1679年三河-平谷8级地震近断层强地震动的有限元模拟

文中通过收集整理三河-平谷8级地震的历史记录、野外地质调查和区域地震等资料,建立了该地震的震源模型;以穿过研究区的12条测线和区域第四纪、新近纪、古近纪沉积等厚度图等资料为基础,建立了北京地区的传播介质模型;利用哈尔滨工程力学研究所的近断层强地震动有限元程序和40节点的高性能并行计算机计算了北京地区震后60s内地表各点的地震动速度时程和峰值速度。为检验模拟结果的质量,我们取2排测点的速度时程和水平向峰值速度等值线图进行了分析,发现计算结果与历史地震记录及实际地震观测资料吻合良好,说明了我们的模拟结果的可信性和模拟方法的客观性     

用多普勒效应计算汶川余震断层滑动速度函数

以往得到的断层滑动速度函数是通过理论研究获得,其计算结果与地壳介质等因素有关.由于目前人们对地壳介质和震源机制研究的局限性,使得计算结果的准确性不高.在系统提出用多普勒效应计算断层滑动速度函数的基础上,以汶川地震余震为例计算了地震断层的滑动速度函数.结果表明,滑动速度函数具有迅速上升,相对缓慢下降的特点,与Hisacla的研究结果一致.用多普勒效应计算断层断层滑动速度函数的结果与地壳介质和震源机制无关,应该是一种有前途的计算地震断层滑动速度的方法.     

近断层地震动方向性效应及超剪切破裂研究

近断层地震动是造成近断层区工程结构破坏的重要因素,近断层地震动的特征受到诸多因素的影响,其中断层破裂传播的方向性是影响近断层地震动及其分布特征的关键因素之一。方向性效应的影响因素众多,比如断层破裂的速度、破裂的方向、断层的倾角、震源的深度、破裂的模式、破裂起始位置以及断层面上的局部震源参数等。但是这些参数是如何影响方向性效应的呢?特别是一般认为断层的破裂速度接近于剪切波传播速度时,会产生明显的方向性效应,但是当破裂速度超过剪切波传播速度时是否会产生方向性效应?如果存在,又会对近断层地震动的特征产生如何影响?为了回答这些问题,本研究首先分析了方向性效应的相关概念,接着采用数值方法模拟了各种震源相关参数的变化对方向性效应的影响,并且对模拟结果和实际近断层强地震动的方向性特征进行了分析,最后专门研究了地震破裂过程中的超剪切破裂现象及其对近断层地震动方向性效应的影响。研究时分别从地震动的加速度、速度和位移三方面,系统地分析了其三分量的峰值、频谱和持时特征,研究的主要内容和结论如下:     

断层下方地壳分层结构对地震动模拟结果的影响研究

考虑震源破裂过程的三维地震动数值模拟一般需将震源包含在计算区域中,这样的计算模型区域大,计算量大,尤其是对于断层埋深较大的情况。本文对破裂断层下地壳分层结构引起的反射波的影响进行了分析,分别对改变断层下方介质的密度和波速两个参数的模拟结果进行了对比,结果表明:断层下方地壳分层结构引起的反射波对地表观察点地震动时程的影响很小,可以忽略。因此进行三维地震动数值模拟可以不考虑断层下介质的影响,从而可以大大减小计算区域,提高计算效率。     

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。     

芦山地震断层滑动速度的计算

以往得到的断层滑动速度函数要么是通过理论研究获得的,要么是计算的结果与地壳介质等因素有关.由于目前人们对地壳介质和震源机制研究的局限性,使得计算结果的准确性不高.在系统提出用多普勒效应计算断层滑动速度函数的基础上,以芦山地震余震为例计算了地震断层的滑动速度函数.结果表明:滑动速度函数具有迅速上升,相对缓慢下降的特点,与我们以往的计算结果一致,也与Hisada的研究结果一致.用多普勒效应计算断层断层滑动速度函数的结果与地壳介质和震源机制无关,应该是一种有前途的计算地震断层滑动速度的方法.     

1999年台湾集集大地震强地面运动的模拟

利用有限断层模型对1999年台湾集集大地震所产生的近场强地面运动进行了数值模拟,尝试了将具有明确物理意义的震源动力模型的研究结果应用于描述震源过程。计算结果显示,基岩台或接近工程基岩台的计算模拟记录同观测记录符合得很好。进一步研究表明,当综合考虑场地效应对地震动影响时,模拟计算结果得到了明显的改善,同实际观测记录更为相符。本文的研究结果说明,为了科学合理地预测大地震所产生的强地面运动,应综合考虑影响地震所产生的地面运动的"三要素",即:震源过程、传播路径及场地效应。     

断层滑动速度的研究

以往得到的断层滑动速度函数要么是通过理论研究获得的,要么是计算的结果与地壳介质等因素有关.由于目前人们对地壳介质和震源机制研究的局限性,使得计算结果的准确性不高.在系统提出用多普勒效应计算断层滑动速度函数的基础上,以汶川地震余震为例计算了地震断层的滑动速度函数.结果表明,滑动速度函数具有迅速上升,相对缓慢下降的特点,与Hisada的研究结果一致,也与岩石破裂实验结果一致.用多普勒效应计算断层断层滑动速度函数的结果与地壳介质和震源机制无关,应该是一种有前途的计算地震断层滑动速度的方法.     

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.     

近断层速度脉冲地震动的三维有限差分模拟

根据台湾西部地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的研究成果,建立三维速度结构模型和震源模型,并采用三维有限差分法对双冬断层可能产生的近断层脉冲型地震动进行数值模拟。结果表明,方向性效应引起的双向速度脉冲集中在垂直于断层滑动分量的方向上,而滑冲效应引起的单向速度脉冲则集中在平行于断层滑动分量的方向上。受方向性效应和上盘效应的共同调制,近断层脉冲型地震动反映出不对称带状分布的特征,速度脉冲主要分布在距离断层面约10 km的范围内。凹凸体的特性影响着地震动的时空分布,由地震波场显示南投和台中处于强地震动危险区。近场脉冲型地震动的研究对分析速度脉冲形成机理以及地震危险性有一定的参考意义。     

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.     

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。      

近断层速度脉冲与震源机制的关系浅析

本文初步分析了近断层速度脉冲的成因和特点,主要包括方向性效应与滑冲效应,并通过中国台湾集集地震的脉冲记录,分析了断层破裂方向和位移大小等震源参数对脉冲强度的影响。此外,基于有限移动源理论,说明了断层辐射与速度脉冲分布的关系,并探讨了利用运动学震源模型研究近断层地震动对速度脉冲影响的技术路线;评述了7种典型的等效速度脉冲模型,建议进一步研究等效速度脉冲函数与震源机制之间的关系。最后,简述了不同类型的断层引起速度脉冲的差异,并推测了产生脉冲型地震动的下限条件,同时展望该研究在地震预警方面的可能性。     

Strong motion simulation by the composite source modeling: A case study of 1679 <Emphasis Type="Italic">M</Emphasis>8.0 Sanhe-Pinggu earthquake

In this study, a composite source model has been used to calculate the realistic strong ground motions in Beijing area, caused by 1679 M _S8.0 earthquake in Sanhe-Pinggu. The results could provide us the useful physical parameters for the future seismic hazard analysis in this area. Considering the regional geological/geophysical background, we simulated the scenario earthquake with an associated ground motions in the area ranging from 39.3°N to 41.1°N in latitude and from 115.35°E to 117.55°E in longitude. Some of the key factors which could influence the characteristics of strong ground motion have been discussed, and the resultant peak ground acceleration (PGA) distribution and the peak ground velocity (PGV) distribution around Beijing area also have been made as well. A comparison of the simulated result with the results derived from the attenuation relation has been made, and a sufficient discussion about the advantages and disadvantages of composite source model also has been given in this study. The numerical results, such as the PGA, PGV, peak ground displacement (PGD), and the three-component time-histories developed for Beijing area, have a potential application in earthquake engineering field and building code design, especially for the evaluation of critical constructions, government decision making and the seismic hazard assessment by financial/insurance companies.     

Strong motion simulation by the composite source modeling： A case study of 1679 M8.0 Sanhe-Pinggu earthquake

In this study, a composite source model has been used to calculate the realistic strong ground motions in Beijing area, caused by 1679 MS8.0 earthquake in Sanhe-Pinggu. The results could provide us the useful physical parame-ters for the future seismic hazard analysis in this area. Considering the regional geological/geophysical background, we simulated the scenario earthquake with an associated ground motions in the area ranging from 39.3°N to 41.1°N in latitude and from 115.35°E to 117.55°E in longitude. Some of the key factors which could influence the characteristics of strong ground motion have been discussed, and the resultant peak ground acceleration (PGA) distribution and the peak ground velocity (PGV) distribution around Beijing area also have been made as well. A comparison of the simulated result with the results derived from the attenuation relation has been made, and a suf-ficient discussion about the advantages and disadvantages of composite source model also has been given in this study. The numerical results, such as the PGA, PGV, peak ground displacement (PGD), and the three-component time-histories developed for Beijing area, have a potential application in earthquake engineering field and building code design, especially for the evaluation of critical constructions, government decision making and the seismic hazard assessment by financial/insurance companies.     

Ground motion parameters of Shillong plateau: One of the most seismically active zones of northeastern India

Strong ground motion parameters for Shillong plateau of northeastern India are examined. Empirical relations are obtained for main parameters of ground motions as a function of earthquake magnitude, fault type, source depth, velocity characterization of medium and distance. Correlation between ground motion parameters and characteristics of seismogenic zones are established. A new attenuation relation for peak ground acceleration is developed, which predicts higher expected PGA in the region. Parameters of ...     

震后近断层震动图的快速产出研究—以2022年1月8日青海门源地震为例

震后近断层震动图的快速产出对于政府相关部门快速确定地震影响区、评估震害及其导致的经济损失和人员伤亡、科学决策应急救援方案和措施以减轻人员伤亡和财产损失具有重要意义。以2022年门源地震为例,利用滑动分布、应力降均不同的两个震源模型（即,王卫民等反演的震源模型和本研究生成的随机滑动震源模型）以及相同的路径、场地模型和其它输入参数,使用动力学拐角频率的随机有限断层方法和本研究建立的峰值地面速度（PGV）、水平向最大谱烈度（SI）和中国仪器地震烈度（I_I）的经验模型研究了快速产出近断层震动图（包括峰值地面加速度图、PGV图、SI图、I_I图和中国地震烈度图）的实效性。结果表明:（1）上述方法和经验模型可用于震后震动图的快速产出,其实效性主要取决于震源、路径和场地模型的可靠性;（2）基于上述两种震源模型产出的地震烈度图与中国地震局发布的该次地震的烈度图在总体上具有高度一致性,均可用于确定地震影响区,但基于反演震源模型产出的地震烈度图可以给出极震区,而基于随机滑动震源模型产出的地震烈度图则需要根据其最大等震线和发震断层的位置大致估计极震区的位置。     

汶川地震烈度分布与震源过程相关性的初步研究

汶川地震造成了靠近发震断层附近地区的工程结构的严重破坏,由此导致了巨大的人员伤亡和财产损失。汶川地震后,虽然目前还没有得到完整的强震记录,但是作为震害宏观描述的地震烈度,在一定程度上反应了汶川地震近断层地震动与震源过程之间的相关性,如近断层地震动的方向性效应和上盘效应。本文对此做了一些定性的分析,认为高烈度区的分布与震源机制和破裂过程存在一定的相关性,并且在近断层地区很可能存在着较为显著的方向性效应和上盘效应。更详细的研究还需要在得到足够的强震记录后才能进行。