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.     

张北地震在北京市激发的二维强地面运动的模拟

张北县距离北京市约200多km,1998年1月的张北地震是近期北京周边地区发生的一次较强规模的地震,研究它在北京地区引起的强地面运动,有助于分析首都圈内的地震危害性,为地震减灾提供理论帮助.本文利用新的计算工具-局域离散波数法,模拟了张北地震激发的包括来自上地壳、moho面反射波、首播等在内的全波场在北京西部引起的2D强地面运动,分析了该区内第三纪、第四纪沉积地层对于地震的放大效应,得出的主要结论有,薄的第四纪沉积盖层的地点放大效应比厚的第三纪盖层的大很多,说明介质物性是决定地点放大效应的根本原因;不同物性的沉积盖层,在R、Z分量上的放大作用不一样,体现了地点放大效应的复杂性,值得在今后的研究中继续探讨.     

华北地区地震危险性分析和地面运动预测的一致性方法

利用华北地区地震活动性资料,建立了地震危险性计算的一致性模型.在此模型的基础上,得出了北京、天津、唐山和济南等7个城市未来2500年内地震的时空强度分布,并计算了2500年回复周期的地震动峰值加速度(PGA).结果表明,唐山和太原的PGA最大(>0.2g),石家庄和北京次之(≈0.17g).对华北地区2500年地震记录的正演计算结果表明,太原和唐山地区的潜在地震危险最有可能来源于震级在6.0～7.0、震中距离在12～15km的地震活动;而北京、天津和石家庄地区则可能来源于震级在5.5～6.0、震中距离在10km左右的地震活动.采用IBC(International Building Code)方法计算后的结果显示,太原、唐山等地区的PGA与2001年我国地震动峰值加速度值基本一致,与此地区的较高地震活动性特征相符.利用随机震源模型,还给出了影响此7个城市的最大地震记录的加速度、速度及位移时程曲线,这对本区工程建筑的抗震性设计以及对救援设施的选址等有重要作用.     

基于华北区域地震活动性分布的地震危险性评价模型

采用了分布式地震活动性模型. 该模型无需潜在震源区划分,同时简化了地震危险性概率分析方法. 根据破坏性地震目录建立了3个地震活动性模型,利用高斯光滑函数获得了华北区域内的a值分布特征,使用3种典型的衰减模型,分别计算了50年内超越概率10%, 5%和2%的地震动峰值加速度分布. 其分析结果显示了峰值加速度分布特征与我国第四代区划图大体一致,特定地震活动区（太原、 石家庄等地区）的峰值加速度略高于第四代区划图的结果,而这种峰值加速度分布特征与该地区较高的地震活动性特征是一致的. 概率危险性曲线结果表明,唐山、太原和北京等地区的潜在地震危险性比华北区域内其它城市高.      

北京凹陷地震地面运动超声模拟

1976年唐山大地震震害调查表明,北京城区震害异常带的分布与北京凹陷的西北及东南两翼相对应。 垂直于北京凹陷长轴切取场地剖面,分別将覆盖层和基岩简化为均质体,按相似性要求设计模型。设震源位于场地的东南方向,选择与天然地震震源辐射特征相似的发射换能器模拟之,同时采用对不同方向的振动具有不同灵敏度的换能器,来拾取模拟地震地面运动的各分量。 由模拟实验观测得到,在随震中距离增加而衰减的总趋势之上,天坛、前门和西四附近模拟地震地面运动大大加强,这与宏观震害的分布吻合较好。模拟地震地面运动表现为先颠后摇,并且铅垂向振动具有一定强度,水平振动的大能量段持续时间较长,其反应谱呈现双峰乃至多峰形。另外,同一时刻不同地点水平地震力存在差异,这是产生水平力偶的原因之一,1976年唐山大地震时北京城区的地震破坏与上述结果较为一致。 进一步的分析研究揭示了埋藏基岩面形态对地震地面运动影响的物理实质。 本文还就基岩面的变化对地震波影响的规律方面也进行了探讨。      

相交早第四纪断裂近断层地震动场预测——以枣庄市新城区为例

近断层地震动场的预测不仅可以为抗震结构设计提供更加丰富的地震动输入,也可以作为土地合理规划的参考依据。在一些地震活动相对较弱的地区,地震往往发生在两个早第四纪断裂相交的位置处。因此对于这种相交早第四纪断裂区的近断层地震动场预测具有实际的意义。本文以枣庄市新城区为例,预测了在设定地震发生时,相交早第四纪断裂近断层地震动场的分布情况。先分别计算了近断层区低频和高频的地震动,然后将低频和高频成分合成宽频带的地震动场。在计算低频地震动场时,建立了枣庄市新城区地下三维传播介质模型和震源模型。计算的过程是模拟震源发生破裂产生地震波后,地震波在地下介质中的传播过程。使用了三维显式有限元、快速拉格朗日有限元法等数值计算方法以及并行计算技术来提高计算的速度。由于地震动的频率成分是连续的,因此对于高频地震动使用了随机震动理论来进行合成。本文研究的预测结果具备断层附近地震动的一些最基本的特征,符合当前对断层附近地震动的基本认识。     

表层沉积物特性对地震地面运动的影响研究

建立包含震源、沉积盆地和表层低速沉积层的二维模型,采用交错网格有限差分/伪谱混合方法求解地震波传播,讨论沉积层厚度和速度对地震地面运动的作用。结果表明:沉积层内产生的地震波的多重反射以及转换会引起地面运动持续时间的延长,它们的相干叠加会造成地面运动峰值的放大;随着沉积层速度的增加,多重反射与转换波的能量减小,地面运动持续时间减小,但是不同速度或者不同厚度的低速层模型均显示出一致的地面运动峰值放大特征。结果说明,在包含震源、沉积盆地和沉积层的模型中,沉积层对地面运动的作用机理更复杂。在实际应用中有必要同时考虑这些因素的综合作用。     

华北地区震前断层异常活动方式

分析了华北地区跨断层形变资料, 研究了唐山、 大同及张北地震前断层异常活动方式。 结果表明, 震前存在显著的断层异常活动; 断层异常活动方式具有构造控制特征,并与孕震机理有关; 地震孕育过程中有可能出现多次应力集中; 从断层不可逆异常活动地区的分布推测, 唐山地震缓解了延怀地区的地震危险性, 大同地震缓解了紫荆关-狼山断层一线的地震危险性; 张北地震断层异常活动呈松弛变化, 首都圈及邻近地区地震活动将趋于缓解。     

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。     

A PRELIMINARY STUDY ON THE CORRELATIVITY OF SEISMIC HAZARD BETWEEN BEIJING AREA AND XIONG'AN NEW AREA

Xiong'an New Area is established on April 1, 2017 and some non-capital functions from Beijing would be transferred to this new area. As a political, economic, and cultural center of China, Beijing has a highly dense population, buildings, and transportation. With the rapid development of the urban economy, the population and assets exposed to dangerous areas with M ≥ 7 earthquakes have accumulated in an exponential manner, leading to a continuous surge in seismic risk in Beijing. Studying on the correlativity of seismic hazard between Beijing area and Xiong'an New Area is of great significance to judge whether Xiong'an can play a role in the dispersal of seismic risk of Beijing. Using Monte Carlo method to simulate synthetic earthquake sequences, and for each simulated earthquake, the peak ground acceleration data sets on each site of Beijing and Xiong'an can be calculated through the attenuation relationship. Based on the statistical analysis of the ground motion peak acceleration data sets, this paper holds that the correlativity of the ground motion between Beijing area and Xiong'an New Area is not high; the probability of Beijing and Xiong'an suffering at the same time from an exceeded fortification level of ground motion effect is very low; the probability of Beijing and Xiong'an suffering at the same time from a rare ground motion effect is extremely low. Through defibering population, assets, and setting up a remote backup of earthquake emergency equipment and supplies, Xiong'an New Area can disperse the high seismic risk of Beijing to some extent.     

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。     

用改进的经验格林函数方法模拟唐山地震动

建筑物的抗震设防需要尽可能地掌握未来大地震强震动记录信息,但大地震强震动记录的匮乏阻碍了抗震设防实践的发展。经验格林函数方法作为模拟地震动的主要方法,可以提供可靠的大地震强震动记录,但也存在着许多问题,如缺乏对大地震断层滑动分布不均匀的描述、用经验确定小震数目、模拟方法受到大小地震相似条件的限制等。文中对上述经验格林函数方法存在的问题进行了研究,改进的经验格林函数方法,有效地解决了上述问题。并用其对唐山大地震进行了模拟,并把模拟的地震动时程和反应谱与实际记录相比较,发现用改进方法模拟的地震动加速度反应谱比用未改进方法模拟结果更接近实际的地震动记录加速度反应谱。由此说明改进的经验格林函数可更准确的模拟地震动。     

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.     

Seismic response of deep Quaternary sediments in historical center of L’Aquila City (central Italy)

On 6 April 2009 a M_w=6.1 earthquake produced severe destruction and damage over the historic center of L’Aquila City (central Italy), in which the accelerometer stations AQK and AQU recorded a large amount of near-fault ground motion data. This paper analyzes the recorded ground motions and compares the observed peak accelerations and the horizontal to vertical response spectral ratios with those revealed from numerical simulations. The finite element method is considered herein to perform dynamic modeling on the soil profile underlying the seismic station AQU. The subsurface model, which is based on the reviewed surveys that were carried out in previous studies, consists of 200–400 m of Quaternary sediments overlying a Meso-Cenozoic carbonate bedrock. The Martin-Finn-Seed's pore-water pressure model is used in the simulations. The horizontal to vertical response spectral ratio that is observed during the weak seismic events shows three predominant frequencies at about 14 Hz, 3 Hz and 0.6 Hz, which may be related to the computed seismic motion amplification occurring at the shallow colluvium, at the top and base of the fluvial-lacustrine sequence, respectively. During the 2009 L’Aquila main shock the predominant frequency of 14 Hz shifts to lower values probably due to a peculiar wave-field incidence angle. The predominant frequency of 3 Hz shifts to lower values when the earthquake magnitude increases, which may be associated to the progressive softening of soil due to the excess pore-water pressure generation that reaches a maximum value of about 350 kPa in the top of fluvial-lacustrine sequence. The computed vertical peak acceleration underestimates the experimental value and the horizontal to vertical peak acceleration ratio that is observed at station AQU decreases when the earthquake magnitude increases, which reveals amplification of the vertical component of ground motion probably due to near-source effects.     

Dynamic properties of the Quaternary sedimentary rocks and their influence on seismic site effects. Case study in Bucharest City,Romania

Bucharest is one of the cities most affected by earthquakes in Europe. Situated at 150–170 km distance from Vrancea epicentral zone, Bucharest had suffered many damages due to high energy Vrancea intermediate-depth earthquakes. For example, the 4 March 1977 event produced the collapse of 32 buildings with 8–12 levels, while more than 150 old buildings with 6–9 levels were seriously damaged. The studies done after this earthquake had shown the importance of the surface geological structure upon ground motion parameters. New seismic measurements are performed in Bucharest area aiming at defining better elastic and dynamic properties of the shallow sedimentary rocks. Down-hole seismic measurements were performed in a number of 10 cased boreholes drilled in the Bucharest City area. Processing and interpretation of the data lead to the conclusion that shallow sedimentary rocks can be considered weak in the area, down to 150–200 m depth. Seismic wave velocity values and bulk density values presented in the paper associated with local geology are useful primary data in the seismic microzonation of Bucharest City. They are used as 1D models to derive transfer functions and response spectra for the stack of sedimentary rocks in several parts of Bucharest area, leading to a better knowledge of the local site amplification and associated frequency spectra. In a recent study the H/V spectral ratio using Nakamura’s method was applied on the seismic noise measurements in 22 sites in Bucharest City in order to derive the fundamental period associated with these sites. The values confirm the previous results, showing a dominant resonance in the period range of 1.25–1.75 s. The fundamental periods obtained with Nakamura’s method are in good agreement with those computed on the basis of geological and geotechnical data in boreholes, which show an increase of the fundamental period in the Bucharest area from south to north, in the same direction as the increase of the thickness of the Quaternary deposits above the Fratesti layer which is considered the bedrock in the area.     

俯冲带地震动特征及其衰减规律探讨

随着我国南海不断开发建设,海洋工程的抗震问题日益受到重视.我国南海东部区域位于大陆板块与海洋板块共同作用的俯冲带地区,地震活动频繁,震级较大,潜在地震对南海开发建设有重要影响.为了研究俯冲带地震的地震动特征及其衰减规律,本文基于实际俯冲带地震数据,并结合数值模拟方法,分析和探讨了俯冲带板内、板缘地震与浅地壳地震的地震动特征和衰减规律的差异.研究结果表明:俯冲带地震动存在区域性差异,在地震动衰减特征方面,同一区域的俯冲带板缘地震要比浅地壳地震衰减慢,俯冲带板内地震要比浅地壳地震衰减得快;数值模拟分析不同深度海水对海底地震动的影响表明,海底地震动水平分量几乎不受海水介质的影响,但是竖向分量随海水深度的增加有减小的趋势.最终,基于数值模拟和经验关系的混合方法建立了南海俯冲带地震动衰减关系模型,其结果可为海域区划等相关研究和海域工程建设提供参考.     

唐山响堂三维场地影响观测台阵

１９９４年７月中国地震局工程力学研究所在唐山余震区响堂镇建成了我国第一个三维场地影响观测台阵。该台阵目前有四个测点,分别布设在基岩地表、土层地表、地下１７ｍ和地下３２ｍ处。它安装了分辨率为１６位的井下数字观测系统,主机和从机同步运行,系统时钟采用Ｏｍｅｇａ导航信号自动校对（精度１ｍｓ）,地震数据采用固态方式（ＣＭＯＳ）存储,每个测点均布设一组 量力平衡式加速度计。该台阵自投入运行至１９９７年１２月     

唐山地区强震动记录的应用研究初探

本文给出了唐山地区强震动记录应用研究的两个实例,提出了建筑结构采用时程分析时选用强震动记录的原则和方法,通过对唐山地区强震动记录的分析处理,得到了其峰值加速度及加速度反应谱,确定了本地区进行弹性时程分析时选用的强震动记录;研究了局部场地条件对地震动影响的唐山响堂三维强震动观测台阵,以唐山响堂台阵2号测井(地下32m)的基岩强震动作为输入,通过2号测井的土层剖面,利用2个一维土层地震反应分析程序,分别计算得到地表的峰值加速度和加速度反应谱,并把计算结果与同次地震相应的地表强震动记录峰值加速度与加速度反应谱进行了对比分析。     

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。     

抗震设计中多遇地震的问题和讨论

指出作为截面抗震验算标准的“小震”混淆了两种明显不同的概念:其一是对应于50年超越概率63％的地震动参数(以下简称“多遇小震”);其二是50年超越概率10％的地震动参数经过折算得到的参数(以下简称“折算小震”).上述混淆导致抗震设计中实际上执行着不同的标准.文中讨论了中、小地震动参数之间关系的复杂性,包括从地震危险性分...