2015年4月25日尼泊尔M_S8.1地震应急科技产品——震源机制解、震源破裂过程、震动图及烈度图

尼泊尔MS8.1地震造成了重大人员伤亡和财产损失。震后中国地震局地球物理研究所等机构相继发布了本次地震的相关地震应急科技产品,这些产品为地震应急决策、地震救援和救灾、震后灾害损失评估、科学研究提供了科学有效的参考,本文对其中的震源机制解、震源破裂过程、震动图和烈度图的成果进行了简要介绍。     

基于衰减关系的城镇烈度发生概率快速估计

震后快速产出的震动烈度分布是地震应急救援非常有效的依据, 通常由烈度与地震动参数的经验关系给出. 有台站的场点, 地震动参数可以直接由台站数据给出确定性的结果; 而无台站的场点, 地震动参数只能由衰减关系给出估计值. 目前我国台站覆盖有限, 且难于实时获取, 快速生成的地震动参数主要依赖于地震动衰减关系, 再依据烈度与地震动参数的经验关系, 输出确定性的震动烈度分布. 由于衰减关系本身存在着不确定性, 将其估计值用于生成确定性的震动烈度分布是不准确的. 而且实践证明, 震动烈度与实际调查烈度存在差异. 鉴于此, 从衰减关系模型中的ε出发, 提出了场点(城镇)遭遇不同烈度的概率计算方法: 利用衰减关系的估计值与衰减关系的标准差, 构造峰值加速度(PGA)变化的对数正态分布, 然后以烈度分档对应的PGA范围, 计算震区各城镇遭遇不同烈度的概率及各城镇抗震设防烈度被超越的概率. 具体以1966年3月8日河北邢台M_S6.8地震为例, 说明了此方法的可行性, 认为以概率形式给出城镇可能遭遇的烈度在表述上更为合理, 并建议将场点(城镇)遭遇烈度的概率表达方法用于震害快速评估.      

2014年2月12日新疆于田7.3级地震震动图

运用考虑场地效应的震动图快速生成方法,综合考虑震中地区地质构造背景、震源机制解结果、中国西部地区地震动参数衰减特征及测震台站记录信息,估计了2014年2月12日新疆于田7.3级地震震动图。结果显示,于田地震最高震动烈度可能达到Ⅸ度,基本上没有乡镇直接位于震动烈度Ⅷ度和Ⅸ度区内。震动烈度Ⅶ度区的面积约15 000km2,阿羌乡和叶亦克乡的震动烈度可能达到Ⅶ度。Ⅵ度区的面积约为43 000km2,民丰县、于田县、博斯坦乡、奴尔乡、阿热勒乡、英巴格乡、尼雅乡、萨勒吾则克乡等可能遭受震动烈度Ⅵ度的破坏。其次于田县和策勒县之间的乡镇地处Ⅵ度区的分界线附近,由于该地区土层的剪切波速相对较低,地震动容易产生放大,可能加重该地区的震害。最后,与震中距相对较小的和田台相比较,位于破裂走向上的且末测震台出现了限幅的现象,可能是因为地震的方向性效应进一步增大了该地区的震动程度。     

2018年2月12日河北永清4.3级地震强震动记录分析

2018年2月12日河北省廊坊市永清县发生4.3级地震,震中位于廊固凹陷内的河西务断裂附近,国家强震动台网中心获取74组强震动记录,本文对触发台站进行场地分类,结果显示大部分为Ⅰ类场地(51.35%),其次为Ⅱ类场地(35.14%)和Ⅲ类场地(13.51%)。根据5个典型台站加速度时程记录及反应谱分析本次地震强震动特征,并对各台站峰值加速度反应谱与方位角和震中距的关系进行分析。采用克里格插值方法绘制地震仪器烈度分布图,由于台站分布不均,导致极震区附近烈度影响场计算缺值现象,本文通过拟合本次地震强震动记录得到该地区地震动衰减关系,在空白区域建立空间随机假设台站进行补点插值,解决了计算缺值问题,为缺少台站记录的震区提供准确快速制作烈度分布图的思路,为震害调查和地震应急救援提供重要依据。     

考虑震源破裂过程的青海玉树地震震动图研究

为了在缺少实时台站数据的情况下,研究震后地表地震动分布,本文尝试通过对震源做出某些约束,以提高震动图的精度.由于青海玉树地震的发震断层近似直立(倾向83°),震源破裂过程在时间和空间上呈明显的分区特征,分别考虑了地表破裂的线源发生模型和主震震级分解方法,用考虑了场地效应的震动图快速生成方法生成震动图.将两种方法生成的震动图与调查烈度比较.结果表明,基于震源破裂过程对主震震级进行分解,综合考虑各子事件生成震动图的方法,对震后的应急决策和灾情的快速评估是可行的.     

广西北流Ms5.2地震强震动记录分析

对广西北流5.2级地震中获取的强震动记录进行数据校正、带通滤波处理,计算分析各强震动台记录幅值、震动持时及地震动反应谱特性,并根据水平向合成峰值加速度PGA_H相应的烈度值绘制地震仪器烈度图。结果表明,此次地震记录最大峰值加速度的台站为玉林乌石台,仪器烈度达6度;持时在1.9～32.8 s之间,不随震中距增大而增大;地震动加速度反应谱集中在2～9 Hz,对震中区域低矮钢混结构房子有影响,高层建筑危险性不大。     

盈江M_S5.9地震强震动谱烈度研究

2008年8月21日,云南省盈江县北部发生M_S5.9地震.架设在周边的数字强震动同定台和3个地震应急流动台获得了这次地震的记录.根据这些记求计算了各观测点的谱烈度,并与宏观烈度进行了比较,讨论了相关问题.     

用有限强地震动记录校正等震线的估计研究

选用获得了加速度记录的2011年4月10日四川炉霍MS5.3及2011年8月11日新疆维吾尔自治区克孜勒尔自治州阿图什市与伽师县交界MS5.8地震,研究其快速生成震动图的偏差校正方法;通过台站实际观测值与借助经验性衰减关系估计值之间的残差分析,提出了利用台站数据对缺少台站地区借助经验性衰减关系估计值的对数偏差校正方法; 并比较了圆和椭圆衰减关系模型的对数残差及震动图的分布形态．结果表明, 适合于当地地震动衰减关系plusmn;3倍标准差的标准能够识别一些台站异常数据, 如炉霍MS5.3地震中炉霍地办强震台近场峰值加速度的高频脉冲引起的异常数据;对数偏差校正方法适合于地震动强度速报中缺少台站数据地区借助经验性衰减关系地震动参数估计值的系统偏差校正;圆衰减关系模型只能控制震动的程度,不能控制其分布形态．明确的地震震源机制、震源破裂过程、当地的地质构造背景及余震分布等信息有助于修正震动图的分布形态．      

基于ShakeMap_CNST的2014年云南鲁甸MS6.5地震震动图研究

分析了2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震的发生背景及震害特征,介绍了ShakeMap_CNST震动图系统的设计思路和实现原理及地震动参数的校正方法,并将其应用于鲁甸6.5级地震的震动图预测中,进一步分析了震区场地条件对局部震害的影响。结果表明,震动图预测的地震动特征与现场宏观调查的结果总体上是相适应的,最后对震动图系统的优缺点及应用前景进行了探讨。     

汶川地震汉源县城高烈度异常区基岩地震动输入

合理的地震动输入是定量解释震害和烈度异常的基础.以汉源老县城震害为评价基准,确定了汉源老县城高烈度异常区的汶川地震基岩地震动输入.基于汉源老县城周边的九襄、清溪、宜东和乌斯河4个强震台站记录,采用LSSRLI-1程序反演给出了各自台站的水平向基岩地震动;选取汉源县城典型场地,利用LSSRLI-1程序计算给出了不同强震台站基岩地震动作用下的场地地表加速度时程和反应谱,以最可能引起汉源老县城震害的强震台站基岩地震动作为汉源县城的基岩地震动输入.研究结果表明:九襄台站反演的基岩地震动最可能反映汶川地震时汉源老县城的基岩地震动特性,因而用九襄台站的基岩地震动作为汉源老县城的地震动输入解释汉源县城高烈度异常现象是合理的.本文的研究思路为定量解释震害的地震动输入确定提供了重要参考.     

阿尔卑斯山脉东南部地区震动图的实时生成研究

在阿尔卑斯山脉东南部地区进行了震动图（ShakeMap）的实时生成研究。ShakeMap软件系统已经在该地区安装,并已经可以与Antelope数据采集系统获得稳定的界面,能够从波形数据中提取地面运动的参数,并且在地震发生5min内生成震动图。为了评价台站密度的影响,我们计算了2004年博韦茨地震（斯洛文尼亚西北部）的合成地震图,以及不同网格大小虚拟台站的震动图。结果表明,密集且均匀的台站分布是产生精确震动图的基本条件,目前弗留利中部地区的台站密度已经足够可靠地估计最强烈震动区域范围内的震动程度。使用特定地区的地面运动预测方程和从记录到的地面运动预测宏观地震烈度的经验关系,相关的震动图能够实时或准实时地生成。通过弱震动（2007年克劳特地震）和强震动（1998年博韦茨地震）的观测数据和ShakeMap结果的比较,证明了该模型的正确性。     

地震动参数速报仪的研制

在出现区域大震后,为了迅速展开有效的应急救援行动,需要及时准确了解烈度分布.目前震动图的获得有震后人工调查、震源参数计算、地震监测台网、地震烈度速报台网等几种方式,其中最有效的是在重点监护区建立烈度速报台网.但烈度速报台网建设往往沿用地震监测台网的模式,建设成本高、台站密度有限、实时数据传输量大.本文研制的地震动参数速报仪采用MEMS加速度计为测震传感器和ARM+Linux嵌入式计算机技术,具有体积小、成本小、功耗低、一体化、智能化的特点;其内置地震信息实时处理算法,能够自动判别地震事件并计算地震动参数;在实际应用中安装简便.通过大量密集布设这种小型仪器而组建的地震动参数速报网络,具有数据传输量小、分布式计算、组成的速报网络可靠性高、能够快速产出高分辨率的精细震动图等特点.     

ShakeMap及其在地震动快速预估中的应用

ShakeMap可称为地震动制图系统,是一套近乎实时计算地震动并作出地震动图的程序。它是一些子程序和模块的集合,主要程序用Perl语言编写,用MySQL管理文件,最终用GMT作图。最初由加州地震台网构思并完成系统构建,用于地震震情的快速反映,随着中国大陆强震台网的建立和越来越密集台阵的布设,ShakeMap的应用也更受关注。本文深入讲解ShakeMap的工作原理,尝试在国内架构中应用该系统,以便能快速的得到地震震后的地震动和烈度图,供地震工程学家及震灾抢险工作者使用,文中以2003年MS5.9的赤峰地震为例来探讨ShakeMap在国内应用的可能性及应用局限性。     

云南强震动台网中心应用系统的设计与实现

云南数字强震动台网硬件系统建设完成后,有效的强震动台站维护和强震动数据处理应用是面临解决的首要问题。该文实现了云南强震动台网中心应用系统一系列的强震动业务系统应用,使得云南强震动台站自动检查和实时扫描、震动图自动生成（ShakeMap）、强震动台站建设资料、台站维护日志等系统通过应用系统实现无逢对接和集成,系统具有安全认证、信息发布、业务信息处理、外部系统接口4大类功能,为仪器维护人员和数据开发处理提供了一个强有力的平台支撑。该系统经过实际地震考验,有效地提高了强震动数据的处理。     

2010年4月14日青海玉树地震震动图

在2010年4月14日07时49分(北京时间)青海省玉树藏族自治州玉树县(33.2°N,96.6°E)7.1级地震发生后,综合考虑震中地区的地质构造背景、活动断裂分布、震源机制结果、震源破裂过程、我国西部的地震动参数经验衰减关系及局部场地效应的影响,用考虑场地效应的震动图快速生成方法,在震后约2小时后得到玉树地震震中地区的震动图,并提供给相关部门使用.结果表明,此次地震的地震烈度特征预测如下:①烈度的展布方向NW-SE向,与玉树断裂的走向一致;②极震区的烈度为Ⅸ度,面积约为300km2;③烈度Ⅸ度区主要位于震中东南方向沿断裂走向近40km和西北方向沿断裂走向15km之间的区域;④Ⅸ度区的西北端由于局部场地条件的影响,其烈度由基岩参考面的Ⅸ度区降为土层上的Ⅷ度区;⑤Ⅷ度区面积约为3000km2;⑥Ⅶ度区的面积约为8000km2;⑦Ⅵ度区面积约为24000km2.     

基于强震动记录的地震生命损失快速评估方法

随着我国强震动观测数据数量和质量的大幅提高, 破坏性地震发生后所观测到的强震动记录也在试验性地转化为仪器烈度数据． 本文将强震动记录引入应急性的生命损失快速评估, 借助已有的地震应急灾害损失快速评估模型的表达方法, 提出了一种将仪器烈度概率密度函数和生命损失函数相结合的地震人员伤亡快速评估方法． 通过确定仪器烈度的概率密度, 并结合四川地区已有房屋建筑易损性研究成果, 建立了考虑建筑地震易损性并与烈度相关的地震生命损失快速评估函数, 并利用汶川地震的强震动记录对本文提出的生命损失快速评估方法进行评估计算. 结果表明, 该方法的计算结果与实际震害损失结果颇为一致, 说明了该方法的可行性, 因而能够及时为地震应急救援提供可靠信息．      

2012年7月20日江苏宝应M4.9地震加速度场的计算

运用 ShakeMap 中的计算方法,计算2012年7月20日江苏宝应 M 4．9地震的加速度场,结果发现,水平向峰值加速度的分布与真实的烈度分布基本一致,说明利用江苏省强震动台网43个固定台站的观测资料,可为快速评定此次地震的烈度提供科学、准确的参考信息。     

2021年日本福岛海域MW7.1地震S-net海底地震动特征

2021年2月13日日本福岛县东部海域(Off-Fukushima)发生的M_W7.1地震是目前世界最大的海底观测系统——日本海沟地震和海啸海底观测网(S-net)——迄今为止记录到最大的俯冲带地震.为认识海底地震动并探究海陆差异,本文介绍了S-net海域台网及其数据处理的特殊性和必要性,分析了Off-Fukushima地震的地震动幅值、频谱和持时特征,比较了海底与陆地震动衰减特性的异同,对比了近海岸埋置台站、近海沟未埋台站及陆地台站地震动的差异,并与俯冲带地震动模型(GMM)进行了比较.结果表明：Off-Fukushima地震海底水平向PGV和周期大于0.5 s的加速度反应谱值显著大于陆地记录;相比陆地,海底动力放大系数谱向长周期方向偏移,表明海底记录长周期成分更丰富;受到海水的抑制作用,海底记录V/H反应谱比值小于陆地记录;由于海底记录与陆地GMM在路径和场地方面存在差异,水平向PGA及反应谱的残差分布出现明显偏移;海底近海岸埋置台站与近海沟未埋台站的地震动特征存在系统性差异,水平向差异很可能与海底地形有关,而竖向可能受到布设方式对台站与海底耦合程度的影响.本文...     

烈度仪用于地震预警的可靠性研究——以高雄MS6.8地震为例

以2016年2月6日我国台湾高雄M_S6.8地震中烈度仪观测网的实际记录为研究对象,通过对烈度仪台站的震相捡拾结果精度、峰值地震动衰减关系适用性、预警震级计算结果准确性等3方面的对比分析,研究了烈度仪用于地震预警时的优势和可靠性,并讨论了可能存在的问题和风险.研究结果表明:对于震中附近具有较高信噪比的烈度仪台站,采用现有震相捡拾方法即可获得较准确的震相到时信息;现有的地震动衰减关系并不完全适用于烈度仪台网,直接应用这些关系式时存在一定风险;基于密集布设的烈度仪观测台网,在较短时间即可获取大量信息,采用已有预警震级估算方法的计算结果有较高的准确性.      

海域俯冲带高频地震动模拟?以2021年2月13日日本福岛MS7.1地震为例

2021年2月13日,日本福岛近海发生M_S7.1地震,震中距海岸线约70 km,震源深度接近60 km,造成了较大范围的震害影响。考虑地震应急及地震动强度特征预测的应用前景等,利用经验格林函数法快速估计了本次地震的高频地震动（1.0～20.0 Hz）空间分布特征及加速度时程,并结合实际地形、场地覆盖层等信息对部分台站地震动模拟结果进行修正,最终获得较可靠的地震动预测结果。研究结果表明,在具备合适小震记录时（余震及前震）,可较准确地再现大震的高频地震动主要特征,模拟结果与真实记录拟合较好;地震动模拟过程中需考虑盆地等特殊地形及覆盖土层对地震动的放大作用影响,这也是未来利用经验格林函数法合成大震时需重点考虑的因素。