川滇区域高频地震动地形效应初探

历次强震表明:局域起伏地形对由高频地震动起决定作用的震害存在显著影响。忽略场地浅表土层的影响,凸起地形场地震害高于凹陷地形。然而,由于地形效应影响因素的复杂多样以及公认地形效应表征模型的缺失,已有的宽频带地震动模拟与预测方法并未考虑高频地震动地形效应,这可能导致对地震动时程及参数的错误估计。为此,本文利用当前较具代表性的地形效应量化表征模型,初步分析了川滇区域高频地震动的地形效应。首先,给出了基于量化表征模型的区域高频地震动地形效应计算分析方案;其次,完整地阐述了该方案在川滇地区的应用,并结合漾濞地震震害考察结果初步验证了川滇高频地震动地形效应分析结果的可靠性;最后,讨论了分析结果的局限并给出其应用于宽频带地震动模拟与预测方法中的初步建议。     

漾濞MS6.4地震长周期强地震动的有限差分初步模拟

根据我国川滇地区的地质地貌特征、前人地质资料和2021年漾濞M_S6.4地震的震源参数初步反演结果,建立三维速度结构模型,采用三维有限差分法对漾濞地震的长周期地震动进行研究.对实际地震烈度和模拟烈度进行对比,同时在区域附近布置了36个观测点,给出其中6个观测点的三分量速度时程,并给出所有观测点阻尼比为5%的速度反应谱,结果表明:(1)模拟的速度峰值已超过25 cm/s,与实际漾濞地区附近的烈度为8度吻合;(2)受断层滑动分布影响,速度水平分量在西北方向分布范围更广,衰减速度明显慢于东南方向,并且在极震区,东北—西南方向的地震动衰减也较慢.方向性效应对峰值大小及其分布范围的影响显著;(3)观测点速度反应谱的特征周期分布在1~3 s范围内,可能会因为共振效应对区域附近的大型建筑物产生较为严重的破坏.需要对漾濞地震进行进一步研究,以期对漾濞地震的长周期地震动有更为细致的认识.     

2021年云南漾濞6.4级地震发震构造分析

2021年5月21日的漾濞6.4级地震发生在青藏高原东南缘川滇块体的西边界,震中地区分布有多条活动断裂,构造较为复杂.震源机制解和地震波形反演显示该地震为右旋走滑型,破裂面走向NW,与川滇块体西边界的维西-乔后、红河断裂带的运动性质和走向一致.在野外调查中没有发现明显的地震地表破裂,只在漾濞县城西侧震中区一带发育一条N...     

川滇藏交界地区M≥7地震记载的起始年代与资料完整性分析

地震资料是地震活动性分析、地震危险性分析及地震预测等研究的基础数据。川滇藏交界地区是中国地震活动强烈的地区之一,分析该地区地震资料的完整性有助于进行相关断层的危险性评价及区域地震活动趋势分析。文中通过查阅川滇藏交界地区44个县的地方志,了解各县的建制沿革,由川滇进藏通道的演化明确了川滇藏交界地区的关键交通枢纽与节点,结合历史地震目录、地震史料及前人对该地区地震资料完整性的研究成果,综合分析了鲜水河地区与三江并流区7级以上强震不会被漏记的可靠年代及6级以上地震应被记载的起始年代。同时,根据历史地震等烈度线长、短轴数据拟合得到的川滇菱形块体烈度衰减关系,在空间上分析6、 7级地震的影响范围。结果表明,1719—1736年为鲜水河地区M_S≥7地震资料完整的起始年代,1719—1728年为三江并流区M_S≥7地震资料完整的可能起始年代,上述年代同样可以作为2个地区6级以上地震应记载的起始年代。     

川滇地区中小震地震动衰减特征分析

利用2007年以来川滇地区24次中小型破坏性地震(Ms4.7～6.7)的基岩场地和土层场地的强震动记录,分别统计获得了川滇地区水平向基岩场地和土层场地的地震动峰值及加速度反应谱衰减关系.通过与俞言祥等2006年基于转换方法得到的我国西部基岩地震动衰减关系的对比,验证了本文衰减关系对利用中小地震进行地震动估计的可靠性.同时,根据强震动数据随震级以及震中距的分布,分析了本文结果的适用性和可靠性.     

川滇地区三维地壳速度模型评估:可靠性、局限性和未来突破方向

受印度板块和欧亚板块陆-陆碰撞的影响,我国川滇地区地质构造复杂、活跃,地震频发.深入研究该地区的地下速度结构对于理解陆-陆碰撞构造演化、相关地球动力学过程及防震减灾至关重要.近年来,越来越多的川滇地区三维速度结构模型得以构建,但鲜有研究分析现有速度模型的一致性和可靠性.本研究通过三维波形模拟,系统评估了不同三维地壳速度模型拟合实际观测记录的能力,以定量评价模型的可靠性.评估研究聚焦于2021年云南漾濞M_S6.4地震震源区和2022年四川泸定M_S6.8地震震源区;测试的速度模型包括我国川滇地区公共速度模型V1.0、我国大陆岩石圈统一速度模型V2.0、青藏高原东部地壳和上地幔全波形层析成像模型,以及我国大陆浅层速度模型.研究结果显示,上述三维速度模型均可以较好拟合长周期(<0.2Hz)地震记录,表明这些模型都较好地约束了研究区域的大尺度结构.然而随着频率的升高(0.05～0.3Hz),三维速度模型拟合实际观测数据的能力下降,且存在明显的地域差异,表明现有模型尚不足以解析小尺度结构异常体.在波形模拟中,考虑浅层(<10km)速度结构可在...     

川滇公共速度模型2.0:认识川滇动力学构造和强震危险性的钥匙

<正>1川滇公共速度模型的背景和意义在印度板块和欧亚大陆挤压作用下,青藏高原的物质向东南迁移,使川滇地区成为了中国大陆活动断裂带最多、地震活动性最高的区域之一(Zhang,2013).由于高精度的三维精细模型不仅能够了解地球内部成分和大陆动力学过程的研究提供基础数据,且能揭示地震与地质构造动力学的关系,可更准确地约束震源参数和破裂过程,更精确地计算强地面震动,     

基于密集流动台阵构建的川滇地区高分辨率公共速度模型2.0版本

川滇地区位于青藏高原东南缘,构造运动强烈,深大断裂交错展布,地震活动性较强,地震灾害严重. 21世纪以来,川滇地区发生的几次7.0级及以上地震均造成了巨大的人员伤亡和经济损失,尤其是2008年汶川Ms8.0级地震.目前,地震监测与震源参数反演、强震危险性分析、地震灾害评估等仍是川滇地区地震学研究的重点.区域高精度三维公共速度模型是这些研究的重要基础.本文通过收集该区域的固定台站及多个密集流动台阵观测资料,利用人工智能到时拾取和背景噪声互相关方法,获得了约706万条体波走时数据(包括绝对到时和地震对双差走时)和约10万条瑞利波相速度频散数据(周期5～50s).利用这些数据,在川滇公共速度模型1.0版本(SWChinaCVM-1.0)的基础上,采用考虑地形的体波和面波走时联合反演方法,获得了川滇地区地壳及上地幔顶部三维V_p及V_s模型(川滇地区公共速度模型2.0版本, SWChinaCVM-2.0).相较于SWChinaCVM-1.0,新模型在横向分辨率及数据拟合上都有较大提升.新模型显示:地壳浅部的速度异常存在较强的横向不均一性;中下地壳存在两个...     

基于特大地震发生率的川滇地区地震危险性预测新模型

川滇地区是我国地震危险性较高的地区之一.本文基于对特大强震的风险性考虑,使用全球地震模型OpenQuake软件,建立了川滇地区地震危险性预测新模型.首先根据构造特征划分多个震源分区,并整理出这些震源分区内断层活动特征与滑动速率;基于震源分区和断层模型,使用GPS应变率转换成的锥形古登堡-里克特关系作为整个区域的地震积累率,并允许超过历史最大震级的特大地震的出现,结合活动断层滑动速率所积累的地震发生率,给出震源分区内断层地震源和背景地震源的地震发生率的比率分配关系;在活动断层分段上,保留了大型断裂或其主要部分,没有根据小的阶区来对断层进行详细分段,以便分配特大地震发生率;并使用地震率平滑方法分配背景地震发生率.最后在OpenQuake中加入地震动预测方程,计算出了川滇地区的PGA分布图,为区域地震危险性提供科学依据.

     

云南漾濞6.4级地震后川滇地块地震活动性初步分析

本研究对云南漾濞6.4级地震后川滇地块及其周缘的地震活动性进行初步探讨,选取东经95°～110°和北纬20°～42°区域的M≥3.0地震,应用全国测震学科搭建的网络地震分析会商技术系统中"地震空区"扫描自动识别产出《地震空区扫描报告》(2021年6月6日),对研判川滇地块及其周缘地震活动的危险性和攀枝花地震监测中心站流...     

基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟

基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带（5~10 Hz或更高）需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域（FK）方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度（PGA）和峰值速度（PGV）云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s^-2,PGV达到45 cm·s^-1,烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.

     

GP断层破裂模型在青海门源MS6.9地震强地面运动模拟的适用性研究

2022年1月8日青海省门源县发生M_S6.9地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为验证Graves和Pitarka开发的GP断层破裂模型在震前对中国地区地震动场的预测与评估能力,本文基于GP法,考虑不同上升时间系数（rc）的影响,对门源地震进行了确定性地震动模拟.将模拟结果在地震动衰减规律、波形与幅值和烈度分布三个方面分别与青藏地区的地震动峰值预测方程、强震观测记录和根据强震记录自动产出的烈度图进行了对比.结果表明,当rc为9.0时,模拟记录与实测记录和地震动峰值预测方程基本一致.本文较好的重现了门源地震的强震动场,在合理选取rc的情况下,GP法可以应用于中国地区震前强地震动场的预测和估计.

     

基于机器学习的地震动特征提取与模拟以2021年云南漾濞6.4级地震为例

随着地震动数据数量的增长和质量的提高,将基于数据驱动的机器学习方法应用到地震动模拟中有重要意义。以2021年5月21日云南漾濞M_S6.4地震为例,利用主成分析方法从前震及余震地震动记录中提取特征母波时程,将地震动三要素作为模拟误差约束,在求解母波的线性组合系数时使用多目标优化算法寻优,最终找到帕累托最优解作为模拟目标台站记录时的组合系数,得到模拟地震动时程。结果表明:主成分析法在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的特征母波时程可以在一定程度上保留原始数据的主要信息;考虑幅值、频谱和持时这三要素的角度去控制模拟误差,可以使得模拟的地震动时程更加接近真实记录。提出的基于特征提取的地震动模拟方法可以为基于小震数据合成大震地震动提供参考。     

近断层速度脉冲型地震动设计谱特征研究

选取161条速度脉冲型近断层地震动记录,采用最小二乘法拟合得到近断层地震动抗震设计Newmark三联谱,研究了震级、场地和断层类型对近断层设计谱的影响。结果表明：大震（级）相比小震（级）的影响较为显著,大震（级）下设计谱具有更宽的加速度敏感区段,中长周期段内的反应谱谱值更高;在3类断层类型中,大震（级）下逆斜断层的反应谱加速度敏感区段最宽,谱值最大。对于近断层区域的结构在大震（级）下应该考虑增大特征周期并提高设计谱谱值,还应充分考虑逆斜断层等断层类型的影响。     

盆地对三分量地震动持时的影响初探

利用关东盆地及其周边KiK-net台网井上台站记录的2004—2017年15次中强地震（矩震级为5.1～6.9级）构建三分量记录显著持时Ds5-95数据库。针对该数据库,基于残差分析方法和3种水平向地震动持时参数预测方程,计算并给出事件间残差和事件内残差及其随不同类别参数的变化。在此基础上,初步探讨了水平向地震动持时预测方程应用于预测竖向地震动持时的可行性及盆地对三分量地震动持时的影响。研究结果表明,对于震源距和场地VS30相当的情况,盆地内台站持时普遍大于盆地外台站持时,盆地内、外台站竖向地震动持时均大于水平向地震动持时;3种预测方程均可实现对盆地外台站水平向地震动Ds5-95的合理估计,但在一定程度上低估了盆地内台站的水平向地震动Ds5-95;3种预测方程均无法直接应用于竖向地震动持时预测。     

基于改进的希尔伯特-黄变换的地震强震动特征提取

2021年5月21日漾濞M_s6.4地震是云南近10 a以来继M_s6.5鲁甸地震和M_s6.6景谷地震后发生的又一次破坏性浅源地震,其震中位于滇西北地区维西-乔后断裂带附近。震源机制结果显示：此次地震属于走滑型破裂,符合区域构造特征。为进一步研究该地震强震动特征,特引入改进后的希尔伯特-黄变换(HHT),以不同角度客观分析强震动的尺度和频域特征。研究结果表明：希尔伯特-黄变换在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的边际谱和时频谱可在一定程度上保留原始数据的主要信息,该方法可为类似破坏性浅源地震的强震动特征分析提供更有效的信息参数,保证了信号分解的稳定性,更适于处理非平稳信号,可为现代信号应用分析于强震动特征提供另一种新思路。     

基于物理的随机地震动模型研究

基于物理联系研究地震动随机性,建立了随机地震动与基底输入傅氏谱、场地固有圆频率和场地等价阻尼比之间的物理关系,从随机傅氏谱函数角度描述了地震动随机过程的随机性本质。结合Ⅳ类工程场地的实测地震动记录资料,由数值方法识别了给出基本随机变量的概率分布参数。与实测记录对比表明,本文建立的随机地震动模型具有明确的物理概念,可充分反映地震动的变异性特征。     

GROUND MOTION CHARACTERISTICS OF GAOYOU-BAOYING M4.9 EARTHQUAKE

An M4.9 earthquake occurred at the junction of Gaoyou and Baoying on July 20, 2012. In this paper, 43 sets of strong motion records of the main shock are analyzed. With these data, we analyzed the characteristics of the peak ground motion value, attenuation relation, duration and acceleration response spectrum. We draw the peak acceleration contour map of the region near the epicenter. The contour line is smooth and the trend of long axis is northwest-southeast. Distribution of peak acceleration of the observed records is basically consistent with the real intensity distribution. Compared with the predicted result based on the seismic attenuation relation proposed by Yu Yanxiang and Wang Suyunon for eastern China and the Fifth-generation ground motion zonation map, the horizontal PGA and PGV of Gaoyou-Baoying earthquake are higher than the predicted results that are based on the model of Fifth-generation ground motion zonation map, while the PGV is similar with the predicted results which are based on Yu Yanxiang and Wang Suyun's model. We regressively analyzed the spatial-temporal change curves of the two types of relative ground motion durations. Compared with the predicted results proposed by Bommer et al. (2009) based on the NGA strong motion records, the durations of all the three components of this earthquake are higher. 10 typical recordings' acceleration response spectra with 5% damping are calculated, their peak periods are around 0.1~0.3s. The acceleration response spectrum of the station 32BYT, which has the largest amplitude, is considerably larger than the Chinese code design spectra, while it becomes notably smaller when the period is larger than 0.4s. Compared with the horizontal bedrock acceleration response spectrum predicted by the attenuation relationship for the eastern part of China, the observed response spectrum shape is similar with the predicted ones, while almost all the observed response spectrum values (except station 32YCT)are smaller than the predicted bedrock acceleration response spectrum. These phenomena suggest that this earthquake has a weak impact on the seismic fortification standards in this area. Using H/V single-station spectral ratio method, amplitude and site amplification effect of the two typical stations are calculated, and the results show the H/V values are obviously larger than that of ground microtremor. This suggests that the site of the station has obvious amplification effect on ground motion.