沉积-块体流沉积的复合体.通过沉积单元的空间匹配关系,将沉积演化划分为3个阶段:浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段、陆坡进积-沉积物失稳阶段、海底峡谷的侵蚀-充填阶段.研究结果表明,受第四纪早期小型浊积水道的侵蚀,再沉积的沉积物将在中-下陆坡以"近源"的方式堆积下来,可能具有相对较好的物性条件,从而可被视为适于水合物赋存的有利沉积体.进积型陆坡带来的沉积物易于发生失稳,在研究区内广泛分布,因其具有较小的沉积物颗粒粒度和较好的垂向连续性,可被认为是水合物的区域盖层.大量发育的海底峡谷及伴生的沉积物变形,将会侵蚀和破坏先前沉积的有利沉积体,使其呈现为"斑状/补丁状"的平面展布特征,进而影响了神狐海域水合物的分布.因此,神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一.     

山脊地形效应的强震动观测研究

根据强震动观测、实验研究与数值模拟结果表明,山脊地形对地震动具有显著影响.文章基于汶川地震主震及余震的三个地形效应观测台阵记录的三分量地震动加速度时程,经基线校正后计算得到各观测点的地面峰值加速度、峰值加速度比和反应谱比,分析山脊地形对地震地面运动的影响.结果表明:山脊地形对地震地面运动的影响显著,其地形地震效应随山脊地形的不同而变化,且地形效应具有方向性;水平向地形效应显著于垂直向;谱比是周期相关的,在所分析的周期范围内谱比不总是大于1．0.     

福州盆地强地面运动特征的有限元数值模拟

区域性地震波强地面运动的量化数值模拟分析结果可以用来指导城市规划建设,并在防震减灾中发挥重要作用. 本文采用有限元数值模拟方法来模拟由地震激发的区域地震波强地面运动过程,并得到地表峰值速度和加速度的分布特征.考虑到福州是东南沿海的重要省会城市,其明显的盆地结构特征使它很容易遭受强地震灾害的影响. 因此本文以福州盆地为主要研究对象,假定盆地的主要断层某一位置在未来可能发生灾害性地震,则该地震会激发地震波的强地面运动,并由于地形、沉积层等主要影响,在盆地内部发生放大.通过对地震波传播过程的数值模拟和后处理分析,给出了该盆地的地表峰值位移、峰值速度和峰值加速度分布图谱.该图谱可为未来的福州城市规划和抗震减灾提供定量科学参考依据.     

Estimation of Site Effects in Beijing City

— For the realistic modeling of the seismic ground motion in lateral heterogeneous anelastic media, the database of 3-D geophysical structures for Beijing City has been built up to model the seismic ground motion in the City, caused by the 1976 Tangshan and the 1998 Zhangbei earthquakes. The hybrid method, which combines the modal summation and the finite-difference algorithms, is used in the simulation. The modeling of the seismic ground motion, for both the Tangshan and the Zhangbei earthquakes, shows that the thick Quaternary sedimentary cover amplifies the peak values and increases the duration of the seismic ground motion in the northwestern part of the City. Therefore the thickness of the Quaternary sediments in Beijing City is the key factor controling the local ground effects. Four zones are defined on the base of the different thickness of the Quaternary sediments. The response spectra for each zone are computed, indicating that peak spectral values as high as 0.1 g are compatible with past seismicity and can be well exceeded if an event similar to the 1697 Sanhe-Pinggu occurs.     

地倾斜异常的一个特征及其应用

地倾斜与孕震地点存在一定的关系, 即强震前地倾斜的空间分布存在一定的有序性。 基于这一结果对张北地震前的地倾斜方向分布进行了研究, 显示张北地震前地倾斜方向确有指向或背向震中的趋势。 文中探讨了确定孕震区的方法, 利用截止到2004年8月的资料, 对华北、 新疆和川滇地区的地倾斜方向进行了研究。 在华北地区目前地倾斜方向线相交的区域有京津唐地区和山西带, 覆盖面积较大且较为分散, 难以勾画出显著的异常区。 在新疆和川滇地区也未发现类似张北地震前地倾斜方向线集中到同一区域的现象, 故认为截止到2004年8月, 上述区域不具备强震前地倾斜异常空间配套分布的特征。     

夏垫断裂MW≥7.5地震动的预测

针对夏垫断裂开展了M_W≥7.5地震动预测研究。首先基于全破裂模式设定震源（使其尽可能涵盖夏垫断裂的未知信息）模拟得到夏垫断裂发生M_W≥7.5地震时研究区域内的地面地震动场,进而依据分位数筛选出各场点的地震动空间分布,讨论了包含不确定震源下的加速度峰值和速度峰值的分布特征,结果显示当夏垫断裂发生M_W7.9地震时,通州城区、北京中心城区均会发生强烈的运动。之后对比讨论了仿真震源下M_W7.5地震所引起的地面运动场的空间变化,结果显示对于同等震级而言,两种震源的模拟结果可以相互印证。      

Simulation of Near-Fault Strong Ground Motion in the Beijing Region

On the basis of previous study of the 1679 Sanhe-Pinggu(M8.0) earthquake,the biggest event in history ever recorded in Beijing and its adjacent area,we made a 3-D strong ground motion simulation utilizing the staggered-grid finite differences method to study the distributions of peak ground velocity with different earthquake source models in the Beijing region.In the paper,earthquake source models and a transmission medium velocity model are established and the corresponding parameters are given in accordance to the results from a related previous study.Then,using a three-dimensional finite difference computing program of near-fault strong ground motion developed by Graves,the peak ground velocity caused by a destructive earthquake in the Beijing area is simulated.In our computation model,the earthquake source is 3km in depth,and a total number of 21,679 observation points on the ground surface are figured out.The transmission medium velocity model is composed of four stratums which are the Quaternary deposit,the upper crust,the upper part of the middle crust and the lower part of the middle crust.With the minimum grid spacing of 0.15km,a total of 2.28×106 grids are generated.Using a time step of 0.02 seconds we calculated the peak ground velocity for a duration of 8 seconds.After the analysis of the simulation results,we observed some basic characteristics of near-fault strong ground motion such as the concentration effect of near-fault peak ground velocity,rupture directivity effect,hanging wall effect,and basin effect.The results from our simulation and analysis suggest that the source and transmitting medium parameters in our model are suitable and the finite difference method is applicable to estimate the distribution of strong ground motion in the study region.     

长周期地震动三维有限元数值模拟方法

采用数值方法对长周期地震动进行模拟已成为当前强地面运动预测的研究方向之一。本文提出了一种有限元并行计算的高效地震动数值模拟方法,可以同时考虑震源、传播途径和场地条件对地震动的影响,并根据昆明地区未来可能发生的设定地震对昆明市的影响地震动进行了预测。这一方法可以应用于国内已探测的发震活断层进行地震危害性评价工作。     

Realistic Modeling of Seismic Wave Ground Motion in Beijing City

— Algorithms for the calculation of synthetic seismograms in laterally heterogeneous anelastic media have been applied to model the ground motion in Beijing City. The synthetic signals are compared with the few available seismic recordings (1998, Zhangbei earthquake) and with the distribution of observed macroseismic intensity (1976, Tangshan earthquake). The synthetic three-component seismograms have been computed for the Xiji area and Beijing City. The numerical results show that the thick Tertiary and Quaternary sediments are responsible for the severe amplification of the seismic ground motion. Such a result is well correlated with the abnormally high macroseismic intensity zone in the Xiji area associated with the 1976 Tangshan earthquake as well as with the ground motion recorded in Beijing city in the wake of the 1998 Zhangbei earthquake.     

地理信息系统与震后快速响应

为了地震后快速响应的需要,介绍了通过地理信息系统研究北京及周围地区的地震震型分布以及北京地区地震安全图和邻近地震理论烈度分布的方法。为北京市震后早期趋势快速判定及防震减灾服务。同时,以1997年5月张家口M_S 4.2和1998年1月10日张北-尚义M_S 6.2地震为例说明上述方法、图件在震后应急工作中的重要性。     

九寨沟MS7.0地震强地震动模拟及漳扎镇地震动强度预测

破坏性地震强度预测可用于工程领域抗震设防以及地震危险性分析评估,是防震减灾中一项很重要的基础工作.为了再现九寨沟地震的地震动强度,评估缺失强震记录的九寨章扎台站的地震动强度,本文用经验格林函数法对九寨沟地震进行了数值模拟.选取了震源周边地震动峰值加速度超过10 Gal的10个强震台站进行模拟.因未得到九寨沟地震的余震,初次尝试将汶川地震和定西地震的余震作为格林函数模拟九寨沟地震.模拟结果整体上可以反映各台站地震动的强度特征,尤其是地震动高频成份拟合较好.模拟值的地震动峰值加速度、时程数据、反应谱等与观测值拟合较好.预测结果显示漳扎镇的地震动峰值加速度值约为180~200 Gal.预测结果也表明在缺少大震的余震记录时,经验格林函数法使用其他大震的余震同样可以再现目标地震的强度特征.本研究也为经验格林函数方法在缺乏小震记录地区的使用积累了经验.最后总结了格林函数的选取标准,为经验格林函数方法来预测未来强震动特征积累了经验.     

宁洱6．4级地震强震动观测记录异常场地影响分析

“十五”期间建设并投入试运行的中国数字强震动台网云南区域台网有20多个强震动台站记录到宁洱6．4级地震产生的地面运动。但值得注意的是,位于实地考察得到的Ⅵ度以上烈度区内或者其附近的4个强震台站,从加速度峰值、速度峰值与烈度的对应关系来看,与实际震害现象反映出的烈度有一定差异。究其原因,地震动幅值的大小和震级的大小有着直接的关系,但同时也和地震波的传播途径及场地条件等因素有关。因此,从场地因素的角度出发,从覆盖土层、地形地貌和地质构造条件等方面对造成强震动记录值偏大的原因进行了调查分析。在此基础上,对今后云南地区地震动研究场地影响的考虑提出了一些思路和建议。