用经验格林函数法模拟2008年日本岩手县地震强地面运动

1 研究背景 众所周知,大地震中的近场强地面运动对近断层的建筑物和工业装备破坏十分剧烈,但是长期以来由于近场强地面运动记录的缺乏,人们对其特征了解甚少.而且现有的震源动力学计算方法受到缺乏地下三维速度结构的准确信息和本身计算能力所限,模拟出的地震波的高频部分不足.     

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手——宫城地震的强地面运动

运用经验格林函数方法,对2008年6月13日日本岩手—宫城(MW6.9)地震进行了近场强地面运动的模拟研究.首先,利用震源谱拟合方法和遗传优化算法计算了经验格林函数法所需的参数,进而估算求得了此次地震主断层面上强震生成区的面积和上升时间.基于所获得的震源模型,计算了近震源区域的强地面运动时程,并同实际观测记录在时域和频域作了分析比较.结果显示,多数台站合成谱与观测谱符合得很好,部分台站两者在低频上有一定的偏差.通过遗传算法搜寻,所得强震生成区的面积与经验关系预测的一致,而上升时间则比经验关系预测的要小.     

运用理论格林函数模拟新疆阿克陶6.7级地震强地面运动

运用QSGRN/QSCMP理论地震图计算与合成方法,根据震源机制解设定断层几何参数,模拟了2016年11月25日阿克陶6.7级地震周边区域加速度记录,经场地条件校正绘制了地震峰值加速度分布图。通过对2个强震台观测波形数据与模拟加速度波形数据在时间域和频率域进行对比分析,验证了两者振幅数量级相当、频谱特征一致性较强。同时,提取了实际调查点坐标所对应的模拟峰值加速度,并与实际调查点烈度进行对比,发现两者具有较好的对应关系。文中尝试提供1种震后快速产出峰值加速度分布情况的方法,为监测台站稀少、地形复杂、难以快速开展现场地震灾害调查的地区提供地震影响场范围估计,为地震灾害快速评估与应急决策等工作提供辅助资料。     

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手-宫城地震的强地面运动l

运用经验格林函数方法,对2008年6月13日日本岩手——宫城（MW 6.9）地震进行了近场强地面运动的模拟研究.首先,利用震源谱拟合方法和遗传优化算法计算了经验格林函数法所需的参数,进而估算求得了此次地震主断层面上强震生成区的面积和上升时间.基于所获得的震源模型,计算了近震源区域的强地面运动时程,并同实际观测记录在时域和频域作了分析比较.结果显示,多数台站合成谱与观测谱符合得很好,部分台站两者在低频上有一定的偏差.通过遗传算法搜寻,所得强震生成区的面积与经验关系预测的一致,而上升时间则比经验关系预测的要小.     

中国强地面运动研究进展

简要总结了近年来我国在强地面运动资料的处理、近断层地面运动的影响因素、强地面运动的模拟和宽频带反应谱等方面的研究工作．同时,回顾与展望了我国在强地面运动研究方面的国际合作进展．     

基于改进的经验格林函数方法的地震动模拟

改进的经验格林函数方法弃掉以往完全用经验方法确定用于合成大震的小震数目的方法,考虑了大地震断层各个子断层位错的不均匀性,使得经验格林函数方法的物理意义更加清楚。用改进的经验格林函数方法,以汶川MS6.4余震记录作为经验格林函数模拟了九寨白河台、松潘安宏台、皋兰台和成都中和4个台站的加速度时程,与以往的经验格林函数方法比较,模拟结果的反应谱与记录符合得更好,证明了改进的经验格林函数方法可以反映震源位错的复杂分布,可以在工程地震中用来估计场地地震动过程。     

用改进的经验格林函数方法模拟唐山地震动

建筑物的抗震设防需要尽可能地掌握未来大地震强震动记录信息,但大地震强震动记录的匮乏阻碍了抗震设防实践的发展。经验格林函数方法作为模拟地震动的主要方法,可以提供可靠的大地震强震动记录,但也存在着许多问题,如缺乏对大地震断层滑动分布不均匀的描述、用经验确定小震数目、模拟方法受到大小地震相似条件的限制等。文中对上述经验格林函数方法存在的问题进行了研究,改进的经验格林函数方法,有效地解决了上述问题。并用其对唐山大地震进行了模拟,并把模拟的地震动时程和反应谱与实际记录相比较,发现用改进方法模拟的地震动加速度反应谱比用未改进方法模拟结果更接近实际的地震动记录加速度反应谱。由此说明改进的经验格林函数可更准确的模拟地震动。     

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(11 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MS8.0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plusmn;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．      

地震动模拟的两步随机经验格林函数方法研究

合理预测未来可能发生的地震中工程场地的地震动是地震危险性分析的关键,近年来提出的两步随机经验格林函数方法得到了广泛应用并成功模拟了一些地震的地震动,但是该方法仍然存在一些亟待解决的问题。本文基于两步随机经验格林函数方法开展地震动模拟的相关研究,重点解决该方法目前存在的一些问题,包括:地震应力降的表示、模拟地震动不确定性的定量分析、震源破裂方向性的模拟、缺乏经验格林函数的处理,本文旨在为两步随机经验格林函数方法在地震危险性分析中的应用打下基础。本文主要工作如下:(1)给出了用于地震动模拟的应力降估计模型并检验了模拟结果的有效性。基于地震应力降的研究结果,将地震应力降表示为服从对数正态分布的数据集,标准差(log10)确定为0.2—0.6,平均应力降根据地震平均滑动位错与破裂面纵横比的关系近似估计。基于两步随机经验格林函数方法模拟了2013年MW6.6芦山地震、2008年MW6.9岩手宫城内陆地震和2016年MW7.1熊本地震的地震动,震源模型只考虑高应力降的凹凸体区域。模拟结果发现,短周期(2.0 s)模拟地震动与观测记录较为一致或相差不大,长周期(2.0 s)模拟地震动则明显偏低,这可能与经验格林函数缺乏长周期信号有关,凹凸体之外的低应力降破裂区域对模拟地震动的贡献很小。(2)定量给出了两步随机经验格林函数方法模拟地震动的不确定性。首先采用不同应力降比值(0.5—8.0,固定间隔1.5)分别模拟芦山、熊本和岩手宫城内陆地震的地震动,发现模拟地震动随应力降比值的增大而增大,模拟地震动的残差与应力降比值的自然对数有明显的线性负相关,据此建立了模拟地震动与应力降比值的定量关系。其次,采用蒙特卡罗随机抽样方法随机给出服从对数正态分布的目标地震应力降,其中应力降标准差(log10)分别为0.2—0.6,分别模拟上述3次地震的地震动,建立了模拟地震动标准差与应力降标准差的定量关系,结果发现应力降标准差越大则模拟记录的标准差相对越小,长周期模拟地震动的不确定性更小;当应力降标准差为0.2—0.6时,模拟记录的标准差约为0.11—0.37。最后,讨论了随机破裂过程引起的模拟地震动的不确定性,根据K-S检验证实多次随机过程模拟地震动服从对数正态分布,200次随机过程模拟地震动的对数标准差约为0.05—0.15,且随周期(0.05—2.0 s)增大而增大。(3)提出了利用两步随机经验格林函数方法模拟震源破裂方向性的技术思路。首先,选取两次震源破裂方向性显著的芦山地震余震(EQⅡ和EQⅢ)作为经验格林函数模拟主震地震动,模拟结果发现模拟地震动表现出显著的方向性效应,且与小震方向性特性一致,说明经验格林函数的选取有必要考虑小震震源破裂方向性的影响。其次,提出以视拐角频率替代拐角频率改进现有的两步随机经验格林函数方法,基于改进方法采用EQⅢ的记录再次模拟芦山地震,结果显示模拟地震动并未表现出明显的方向性效应,且与实际观测记录较为一致,证实改进方法有效地表示(消除)了小震震源破裂方向性的影响。最后,基于改进方法模拟了一系列震源破裂方向性特征不同的地震,模拟地震动表现出相应的破裂方向性效应,主破裂前方的模拟地震动普遍高于主破裂后方,验证了改进方法实现地震动方向性效应模拟的可行性。(4)探索性地提出了广义经验格林函数的概念,并将其应用于唐山地震的地震动模拟。为弥补小震记录缺乏对经验格林函数方法的限制,提出了不考虑大小地震震源位置差异的广义经验格林函数的概念。分析日本强震动记录与中国地震动衰减关系的事件内残差,结果表明中国东部强震区和青藏地震区与日本地区传播路径差异对震中距150 km的地震动PGA的影响可近似忽略,对PSA有很小的影响,说明日本地区的强震动记录可近似作为中国地区目标地震的广义经验格林函数。选取K-NET台站及KiK-net井下基岩台站记录分别模拟芦山地震具体台站的地震动及地震动场,结果表明,观测记录大体上位于模拟地震动平均值加减一倍标准差范围内,初步检验了广义经验格林函数的可靠性。最后,选取KiK-net井下基岩台站的记录作为模拟1976年MS7.8唐山地震基岩面地震动的广义经验格林函数,模拟地震动(3.0 s)与地震动预测方程预测值较为一致,且模拟地震动PGA等值线与宏观烈度较为一致。     

经验格林函数方法的理论探讨

通过比较经验格林函数和理论格林函数模拟地震动方法,认为经验格林函数方法能比理论格林函数更好地模拟地震动。同时亦指出用经验格林函数方法模拟地震动时出现两个问题:(1)模拟的结果高频不稳定。(2)模拟的结果有一个"人造周期"。地震工作者提出选择适当的频响函数,比较有效地解决了模拟结果高频不稳定的问题;还提出了完备经验格林函数集的概念,以提高模拟结果与记录的符合程度。但完备经验格林函数集提出了每个大震子断层上都有小震记录的过于苛刻的要求,使得完备经验格林函数集的获得只能靠理论和经验关系结合的办法。本文通过对大震断层滑动速度函数的理论分析认为:可以用多个不同滑动速度和不同上升时间的小震合成经验格林函数,用这种经验格林函数合成的地震动不会产生"人造周期"。但需要加强对小震记录的反演工作并获得丰富的小震参数。     

经验格林函数方法理论上的改进

以往的经验格林函数方法存在着两个问题:一是要求大小地震需满足"相似"或"准相似"条件,这就限制了经验格林函数方法的适用范围。二是对大地震断层面的位错不均匀性考虑得不充分,而实际上大地震断层的位错一般是不均匀的。本文在假定大小地震不满足"相似"和"准相似"以及大地震断层面位错不均匀的前提下,对经验格林函数方法进行了改进,并应用于卢龙地震的模拟,模拟的结果与记录符合得比较好,说明改进的经验格林函数方法可以用来估计场地地震动过程。     

经验格林函数方法模拟地震动研究

地震动模拟研究的目的是为建筑物的抗震设计提供未来地震动的时程或反应谱。本研究在总结了经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的基础上,对所存在的问题进行了系统研究,得到如下成果:1改进了经验格林函数方法,提高了经验格林函数方法的严密性用经验格林函数方法模拟地震动的结果在高频部分偏低的部分原因是由于假设大小地震的滑动分布都是相     

用格林函数方法模拟卢龙地震

建筑物的抗震设防需要地震动的输入,但往往在抗震设防区缺少地震记录,这就需要地震动的模拟.在总结现有经验格林函数方法的基础上,提出了改进的经验格林函数方法,并用该方法对卢龙地震进行了模拟.模拟的结果表明:模拟的结果无论是地震动加速度时程还是反应谱与实际地震记录都符合得比以往好.说明改进的格林函数方法是模拟地震动的有效方法,可以在工程实践中应用推广.     

强地面运动衰减的经验关系综述

建立强地面运动衰减的经验关系时，至少要考虑四个方面的参数，即地震动参数，震源参数，传播介质参数和场地条件参数。该文首先阐述了影响地面运动的几个主要因素；评述了近年来发展的几个衰减模型，最后介绍了一些不同地区的衰减关系。     

用经验格林函数方法模拟汶川M_W7.9地震的强地震动

汶川M_W7.9地震的发生震惊了中国乃至全世界,不仅仅因为该地震震级巨大,还因为其可怕的伤亡。评估汶川M_W7.9地震的复杂性及破坏力需对其地震特征进行研究。本文运用经验格林函数方法(EGF)模拟了地震的强地震动。首先,选取了4个震级为M_W4.9和M_W5.0的余震,对这些余震的运动利用格林函数进行了模拟。通过模拟,可以估算出包括断层规模和应力降在内的余震震源参数。然后,通过试错法正演模拟得出M_W7.9地震凹凸体(强震动生成区)的震源模型。为验证该震源模型的准确性,运用经验格林函数方法模拟合成了9个台站的强地震动。将模拟得出的强地震动与观测记录到的加速度波形、速度波形和拟加速度反应谱相比较。尽管有一些差异,但在大部分台站,合成的强地震动与观测记录结果相吻合。在模拟得出的震源模型中,断层面上3个凹凸体的应力降约为10MPa,而凹凸体面积与破裂面积比为0.24,接近经验关系式得出的结果0.22。     

用经验格林函数法和随机方法模拟卢龙地震的比较

在介绍用经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的基础上,分别用这两种方法模拟了卢龙5．7级地震。模拟结果表明,用经验格林函数方法模拟地震动的结果与地震记录符合得很好。用随机方法模拟地震动在高频部分与地震动记录符合得比较好,而在中、低频部分符合得不太好。两种方法比较,经验格林函数方法模拟的结果更符合实际记录。但随机方法具有计算简单、无需小震记录的优点,因此发展随机的方法是有意义的。随机方法中中、低频部分不太符合的原因是随机方法中的很多经验关系是在美国大陆得到的。因此建议加强对中国大陆经验关系的研究,并把中国大陆的经验关系加入到随机方法中,使随机的方法成为中国大陆普适的模拟地震动的方法。     

经验格林函数方法模拟地震动研究现状

经过30多年的发展,格林已经成为被地震工作者普遍接受的模拟地震动的方法.回顾发展历史,该方法可以分为3个阶段:第1阶段是经验格林函数理论建立阶段;第二阶段是经验格林函数方法逐步得到完善阶段;第三个阶段是经验格林函数方法的广泛应用阶段,该阶段提出了用该方法预测未来地震动的一般步骤,标志着用经验格林函数方法预测未来地震动,为建筑物的抗震设防提供依据已经到了比较成熟阶段.最后,对用经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的优势和不足进行了比较.     

北京地区高风险断裂及其强地面运动模拟

北京地区历史上发生多次破坏性地震.在未来50年超越概率10%的中国地震烈度区划中,北京地区烈度为Ⅷ度.北京邻区强震对北京地震烈度的影响已经有一些研究.然而,如果北京地区的断裂发生强震,其地震烈度将有多大？又是如何分布？这是防震减灾所关注的问题.北京活断层研究表明,黄庄—高丽营等断裂具有第四纪分段活动特征.本文首先用有限元方法对北京地区活动地震断裂地震安全度进行评估,确定了黄庄—高丽营断裂（北段）是其中地震安全度相对最低的断裂;然后在此断裂上设定一个M_S7.2的情景地震,使用可以考虑真实起伏地形影响的任意曲线网格有限差分方法模拟了这个设定地震在北京地区引起的强地面运动特征和烈度分布细节.强地面运动模拟结果表明,峰值速度PGV>0.7 m·s^-1的区域集中在沿断裂东侧的8~9 km宽的条带内,最大值达1 m·s^-1;烈度分布显示断裂周围20 km内大都超过Ⅷ度.本文结果可为防震减灾提供参考依据.