近场强地震动数值模拟的简化计算方法

近场强地震动除受场地条件的影响外,还受到震源破裂面上子源的空间分布特点、子源破裂先后顺序的强烈控制,基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法可以综合考虑震源、传播途径及局部场地条件的影响,对计算过程进行合理简化,分2步完成地震动模拟:第1步,在介质均匀区采用矩张量的解析解计算所有子源在盖层底面的位移,形成下一步有限元计算的输入场;第2步,在盖层介质不均匀区,结合局部人工透射边界技术,采用时、空解耦的波动显式有限元方法计算地表强地震动。在有限断层模型中,采用具有9个力偶的等效地震矩张量表达断层产状、滑动方向等的影响,采用Brune模型定义各子源的滑动时间函数,描述滑动的时、空不均匀分布特征,从而细化震源模型。通过对Northridge地震中4个基岩台站地表地震动的模拟结果和强震记录,验证了此简化计算方法的可行性     

实际地形对2010年玉树MS7.1地震动力学破裂过程及地震动特征的影响

基于震源动力学模型,采用曲线网格有限差分法模拟了水平自由地表及实际地形条件下2010年玉树MS7.1地震的震源破裂过程及相应的地面地震动,获取了断层面上的破裂传播过程、最终滑移量分布及峰值地面速度分布,讨论了实际地形对玉树地震破裂过程及相应地震动的影响.基于本文设定的动力学模型,模拟结果显示:断层面上的高应力降是玉树地...     

九寨沟7.0级地震地表地震动位移及静态位移的模拟研究

北京时间2017年8月8日21时19分在四川省阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生7.0级地震,给九寨沟景区造成了滑坡坍塌等地质灾害.本文利用Crust1.0资料和反演的震源破裂过程建立了研究区三维介质模型及三维震源模型,采用谱元数值模拟方法模拟了九寨沟近断层地表地震动速度时程,并与强震台站实际速度记录的低频做了对比,两种结果对比的一致性,验证了介质模型及震源模型的有效性.在此基础上近一步模拟了地表位移时间序列,获得了位移峰值PGD及静态位移的空间分布,分析并给出了九寨沟地震地表位移的主要运动特征.     

地震动的速度脉冲对结构反应及结构减隔震性能影响研究

近断层地震动非常复杂,受地壳介质和地表局部场地影响的同时,更受地震断层破裂尺度、断层面位错的发展过程、破裂速度、滑动方向等因素的影响。近断层地震动常具有震动集中性、速度脉冲、永久位移以及破裂的方向性和上/下盘效应等特征。其中,地震动速度脉     

关于有限断层计算模型的研究——考虑位错时、空不均匀分布的滑动时间函数

断层面上某一点的滑动时间函数需要用三个参数来表达:断层的平均位错量、上升时间和破裂传播的时间延迟。本文基于有限断层模型,根据断层面上每个子源的位错量时、空不均匀分布特征,采用Brune模型系统确定了相应滑动时间函数的三个参数,构建了位错量呈时、空不均匀分布的有限断层滑动模型。该方法可以表现破裂面上断层位错量在时间和空间上分布的不均匀特征,既能够表现震源的复杂性同时又能够简化震源模型的构建过程,为考虑断层附近的强地震动数值模拟计算提供了有效的途径。     

2010年4月14日玉树Ms7.1地震加速度场预测

基于有限断层震源、且使用动力学拐角频率的地震动随机模拟方法预测玉树地震近断层的加速度场.首先,基于有限断层震源建模方法建立该次地震的震源模型;然后,基于上述地震动模拟方法预测玉树地震近断层191个节点的加速度时程.在此基础上,取每个结点的加速度峰值绘制该次地震的近断层加速度场.结果表明:(1)近断层加速度场主要受震源破裂过程和断层面上滑动分布的影响.断层面上凹凸体投影到地表的区域附近,加速度峰值最大,也是震害最严重的区域;(2)对于走滑地震,断层沿线附近的场地并非均会发生破裂方向性效应;发生破裂方向性效应的场地与凹凸体在断层面上的位置有关.     

利用区域宽频带数据反演鲁甸MS6.5级地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,我们利用区域宽频带数据反演得到了2014年8月3日鲁甸M_S6.5级地震的震源破裂过程.反演结果显示：此次地震的发震断层走向为北北西向,破裂主要以左旋走滑为主,位移主要发生在震源左上方,最大滑动量为0.7 m,模型显示断层破裂可能接近地表,破裂长度约10 km.此次地震释放的标量地震矩为1.97×10¹⁸ N·m,相当于矩震级为M_w 6.1,地震能量主要在前15 s释放.鲁甸地震有四个显著的特点：（1）位移主要集中在浅部,从11 km起破点开始迅速向上传播,大部分位于10 km以上且最大位移位于深度3 km处,从模型来看,破裂可能接近地表,因此地表震动较为强烈;（2）应力降比较大,计算显示释放的同震静态应力降约为2.8 MPa;（3）破裂速度较快,在地表附近超过了2.5 km·s^-1;（4）主震可能发生在一个共轭断层系上.这四个特点可能是导致此次地震造成如此重大人员伤亡和财产损失的最重要的原因.     

地震动旋转分量用于矩张量反演的数值试验

地震动旋转分量可以提供传统平动分量所欠缺的空间梯度信息,理论上可以提升对震源参数的约束.本文对旋转分量用于矩张量反演进行了较为全面的数值试验.首先分析了均匀无限空间中位错点源产生的旋转波场与平动波场在辐射花样上的互补性,由此推测旋转分量用于矩张量反演能提供额外的约束.随后基于层状介质模型合成的平动和旋转记录,开展了地震...     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

黑龙江省1986年德都中强地震震源参数

本文应用体波频谱估算地震矩、应力降、震源尺度、破裂传播速度、断层平均位错等震源参数。并讨论现代构造运动、震源机及地震与火山活动关系。     

基于有限断层动力学模型的逆断层—三维层状沉积盆地地震动模拟

近断层效应使得沉积盆地对地震动放大效应更为复杂。本文针对逆断层发震下三维层状沉积盆地地震反应,基于波动谱元法,采用有限断层动力学模型,模拟断层动力破裂、地壳层地震波传播和层状沉积盆地对地震波散射全过程。在此基础上,对比分析了层状和均质沉积盆地对近断层地震动放大效应的影响,讨论了不同断层倾角下层状沉积盆地地震动加速度特性。结果表明：层状沉积盆地PGA空间分布与均质沉积盆地存在较大差异,由于近断层效应和盆地效应,层状沉积盆地地表局部范围竖向PGA大于水平向PGA;90°断层倾角下层状沉积盆地地表地震动放大范围与60°断层倾角结果明显不同,主要集中在盆地中心区域和断层附近,且幅值远小于60°断层倾角下结果;沿断层走向,盆地内地表地震动加速度峰值对应时刻较盆地外延后。     

1975年海城MS7.3地震强地面运动模拟

地震强地面运动预测对工程的抗震设计,地震危害性分析以及减轻特定地区可能发生的大地震所造成的灾害具有重要的作用.本文根据辽宁省海城地区的地质资料和发生于1975年2月4日辽宁省海城市的M_S7.3地震资料,分别构造了海城地区的地下速度结构和海城地震的震源模型,并且使用可以准确描述地形起伏的曲线网格有限差分方法计算了海城地震的波场传播过程.通过对计算得到的波场快照、合成理论地震图以及地震烈度的分析表明：（1）震源模型、地下的速度结构和地形起伏对海城地震的波场传播模拟具有重要的影响,它们所产生的近断层效应、方向性效应和盆地效应明显;（2）通过计算得到的海城地震的理论烈度分布与通过震后调查得到的烈度分布大体符合,验证了本文所构造的震源模型和速度结构的合理性.     

Strong motion characteristics of the M_w 6.6 Lushan earthquake,Sichuan,China——an insight into the spatial difference of a typical thrust fault earthquake

Near-field strong ground motions are useful for engineering seismology studies and seismic design, but dense observation networks of damaging earthquakes are still rare. In this study, based on the strong-motion data from the M w 6.6 Lushan earthquake, the ground motion parameters in different spatial regions are systematically analyzed, and the contributions from different effects, like the hanging-wall effect, directivity effect, and attenuation effect are separated to the extent possible. Different engineering parameters from the observed ground motions are compared with the local design response spectra and a new attenuation relation of Western China. General results indicate that the high frequency ground motion, like the peak ground acceleration, on two sides of the fault plane is sensitive to the hanging-wall effect, whereas the low frequency ground motion, like the long period spectral acceleration, in the rupture propagation direction is affected by the directivity effect. Moreover, although the M w 6.6 Lushan earthquake is not a large magnitude event, the spatial difference of ground motion is still obvious; thus, for a thrust faulting earthquake, in addition to the hanging effect, the directivity effect should also be considered.     

互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征研究

为了解决采用Trimble GX 3D地面激光三维扫描仪分析互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征时,未有效模拟地表垂直和水平位移的基本特征,获取的地表破裂位错特征结果不准确的问题。提出新的互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征研究方法,先构建地震地表弹性位错模型,分析互层胶结土正断层的地表三维断裂特征,得到地表在受到走滑、逆冲和张开错动导致的地表错位变化情况;再通过正断层地震地表破裂离心机试验,获得互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征。试验结果说明,所提方法可有效分析互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征,且破裂点在土体模型中部和中下部的裂缝深度分别为22.4 m和33.4 m,裂缝上的破裂点处于土体模型的中下部时,裂缝的深度越深。     

基于数学建模的潜在地震破裂面源检测方法研究

大多数地震破裂面源检测方法都是通过简化地震震源,将地震震源表示成线源或者点源,无法有效描述地震带地震破裂面源产状和大小,不适用地震震级较大的情况下地震危险性检测。因此提出基于数学建模的潜在地震破裂面源检测方法,在地震震级较大时仍能检测出地震危险性概率。选取适宜的地震基岩水平峰值加速度衰减关系,分析地震震级、破裂长度、破裂宽度相互关系,确定地震引起的潜在地震破裂面源大小,计算给定地震动小于在场点处产生地震动的概率,将该概率同地震动加速度衰减关系结合,得到地震动年超越概率,分析地震危险性。经过实验检测发现,所提方法检测出的年超越概率与峰值加速度、最大震级有关,该概率能精准表示地震带地震破裂面源产状和大小,说明该方法检测地震危险性是合理的。     

Rupture model of the 2013 M_W 6.6 Lushan (China) earthquake constrained by a new GPS data set and its effects on potential seismic hazard

Vertical records are critically important when determining the rupture model of an earthquake, especially a thrust earthquake. Due to the relatively low fitness level of near-field vertical displacements, the precision of previous rupture models is relatively low, and the seismic hazard evaluated thereafter should be further updated. In this study, we applied three-component displacement records from GPS stations in and around the source region of the 2013 MW6.6 Lushan earthquake to re-investigate the rupture model.To improve the resolution of the rupture model, records from both continuous and campaign GPS stations were gathered, and secular deformations of the GPS movements were removed from the records of the campaign stations to ensure their reliability. The rupture model was derived by the steepest descent method(SDM), which is based on a layered velocity structure. The peak slip value was about 0.75 m, with a seismic moment release of 9.89 × 10~(18) N·m, which was equivalent to an M_W6.6 event. The inferred fault geometry coincided well with the aftershock distribution of the Lushan earthquake. Unlike previous rupture models, a secondary slip asperity existed at a shallow depth and even touched the ground surface. Based on the distribution of the co-seismic ruptures of the Lushan and Wenchuan earthquakes, post-seismic relaxation of the Wenchuan earthquake, and tectonic loading process, we proposed that the seismic hazard is quite high and still needs special attention in the seismic gap between the two earthquakes.     

Strong motion characteristics of the <Emphasis Type="Italic">M</Emphasis><Subscript>w</Subscript> 6.6 Lushan earthquake,Sichuan, China — an insight into the spatial difference of a typical thrust fault earthquake

Near-field strong ground motions are useful for engineering seismology studies and seismic design, but dense observation networks of damaging earthquakes are still rare. In this study, based on the strong-motion data from the M w 6.6 Lushan earthquake, the ground motion parameters in different spatial regions are systematically analyzed, and the contributions from different effects, like the hanging-wall effect, directivity effect, and attenuation effect are separated to the extent possible. Different engineering parameters from the observed ground motions are compared with the local design response spectra and a new attenuation relation of Western China. General results indicate that the high frequency ground motion, like the peak ground acceleration, on two sides of the fault plane is sensitive to the hanging-wall effect, whereas the low frequency ground motion, like the long period spectral acceleration, in the rupture propagation direction is affected by the directivity effect. Moreover, although the M w 6.6 Lushan earthquake is not a large magnitude event, the spatial difference of ground motion is still obvious; thus, for a thrust faulting earthquake, in addition to the hanging effect, the directivity effect should also be considered.     

集集地震近断层地震动频谱特性

利用5个反映地震动频谱特征的周期(反应谱卓越周期Tp, 平滑化反应谱卓越周期To, 傅氏幅值谱平均周期Tm, 等效速度脉冲周期Tv和拟速度反应谱卓越周期Tpv), 对集集地震的近断层三分量地震动进行研究. 结果表明, 上盘地震动的频谱周期小于下盘地震动; Tp小于To和Tm, 且Tp反映的三分量之间的关系与To和Tm不同; 在地表断裂带的北端,Tv和Tpv所反映的近断层地震动长周期分量的频谱特征, 与走滑断层中方向性效应作用的规律相类似. 得出的定性或定量结论可以为近场抗震设计谱的建立与地震危险性区划研究提供参考.      

考虑俯冲带潜在震源区的地震危险性算法研究及在中国海域的应用

本文研究了俯冲带潜在震源区离散化方法及考虑俯冲带高震级地震震源破裂面和震源深度的场点地震动计算方法,推导了俯冲带潜在震源区地震危险性计算公式,并使用中国海域及邻区地震危险性模型进行地震危险性试算.结果表明,本文建立的考虑俯冲带潜在震源区的地震危险性算法能够实现场点地震危险性计算时对俯冲带高震级地震震源破裂面和震源深度的...