福州盆地强地面运动特征的有限元数值模拟

区域性地震波强地面运动的量化数值模拟分析结果可以用来指导城市规划建设,并在防震减灾中发挥重要作用. 本文采用有限元数值模拟方法来模拟由地震激发的区域地震波强地面运动过程,并得到地表峰值速度和加速度的分布特征.考虑到福州是东南沿海的重要省会城市,其明显的盆地结构特征使它很容易遭受强地震灾害的影响. 因此本文以福州盆地为主要研究对象,假定盆地的主要断层某一位置在未来可能发生灾害性地震,则该地震会激发地震波的强地面运动,并由于地形、沉积层等主要影响,在盆地内部发生放大.通过对地震波传播过程的数值模拟和后处理分析,给出了该盆地的地表峰值位移、峰值速度和峰值加速度分布图谱.该图谱可为未来的福州城市规划和抗震减灾提供定量科学参考依据.     

3-D physical model in strong ground motion numerical simulation： A case study of Kunming basin

Seismic hazard assessment based on urban active faults can provide scientific bases for city planning and projectconstruction,while numerical simulation of strong ground motion is an important method for seismic hazard pre-diction and assessment.A 3-D physical model in conformity with real strata configuration of(mainly)the Quater-nary is a prerequisite to ensure the reliability of the simulation results.In this paper,we give a detailed account ofthe technical scheme and process for creating a 3-D physical model in Kunming basin.The data used are synthe-sized from seismogeological data,borehole data,topographic data,digital elevation mode(DEM)data,seismicexploration results and wave velocity measurements.Stratigraphic division is based mainly on shear wave velocity,with strata sequence taken into consideration.The model construction is finally accomplished with ArcGIS andmany relevant programming techniques via layer-by-layer stacking(in depth direction)of the adjacent mediuminterfaces(meshes).Meanwhile,a database of 3-D physical models is set up,which provides model data and pa-rameters for strong ground motion simulation.Some processing methods and significant issues are also addressedin the paper in accordance with different types of exploration and experimental data.     

近场强地面运动的三维模拟：由破裂方向性推断盆地边缘效应

神户地震造成严重破坏的地区呈狭窄的带状分布是１９９５年兵县南部（神户）地震非常显著的特征。形成强地面运动放大的过程至今未见阐述。通过构造一个掩埋于靠近盆地的走滑断层的一个Ｍ＝７地震的动力学破裂过程,我们模拟了由破裂方向性产生的盆地边缘效应。通过三维有限差分法计算了频率达１Ｈｚ的速度的地面运动地震图。峰值地面速度曲线的状态显示,当断层与盆地边缘平行时,峰值地面运动在沿盆地边缘一个宽度在几公里范围的狭     

近断层强地面运动影响场显式有限元数值模拟的示意性算例

本文通过一个简单的示意性算例，对近断层强地面运动影响场显式有限元数值模拟的主要环节作了概要说明，给出了算例的主要计算结果并对其作了定性和初步的讨论分析。主要观点和结论是：本文的计算结果较好地定性反映和印证了人们对近断层强地面运动特征（如上盘效应、竖向效应、Fling Step效应和速度大脉冲现象）的现有认识水平，验证了采用的计算模型和计算方法的可行性和科学性。本文关于位移峰值场的计算结果对于估算近断层地表破裂带的位置、长度和宽度具有重要参考价值，应进一步深入研究二者之间的相关性。     

浅部软弱层对走滑破裂引起的地面运动影响的物理模型

报告了利用泡沫橡胶模拟浅部软弱层对走滑破裂引起的强地面运动影响的结果。走滑地震引起强地面运动的计算机模拟,有时与对断层浅部滑动特性的某些任意假设有关（如：断层面上部２ｋｍ处的滑动固定为０）。断层滑动反演研究表明,走滑断层浅部的高频辐射通常低于断层深部。在多数情况下,（１）断层区上部几公里的断层可能较弱,不能维持地震高动能释放期间所需求的高水平的剪应力;（２）断层滑动可能具有不同的本构关系,例如,滑     

根据动力学模式进行的三维近场强地面运动的模拟

使用三维有限差分法模拟了由浅走滑断层破裂过程产生的强地面运动。此破裂过程是用一种具有固定破裂速度的裂纹模式来模拟的。还研究了与断层位置和震源参数（像应力降或破裂速度）相关的峰值地动速度图象的变化。我们的发现表明，这些图象受到破裂方向和断层或凹凸体最上部所在深度的强烈影响。当断层突破地下时，平行于断层的高峰值地动速度分量所在的区域距断层迹线有一段与断层深度相当的距离。另一方面，垂直于断层的峰值地动速度则是沿断层迹线最大。断层长度（或凹凸体长度）对峰值地动速度并无太大影响。对有关应力降和破裂速度的非均匀性对强地面运动的影响也作了研究。当应力降不均匀且在最浅的深度处从震开始线性增加时，峰值地运速度减小。这些结果有助于更好地预测由有潜在的危险断层所产生的强地面运动。     

断层破裂面倾角变化对断陷盆地强地面运动的影响

地震事件中,断层破裂面的倾角大小直接影响到地表强地震动的分布状态,尤其在断陷盆地中,强地面运动特征还可能受到盆地结构及盆地内多条围限断层的影响.本文模拟了银川断陷盆地内的活动断层——银川隐伏断层南段发生Mw6.5特征地震时,断层破裂面倾角在30°~85°范围内变化时引起的强地面运动,探讨了断层破裂面倾角变化对盆地内强地面运动分布特征和强度的影响.结果表明:破裂面倾角较缓时,银川盆地内的强地面运动分布区域不仅仅决定于发震断层的产状,同时还受到断层上盘距离最近的芦花台断层的影响,致使强地面运动集中于两条断层所围限的区域;随着发震断层破裂面的倾角逐渐增大,强地面运动以发震断层产状的影响为主,强震集中区向发震断层靠近并分布于发震断层上盘,且沿断层走向方向出现了强度不同的地震动反射区;尤其是发震断层破裂面倾角接近垂直时,受银川盆地"西陡东缓"结构和盆地西边界贺兰山东麓断裂反射作用的影响,竖向地震动反射区强度在远离发震断层的西北方向明显增大,致使芦花台断层附近区域与银川断层南段上盘区域成为地震发生时可能遭受震害最严重的地区.本文探讨结果提醒我们在类似区域的活动断层附近进行建(构)筑规划和地震工程设计时,有必要考虑发震断层破裂面倾角大小和盆地内其它断层构造的共同影响,综合评价潜在地震对盆地内近断层地表及各类建(构)筑物的危害性.     

汶川地震强地面运动模拟

基于确定性震源模型的方法主要用于计算低频(＜1 Hz)地震波,难以计算高频地震波;高频(＞1 Hz)地震动常用经验格林函数法或随机方法,对低频地震动模拟不够准确.本文在确定性震源模型方法基础上,尝试采用分解给定的震源模型的方法来模拟宽频带(0.1-10 Hz)强地面运动,即采用分级离散断层面和分解断层面破裂单元上升时间的方法,增加震源时间函数中的高频信号,从而避免了对地震记录丰富程度和准确性的依赖.文中模拟计算了汶川M8.0地震在8个地震观测台的地震动,将模拟结果和观测记录进行了加速度时程曲线和傅里叶振幅谱的对比分析.对比结果显示,模拟估计的地震动峰值加速度和持续时间与观测记录的数据基本在±50％的精度范围内相同,傅里叶振幅谱显示模拟结果有得到10 Hz左右的高频成分.四川盆地中的台站模拟结果高频衰减比观测记录要快,原因是模拟过程没有考虑场地效应.对强地震动模拟还是要综合考虑震源、传播路径和场地的影响.研究结果表明,此改变震源输入的确定性方法可应用于模拟近断层宽频强地面运动.     

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     

北京地区近断层强地震动模拟

文中利用1679年三河-平谷8级地震的有关资料和北京地区地下三维结构的研究成果,建立了相应的震源模型和传播介质模型。利用Graves的三维有限差分程序,计算了北京地区震后的地面峰值速度。通过对计算结果的分析处理,获得了近断层强地震动的近断层效应、方向性效应、上盘效应和盆地效应等基本特征。同时,这些特征也反映了我们所设定的震源和传播介质参数的合理性,以及模拟方法的正确性。另外,分析处理中所获得的这些结果可为北京地区的城市规划和抗震设防提供客观的参考依据     

台湾费丛峡谷对强地面运动的影响研究──利用单台资料及2．5维SH混合方法

本文通过格林函数反褶积方法，由台湾峡谷附近的记录资料预测峡谷区的强地面运动的时程曲线．峡谷区的理论格林函数应用２．５维ＳＨ混合方法求解．通过格林函数反褶积方法得到的峡谷区费丛１及费丛２台的位移、速度、加速度和实际资料对比，取得了满意结果．计算结果表明，峡谷底部的峰值加速度相对峡谷边缘为最小；在靠近震中的一侧，峡谷的加速度的最大振幅相对比另一侧大．还给出了其余３个台的预测结果，研究了它们的加速度傅里叶谱和反应谱．     

强震地面运动的理论地震学研究

本文从理论地震学的角度概述了强震地面运动研究中关于震源过程、场地效应和地面运动预测等方面的研究进展,提出了一些进一步的研究课题.     

强震地面运动的理论地震学研究

本文从理论地震学的角度概述了强震地面运动研究中关于震源过程、场地效应和地面运动预测等方面的研究进展,提出了一些进一步的研究课题.     

复合地震源模拟强地面运动-以1679年三河-平谷Memssub8.0地震为例

利用复合震源模型和人工合成地震图的算法, 以1679年三河——平谷Ms8.0地震为例,计算了北京地区的宽频带强地面运动. 其结果可为今后该地区的地震危险性评估和工程抗震提供一定的物理参数. 通过考察该地区的地质与地球物理区域背景, 利用计算机数值模拟的方法, 对北纬39.3deg;~41.1deg;东经115.35deg;~117.55deg;所围限的北京范围进行了设定地震的仿真模拟,并合成了强地面运动. 通过分析影响强地面运动的几个关键因素,给出了北京地区强地面运动峰值加速度和速度分布特征,比较了合成强地面运动记录与通过衰减关系计算所得的结果. 同时,还对复合震源模型的优点和局限性给出了充分的讨论. 利用数值模拟方法所得的较为真实的强地面运动参数,即加速度、速度、位移和时程特征,可为北京地区工程建设的抗震设计、救援设施的选址、以及金融及保险部门的风险性评估提供一定的依据.     

近场强地震动模拟中对破裂的方向性效应和上盘效应的表达.

为了模拟近场强地震动，采用了基于有限断层模型的一种随机合成方法．震源破裂面被剖分成一定数量的子源，总的地震矩分成数量更多的子震的矩．一给定子源中一次子震引起的场地地震动的傅氏谱，通过考虑点源的谱、随着距离的衰减、能量耗散及近地表效应等导出．据此幅值谱和一个随机相位谱，并与一个时程包络函数结合，合成一个子震时程．将各子源中各个子震引起的所有时程叠加，得出场地的地震动时程．叠加中，各子震时程之间的时滞，据子震发震时差和子源至场地的距离差别引起的时差确定．对一个设定地震，选用4个断层面倾角，计算了近场21个地点的地震动．结果表明，本文方法可以很好地表达破裂的方向性效应和上盘效应．为了验证方法的可靠性，对1994年美国北岭地震中3个近断层台站MCN，LV3和PCD模拟的地震动与实际记录的加速度反应谱和时程作了比较．      

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     

基于有限断层模型的芦山“4·20”7.0级强烈地震强地面运动特征

基于芦山地震的震源破裂过程反演结果,利用有限断层模型,以芦山地区三维地壳速率结构模型为基础,对芦山“4·20”7.0级强烈地震引起的强地面运动进行了模拟.对这次地震中由典型盲断层引起的强地面运动数值模拟结果反映了与实际震害相近的分布特征:断层上盘的宝盛、龙门及芦山以北位于极震区,也是强地面运动的高强度集中区,特别是垂向分量的速度、加速度峰值均在该地区达到了最大值,最能反映地表震害特征的竖向地震加速度在龙门一带达到了350gal,与极震区Ⅸ度的烈度相当,而在芦山以北龙门一带,瞬时竖向位移峰值高达110cm,这些特征与实际震害分布是非常相近的.综合分析认为,这次地震强地面运动表现出了明显的逆冲断层引起的强地面运动的分布特征,同时在强地震动传播过程中,由于高陡峭地形地貌特征及四川盆地内山间盆地的影响,地形地貌和盆地效应对地震波的反射和放大作用明显加强,也是该地区地震破坏强度增大的重要因素.