蠕滑中的断层:是福，还是祸？

地球构造板块运动驱动断层滑动。一些断层会以地震的形式快速破裂,释放大量能量;另一些断层则以更加平稳的方式滑动,从而缓慢的释放能量。后者就是所谓的蠕滑断层,通常被认为地震危险性较小,但是越来越多的证据表明它们比先前认识的更为复杂,依然具有显著的致灾性。Harris[1]最新的一篇综述报道了全球范围内浅层大陆断层带蠕滑断层的地震潜力。本文通过对已有的研究进行全面的回顾,重点关注了何时、何地,为什么发生断层蠕滑,以及哪些情况下断层蠕滑可能代表着高地震危险性,并对未来工作方向提出一些建议。      

美国地震预警系统ShakeAlert测试与评估

美国地震预警系统ShakeAlert目前已向美国西海岸3个州的试验用户发送地震预警信息。地震预警算法在正式上线之前必须经过严格的实时原位测试和离线测试。实时原位测试主要针对被测试系统或模块的鲁棒性进行压力测试,以评估新的系统是否可以上线运行;离线测试选取一定数量的历史地震事件进行回放测试,并基于点源结果和地震动强度预测结果这两种方式对系统的算法进行测试评估。本文以Cochran等[1]这篇文章为蓝本,编译并概要介绍了美国地震预警系统ShakeAlert测试与评估的流程和算法等。      

隔震支墩长细比研究

《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（中华人民共和国住房和城乡建设部等,2016）中第12.2.9条第2款规定隔震层应满足嵌固刚度比要求,此要求使隔震支墩长细比较小,须单独增设1个隔震层,增加了结构造价,在一定程度上限制了隔震技术的应用。本文利用ANSYS软件分别对无隔震支座、常规隔震、柱顶隔震、柱底隔震4种方案的相同建筑进行地震时程反应分析及对比。结果表明,柱顶隔震、柱底隔震方案可行,隔震支墩长细比能达到普通层柱长细比,可推动隔震技术在多层建筑特别是学校、医院等建筑中的应用,提高隔震建筑经济性,为《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）的修订提供一定理论依据。     

由近断层强震记录得到的断层位错过程对管道的影响分析

在近些年的几次大地震中,例如,汶川地震和集集地震等,获得了不少近断层乃至断层上的加速度强震记录.这些近断层加速度强震记录对研究近断层的地震动特征(如速度脉冲、方向性效应)、震源机制等具有重要的意义.通过对断层附近的加速度记录进行2次积分,并经过适当基线校正后得到断层位错时程,发现其位移峰值往往大于断层的永久位移量.而目前埋地管道在断层位错下的反应分析方法一般直接输入的是断层的永久位移量.     

滦县ML=4.8地震的局部多台数字记录

据中国数字地震台网测定,2004年1月20日16时34分11.9秒在滦县发生了ML=4.8的地震,震中位于东经118.77 °,北纬39.71°,震源深度H=10km.尽管地震造成的破坏轻微,但有感范围较大,在秦皇岛市、青龙县、北京市、廊坊市、天津市等地均有震感.这次地震使震中及其附近地区的5台数字强震仪触发,记录了5组3分量数字加速度记录.本文对这次地震事件、地震地质概况作了简要介绍,并就台站(阵)基本背景资料、数字强震仪主要技术指标作了详细说明.最后,对获取的15条数字加速度记录作了初步处理分析,如基线校正、加速度峰值计算、傅里叶谱及反应谱计算等.     

2013年乌鲁木齐MS5.6和MS5.1地震强地震动模拟研究

利用基于动力学拐角频率的随机有限断层法,针对2013年3月29日和8月30日乌鲁木齐发生的M_S5.6和M_S5.1两次地震,选择不同机构的震源参数对23个台站的45条强震记录进行强地震动模拟,对比分析加速度时程和反应谱,并计算模型偏差.通过与实际场点记录进行对比的结果显示:选取的不同机构震源参数模型得到的模拟加速度时程在持时和形状上与实际记录有一定差距,对于近震源的台站,模拟结果的峰值加速度(PGA)比观测结果小,对于稍远的台站,结果基本能够保持一致;而加速度反应谱,模拟结果与观测结果具有较好一致性; 随机有限断层模型的误差在±0.5以内,拟合效果较好,而且高频段的拟合效果要好于低频段;采用不同机构震源参数模型得到的模拟结果与观测结果得到的PGA分布特征较为一致,但模拟结果的峰值加速度要低于观测结果.      

基于强震和测震数据对鲁甸6.5级地震发震断层方向的研究

2014年8月3日16时30分,云南省昭通市鲁甸县发生M6.5地震,宏观震中位于鲁甸县龙头山镇(27.1°N,103.3°E),深度约12km。发震断层为NW向包谷垴-小河断裂,是NE向昭通-鲁甸断裂系的NW向次级走滑断层。文中利用鲁甸地震50个强震台站观测记录与135个测震台站观测记录,分别进行峰值加速度计算和S波辐射图案匹配,对此次地震发震断层方向进行讨论。结果表明,"NW向"的断层方向更符合强震、测震仪器观测值,同时与地震灾害现场调查结果一致。     

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震随机有限断层三维地震动模拟

2021年5月21日云南省大理州漾濞县发生MS6.4 地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为预测此次地震的地震动影响场,利用震源运动学破裂随机模型,基于随机有限断层三维地震动模拟方法,给出了此次地震中 28个触发强震动台站的三分量加速度时程模拟记录,并结合强震动观测记录,估计了此次地震的地震应力降及震源破裂过程,进一步模拟给出了此次地震中 2823 个虚拟观测点的三分量加速度时程.结果表明,模拟记录的峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)与观测值接近,并体现了地震动峰值的衰减规律、近场饱和效应和破裂方向性效应;模拟与观测记录的 5%阻尼比拟加速度反应谱(PSA)的幅值接近、谱形相似,在0.05～10 s周期段,模拟记录可以很好地预测地震动.基于三分量模拟记录给出了漾濞MS 6.4 地震的仪器测定地震烈度图,与云南省地震局发布的烈度图接近,极震区烈度最高可达Ⅷ度,震源破裂方向性导致震中 SE方向的烈度普遍高于 NW方向,受局部场地条件影响沿洱海西侧出现高烈度异常区.     

利用强震记录校正的芦山7.0级地震峰值加速度震动图

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、震源机制解结果及中国西部地区地震动参数衰减特征,估计了2013年4月20日芦山7.0级地震加速度分布图.利用地震后获得的强震记录计算了强震台站观测值与借助经验性衰减关系估计值之间的系统偏差,进一步修正了峰值加速度分布图.结果显示,由于芦山地震属于高角度逆冲型地震,加大了震区的震动程度,特别是震中附近30km范围内震动程度比校正前的结果更高.     

2015年11月22日广东徐闻ML4.2地震强震动记录分析

2015年11月22日07时43分广东省徐闻县发生M_L4.2地震,海南省强震动台网中心记录到3组三分向加速度记录,这是海南强震动台网建成后首次记录到强震动地震波形,常规处理后得到9条零基线校正后的三分向峰值加速度（PGA）。对3个台站的加速度记录进行分析,绘制校正后的加速度、速度、位移时程曲线及加速度反应谱,为中国南部工程震害调查提供参考资料。结果表明,此次地震记录到的强震记录PGA介于0.8—10.2 cm/s2之间,距离震中位置最近的火山口台（HSK）记录到最大PGA值。      

近断层强地震动场预测

以1997年4月11日新疆伽师地震（M_w6.1）为例,详细介绍了近断层强地震动场的预测方法.首先,用有限断层震源建模方法建立了该次地震的震源模型;然后,基于动力学拐角频率的地震动随机模拟方法,模拟了该次地震仅有主震加速度记录、且位于巨厚土层上的三个台站的加速度时程,并用实际地震记录进行了验证.在此基础上,基于预测的近断层77个节点的加速度时程的峰值绘制了该次地震的加速度场.结果表明,上述方法模拟的加速度时程在0.5 Hz以上的高频段是可行的、实用的;预测的近断层加速度场具有非常明显的上盘效应.地表最大加速度的范围与断层面上最大凹凸体位置相对应,说明与断层面上凹凸体相对应的地面上的建（构）筑物将会遭受到较为严重的震害.     

Broadband ground motion simulation using a hybrid approach of the May 21, 2021 M7.4 earthquake in Maduo,Qinghai, China

In this study, the broadband ground motions of the 2021 M7.4 Maduo earthquake were simulated to overcome the scarcity of ground motion recordings and the low resolution of macroseismic intensity map in sparsely populated high-altitude regions. The simulation was conducted with a hybrid methodology, combining a stochastic high-frequency simulation with a low-frequency ground motion simulation, from the regional 1-D velocity structure model and the Wang WM et al.(2022) source rupture model,respect...     

2022年日本福岛7.4级地震震害分析与对比

2022年3月16日在日本福岛县东部海域发生7.4级地震,本文基于近实时震害评估系统RED-ACT对此次地震进行了快速评估,包括强震动记录分析、区域地震破坏力震害评估结果和典型桥梁破坏,并结合实际震害对比了该系统评估结果以及其他主要震害快速评估系统的分析结果,结果表明：(1)此次地震造成的地面运动强度较大,多数台站记录PGA较2021年福岛7.3级地震更强,反应谱在0.5～1.3s区间呈现远高于2021年福岛地震的趋势。(2)RED-ACT的震害评估结果相较于日本NIED-CRS系统和美国USGS-PAGER系统与实际震害更为接近,在强震动记录较为密集的地区,开展基于强震动时程和建筑非线性分析的震害评估能够得到更为准确的震害评估结果。(3)此次地震对白石市附近桥梁造成了一定的破坏,桥梁破坏附近处的强震动会对典型桥梁结构造成一定程度的破坏。     

基于强震动记录测定近场地震参数方法研究

本文基于大理州的23个强震动台2007年以来记录的11组3.5级以上近场地震共51条强震记录,根据数字地震仪台网系统测定地震参数的基本原理,讨论了通过强震动台网测定近场地震参数的方法,并对测定近场地震参数的计算机软件MDEPS系统的编制进行了介绍。     

2013年四川芦山MS7.0地震 强地面运动模拟

运用经验格林函数法模拟2013年4月20日芦山M_S7.0地震的近场强地面运动. 在拟合过程中, 首先参考前人远场反演结果给出的滑动量分布特征和主震波形的包络线特征, 确定强震动生成区的大致范围和数量; 然后利用Somerville等提出的地震矩与凹凸体面积的经验关系式确定强震动生成区细小划分的初值, 继而利用遗传优化算法确定以上二者的最优值及其它震源参数. 将数值模拟波形与实际地震观测记录在时间域和频率域分别进行比较, 结果显示, 在所选取的30个观测台站中, 多数台站的数值模拟结果与实际观测结果符合得很好, 特别是大于1 Hz的高频部分. 断层面上有两个强震动生成区, 其位置与前人反演的滑动量集中分布区相一致, 而且强震动生成区规模比Somerville等获得的标度率估计值要小.      

Simulation of synthetic ground motions for specified earthquake and site characteristics

A method for generating a suite of synthetic ground motion time‐histories for specified earthquake and site characteristics defining a design scenario is presented. The method employs a parameterized stochastic model that is based on a modulated, filtered white‐noise process. The model parameters characterize the evolving intensity, predominant frequency, and bandwidth of the acceleration time‐history, and can be identified by matching the statistics of the model to the statistics of a target‐recorded accelerogram. Sample ‘observations’ of the parameters are obtained by fitting the model to a subset of the NGA database for far‐field strong ground motion records on firm ground. Using this sample, predictive equations are developed for the model parameters in terms of the faulting mechanism, earthquake magnitude, source‐to‐site distance, and the site shear‐wave velocity. For any specified set of these earthquake and site characteristics, sets of the model parameters are generated, which are in turn used in the stochastic model to generate the ensemble of synthetic ground motions. The resulting synthetic acceleration as well as corresponding velocity and displacement time‐histories capture the main features of real earthquake ground motions, including the intensity, duration, spectral content, and peak values. Furthermore, the statistics of their resulting elastic response spectra closely agree with both the median and the variability of response spectra of recorded ground motions, as reflected in the existing prediction equations based on the NGA database. The proposed method can be used in seismic design and analysis in conjunction with or instead of recorded ground motions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

2014年新疆于田MS7.3地震强地面运动模拟及震动图预测

基于地震动的时空衰减规律和传播特征,采用邻近地震监测台站地震动时程对1 km×1 km尺度的网格点进行近实时插值计算,同时结合场地效应对震区地震动参数进行修正,并以2014年2月12日新疆于田M_S7.3地震为例,计算震区格网内各点的地震时程,同时以8 s为时间间隔绘制出地震动峰值等值线图并将其连续播放,得到了于田M_S7.3地震峰值地震动(PGV,PGA)的空间分布.结果表明,于田县东部至民丰县北部地区受场地条件影响,震区震害在软弱地基土层及浅地下水位等因素作用下对震区地震动具有明显的放大效应,预测的地震动特征与现场宏观调查结果是一致的.在当前强震台网分布不均匀的情形下,本文方法能较好地描述震区地震动特征,较客观地反映灾区的强地面运动特征.      

Enrichment of seismic ground motion databases using Karhunen–Loève expansion

Best estimate seismic analysis are generally based on time‐domain simulations of structural responses. The seismic load is then modeled by a stochastic process representing ground motion. For this purpose, the analyst can use recorded accelerograms or work with synthetically generated ones. The number of ground motion time‐histories available for a given scenario and site condition is limited and generally not sufficient for carrying out more advanced probabilistic structural response analysis. It is then necessary to have at our disposal methods that allow for generating synthetic accelerograms that realistically characterize earthquake ground motions. However, most of the methods proposed in literature for generating synthetic accelerograms do not accurately reproduce the natural variability of ground motion parameters (such as PGA, cumulative absolute velocity, and Arias intensity) observed for recorded time histories. In this paper, we introduce a new method for generating synthetic ground motion, based on Karhunen‐Loève decomposition and a non‐Gaussian stochastic model. The proposed method enables the structural analyst to simulate ground motion time histories featuring the properties mentioned above. To demonstrate its capability, we study the influence of the simulation method on different ground motion parameters and on soil response spectra. We finally compute fragility curves to illustrate the practical application of the proposed method. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

华北地区地震危险性分析和地面运动预测的一致性方法

利用华北地区地震活动性资料,建立了地震危险性计算的一致性模型.在此模型的基础上,得出了北京、天津、唐山和济南等7个城市未来2500年内地震的时空强度分布,并计算了2500年回复周期的地震动峰值加速度(PGA).结果表明,唐山和太原的PGA最大(>0.2g),石家庄和北京次之(≈0.17g).对华北地区2500年地震记录的正演计算结果表明,太原和唐山地区的潜在地震危险最有可能来源于震级在6.0～7.0、震中距离在12～15km的地震活动;而北京、天津和石家庄地区则可能来源于震级在5.5～6.0、震中距离在10km左右的地震活动.采用IBC(International Building Code)方法计算后的结果显示,太原、唐山等地区的PGA与2001年我国地震动峰值加速度值基本一致,与此地区的较高地震活动性特征相符.利用随机震源模型,还给出了影响此7个城市的最大地震记录的加速度、速度及位移时程曲线,这对本区工程建筑的抗震性设计以及对救援设施的选址等有重要作用.