近断层地震动最强速度脉冲方向分量特性研究

为了研究速度脉冲型地震动的最强速度脉冲方向分量与垂直或平行断层方向分量之间的特性差异,本文采用多分量速度脉冲识别方法从NGA-West2强震动数据库的236组近断层地震动速度脉冲记录中提取出最强速度脉冲方向分量,对其脉冲参数随震级M_W和断层距R变化的统计关系式进行了回归分析,并对比了最强速度脉冲方向分量与垂直或平行断层方向分量之间的特性差异。研究结果表明:当R＜30 km时,最强速度脉冲方向分量的脉冲幅值预测值较垂直或平行断层方向分量的预测值大,而当R＞30 km时,两种分量的脉冲幅值预测值相差不大,可以忽略;当M_W≤7.5时,最强速度脉冲方向分量的脉冲周期预测值比垂直或平行断层方向分量的预测值大,而当M_W＞7.5时,两种分量的脉冲周期预测值差异不大,可以忽略。      

基于小波方法分析汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200 km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,并将此次地震中获取到的速度脉冲周期和幅值参数与Chi-Chi 地震和Northridge地震进行了比较,统计分析地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.研究表明:(1)汶川地震近断层速度脉冲具有周期长、幅值小的特点.速度脉冲周期主要分布在6~14 s之间,其中51MZQ台沿平行断层的分量脉冲周期最大为14.2 s,速度脉冲幅值与Chi-Chi 地震和Northridge地震相比明显偏小.(2) 速度脉冲记录出现在沿着地震断层破裂传播的方向上,且与地表断裂的距离都在30 km以内,这些长周期速度脉冲的形成可能主要由破裂传播的向前方向性效应引起.(3)速度脉冲的周期随矩震级呈对数线性增大,且随断层距增大有减小趋势.在矩震级小于M_w7.5时,观测到的地震动脉冲幅值为50~150 cm/s之间,与100 cm/s的典型断层滑动速率非常接近;而震级大于M_w7.5时,断层距10km范围内脉冲的幅值已经超过100 cm/s,个别记录的脉冲幅值甚至达到200 cm/s,远超过前人给出的饱和值,这可能与大的永久形变或该处土层介质条件有关.     

基于小波方法的近断层地震动速度脉冲周期的统计特性

采用小波方法筛选出了180条断层距在20 km之内且PGV大于10 cm/s的具有速度脉冲特征的近断层地震波,分别对基岩和土层场地、走滑(SS)和非走滑(NSS)断层、不同脉冲峰值标准情形下近断层脉冲周期和矩震级的关系进行了统计,得到了不同情形下脉冲周期-震级经验公式回归系数,以供近场地震动速度脉冲的相关研究参考使用。结果表明:走滑断层产生的脉冲周期比非走滑断层的大,但随震级的增大情况发生变化;无论走滑断层还是非走滑断层,当震级较小时,土层场地的脉冲周期比基岩场地的大,随着震级的增加,基岩场地的脉冲周期将比土层场地的大;根据不同标准的速度脉冲峰值PGV记录,得到的周期-震级关系曲线有很大区别。     

垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析

如何实现速度脉冲参数化并对其参数进行特性分析是一个值得深究的问题.从NGA-West2强震动数据库选取126组近断层脉冲型地震动记录,采用速度脉冲模型,基于最小二乘法拟合得到水平分量的速度脉冲模型特征参数,研究震级、断层距、场地类别对脉冲参数的影响,并对比垂直和平行断层分量脉冲参数的特性差异.结果表明:垂直断层分量的脉...     

基于多尺度分析方法的近断层地震动特性分析

近断层长周期地震动是一类较特殊的破坏性地震动.为了深入探讨近断层地震动的低频分量组成及其脉冲特性,基于小波理论中的多尺度分析方法提出了一种地震动分量分解方法,据此可将一条地震动分解成频率各不相同的多条分量.首先从频域、时域以及动态响应三个方面阐述了该分解方法的有效性和精确性.进而采用这种方法对近期12次大地震中的53条典型近断层地震动进行了分解,共获得266条地震动分量.分析了近断层地震动中的长周期分量随场地、断层距等影响因素的变化特征;再以卓越分量作为最大脉冲的简化模型,探讨了速度幅值和脉冲周期随震级、断层距的变化关系.结果表明：近断层长周期地震动主要由周期为0.2~2 s的分量组成;近断层土层场地地震动中的长周期分量比岩石场地多;在0~15 km的近断层区域,随断层距的增加,地震动中长周期分量的比重明显减小;卓越分量的速度幅值PGVp约为原始地震动速度幅值PGV的0.6倍,且两者之间具有明显的线性关系;PGVp随断层距的增大而减小,随震级的增大而增大;卓越分量周期Tp随震级的增大呈对数线性增大趋势.     

台湾双冬断层近场脉冲型地震动的数值模拟

根据我国台湾地区西部的地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的震源参数,建立了三维速度结构模型和两类震源模型。基于地壳中断层的位错积累量和岩石破裂后应力应变的传播特性,采用三维有限差分法对双冬断层活动可能产生的近场脉冲型地震动进行了模拟研究。结果表明:走滑断层垂直于断层走向的水平分量和逆断层垂直分量的峰值速度较大;由方向性效应所产生的双向速度脉冲主要集中在垂直于断层滑动分量方向,而由滑冲效应所产生的单向速度脉冲则主要集中在平行于断层滑动分量的方向;受方向性效应和上盘效应的共同制约,近场脉冲型地震动呈不对称带状分布,速度脉冲多分布在距离走滑断层迹线15 km和逆断层迹线10 km的范围内;速度反应谱在断层面的覆盖范围内沿破裂方向逐渐增大,且速度脉冲可能会对大型建筑物产生严重的剪切破坏。受凹凸体特性的影响,地震波场显示南投、台中和苗栗处于强地震动危险区。      

动力学走滑断层地震动方向性效应谱元法模拟

采用动力学震源模型，运用谱元法模拟走滑断层单、双侧破裂模式的地面运动，分析模拟2种模式下地震动的方向性效应和脉冲效应，并对比分析2种模式下断层破裂速度、滑移量与滑移速率的异同。研究结果表明：单、双侧破裂模式下的FN分量PGV均表现出明显的方向性效应，而FP分量的PGV方向性效应不明显，且单侧破裂较双侧破裂的地震动方向性效应强；单侧破裂较双侧破裂更易产生脉冲效应，脉冲效应随断层距的增加而减小，表现为脉冲峰值V_p与脉冲周期T_p的减小；脉冲效应与方向性效应的出现使地震动的低频含量提高，且这种效应也将随断层距的增加而减小；单、双侧破裂模式断层的破裂速度与滑移量无明显差异，而最大滑移速率表现出方向性效应，且单侧破裂较双侧破裂明显。     

基于强震动观测记录的新疆南天山地区地震动特性统计分析

将布置在南天山地区的71个强震动台站从2007～2018年记录到的732组强震动加速度记录按照不同震级、震中距和场地类别分组,对加速度水平向分量和垂直向分量的加速度峰值(PGA)和放大倍数谱(β谱)及其特征周期(T_s)和持时进行了统计分析。结果表明:(1)三分量PGA随震中距的变化规律符合已有的衰减关系。地震波的传播规律和特殊的地壳构造会影响同类震级和场地条件下的PGA大小。场地条件对水平向不同分量的PGA的影响有不同的特点或规律;(2)地震动垂直向分量T_s总体上小于水平向分量T_s。随场地依次变软,水平向分量T_s逐渐增大;而垂直向分量T_s随场地类别的变化规律不明显。随震级和震中距的增大,T_s有逐渐增大的趋势;(3)场地类别对地震动水平向分量的持时有一定的影响,随着场地依次变软,持时会有些增大,对于垂直向分量,则没有明显的规律。     

利用协同反演方法反演地震序列滑动分布

在利用大地测量数据对地震序列进行滑动分布反演中,由于地震序列中多次地震的发震间隔短、InSAR数据时间跨度大,包含了多次地震产生的形变,难以利用InSAR数据反演单次地震的滑动分布,故本文利用协同反演方法结合GPS数据分离地震序列中单次地震产生的InSAR形变,从而反演单次地震的滑动分布.为验证本文方法的有效性,分别采用联合反演方法和本文方法进行模拟实验,其中联合反演采用方差分量估计法确定相对权比,实验表明本文方法能够有效地反演出单次地震滑动分布,且本文方法无需确定两类数据的相对权比.采用本文方法反演Ridgecrest地震M_W6.4前震和M_W7.1主震的滑动分布,结果表明M_W7.1主震为西北向右旋走滑断层,M_W6.4前震包括西北向右旋走滑和东北向左旋走滑断层.两次地震产生的最大滑动量分别为4.26 m和1.0 m,累积释放地震矩4.49×10¹⁹N·m和5.28×10¹⁸N·m,对应矩震级为M_W7.07和M_W6...     

近断层速度脉冲型地震动特征周期的估计与调整

基于美国NGA数据库,在断层投影距小于25 km范围内挑选了1387条地震加速度记录,分别按照断层距和场地条件进行分组,对近断层速度脉冲型地震动的频谱特性、特征周期,及其与断层距、震级的相关性予以分析。结果显示:① 出现速度脉冲型地震动的比例与断层投影距之间存在明显的线性相关关系,但其与震级的变化不相关;② 地震动速度脉冲周期与震级之间存在强相关;③ 对于近断层速度脉冲型地震动,采用动态变化的加速度和速度反应谱峰值周期进行特征周期的计算,更加符合真实情况;④ 地震动速度脉冲有放大地震动特征周期的作用,水平向放大的比例与竖向相当,且放大作用与场地条件相关,在较硬场地上放大较多。本文基于上述近断层地震动的统计分析结果,对现行抗震设计规范中定义的特征周期提出了适合于工程应用的调整系数,并建立了速度脉冲周期与震级之间的关系模型,分析结果显示二者的拟合效果较好。      

均匀弹性全空间中走滑断层产生的方向性速度脉冲研究

本文在均匀弹性全空间中对走滑断层附近方向性速度脉冲作了定性研究。研究表明,方向性速度脉冲主要与观测点和破裂起始点之间的一部分破裂面的破裂过程有关;方向性速度脉冲的周期随震源时间函数中的上升时间增大而增加。破裂速度对于方向性速度脉冲的峰值和周期有重要影响,一般而言,随着破裂速度的增加,方向性速度脉冲的周期减少,峰值增大。因此在统计脉冲的峰值和周期与矩震级的关系时,需要考虑破裂速度的影响。     

Effect of source parameters on forward-directivity velocity pulse for vertical strike slip fault in half space

It has been found that the large velocity pulse is one of the most important characteristics of near-fault strong ground motions. Some statistical relationships between pulse period and the moment magnitude for near-fault strong ground motions have been established by Somerville （1998）; Alavi and Krawinkler （2000）; and Mavroeidis and Papageorgiou （2003）, where no variety of rupture velocity, fault depth, and fault distance, etc. were considered. Since near-fault ground motions are significantly influenced by the rupture process and source parameters, the effects of some source parameters on the amplitude and the period ofa forward-directivity velocity pulse in a half space are analyzed by the finite difference method combined with the kinematic source model in this paper. The study shows that the rupture velocity, fault depth, position of the initial rupture point and distribution of asperities are the most important parameters to the velocity pulse. Generally, the pulse period decreases and the pulse amplitude increases as the rupture velocity increases for shallow crustal earthquakes. In a definite region besides the fault trace, the pulse period increases as the fault depth increases. For a uniform strike slip fault, rupture initiating from one end of a fault and propagating to the other always generates a higher pulse amplitude and longer pulse period than in other cases.     

2014年云南鲁甸MS6.5地震发震构造特征及动力源分析

通过对2014年8月3日云南省昭通市鲁甸县发生的MS6.5地震的震源机制解、余震空间分布、活动断裂组合样式和区域构造背景等特征的综合分析表明:(1)根据主震及4级以上强余震的震源机制解、余震空间分布、烈度长轴方向,判断本次地震的发震断裂为NW向的包谷垴—小河断裂;(2)根据地表GPS水平运动速率及水平缩短速率的差异性、断裂组合样式和历史余震深度,判断发震断裂具有薄皮-同向差异逆冲型捩断层的特征;(3)包谷垴—小河断裂活动可能主要受深部的"管道流"控制,"管道流"自NW向SE方向运动,在昭通断裂带处受到华南板块的差异阻挡,造成包谷垴—小河断裂西侧管道流运动速率大于东侧管道,从而驱动包谷垴—小河捩断层的左旋滑动,导致了鲁甸地震的发生。     

Active tectonics around the junction of Southwest Japan and Ryukyu arcs: Control by subducting plate geometry and pre‐Quaternary geologic structure

The origin of active faults in the Inner zone of the western part of Southwest Japan was explained by a decrease of the minimum principal stress and reactivation of ancient geologic structures. Although the E–W maximum principal stress in Southwest Japan due to the collision of the Southwest and Northeast Japan arcs along the Itoigawa–Shizuoka Tectonic Line is assumed to decrease westward, the density of active strike‐slip faults increases in the western margin of the Southwest Japan Arc (western Chugoku and northern Kyushu) where the subducting Philippine Sea Plate dips steeply. The E–W maximum compressional stress is predominant throughout Southwest Japan, while the N–S minimum principal stress that is presumably caused by coupling between Southwest Japan arc and Philippine Sea Plate decreases due to the weak plate coupling as the plate inclination increases under the western margin of Southwest Japan. The increase of the fault density in the western margin of the arc is attributed to a decrease of the minimum principal stress and consequent increase of shear stress. Low slip rates of the active faults in this region support the view that the westward increase of fault density is not a response to increasing maximum stress. These faults of onshore and offshore lie in three distinct domains defined on the basis of fault strike. They are defined domains I, II, and III which are composed of active faults striking ENE–WSW, NW–SE, and NE–SW, respectively. Faulting in domains I, II, and III is related to Miocene rift basins, Eocene normal faults, and Mesozoic strike‐slip faults, respectively. Although these active faults are strike‐slip faults due to E–W maximum stress, it is unclear whether their fault planes are the same as those of pre‐Quaternary dip‐slip faults.     

2017年伊朗MW7.3地震的震后余滑分布及其对2018年MW6.0地震的触发影响

收集了覆盖监测区域的Sentinel-1卫星雷达影像,利用短基线集干涉测量技术提取了2017年伊朗萨波尔扎哈布M_W7.3地震后283天的地表时序形变,通过二步法反演得到其震后余滑分布,之后采用差分干涉技术获取了2018年发生于同一地区的贾万鲁德M_W6.0地震的同震形变场,并将反演所得的发震断层参数作为应力计算的接收断层参数,来分析2017年M_W7.3强震及其震后活动对2018年贾万鲁德M_W6.0地震的触发影响。结果表明：萨波尔扎哈布地震的震后形变主要由孕震断层面的余滑运动所致,震后283天余滑模型的累积滑移量达到0.7 m;2018年贾万鲁德地震的发震断层走向为355.6°,倾角为89.4°,同震断层破裂以右旋走滑为主,兼具部分正断层运动。本文所得的贾万鲁德地震断层平面上的库仑应力变化表明,2017年M_W7.3主震及其震后余滑对2018年M_W6.0地震的发生具有一定的触发效应,M_W6.0地震的发生可能与区域板块的活动性相关。     

GEODETIC AND TELESEISMIC CONSTRAINTS ON SLIP DISTRIBUTION OF 2015 MW6.4 PISHAN EARTHQUAKE

On July 3^rd, 2015, a M_W6.4 earthquake occurred on Pishan County, Xinjiang, located in the front of western Kunlun thrust belt, which is the largest earthquake(M_W6.0~7.0)in the past 40 years in this region. In this study, we collected both the near-filed geodetic coseismic deformation observations including 4 GPS sites and one high-resolution ALOS-2 InSAR imagery, and far-field teleseismic P waveforms from 25 stations provided by IRIS/USGS, to invert the fault parameters(strike and dip)and coseismic rupture model of 2015 M_W6.4 Pishan earthquake. Using the finite fault theory, a non-linear simulated annealing algorithm was employed to resolve our joint inversion problem. The strike (120°~130°) and dip angle(35°~40°)of optimal models are different from that of some previous studies, and the dip change is strongly constrained by combined data than that of strike. In fixing the geometric parameters of optimal fault model, we also considered data weight(5)(geodetic data/teleseismic P waveforms)and constrained weight from moment and smooth factor(2.5). Clearly, our results indicate that the slip distribution mainly concentrates in the depth range from 9 to 16km and a length range of 20km along the strike direction, which is similar to the spatial distribution of the relocated aftershocks. The maximum slip is~95cm. The seismic moment release is 5.45×10¹⁸N·m, corresponding to M_W6.42. Compared with the single data set, geodetic data or teleseismic waveform, our joint inversion model could simultaneously constrain the seismic moment and slip distribution well, thus avoiding effectively a lower-resolution rupture distribution determined by teleseismic-only inversion and a bias released moment estimated by the geodetic-only inversion. Importantly, we should consider both the near-field geodetic data and far-field teleseismic data in retrieving the rupture model for accurately describing the seismogenic structure of active fault in western Kunlun region.     

利用近场强震记录反演2016年日本熊本县地震震源破裂过程

2016年4月15日16时25分（UTC）,日本熊本县发生M_W7.1强烈地震,给当地人员、建筑及经济造成严重灾难和巨大损失.日本地震观测网F-net给出的震源机制解显示此次地震的震源位置为130.7630°E,32.7545°N,深度12.45 km,节面Ⅰ：走向N131°E、倾角53°、滑动角-7°;节面Ⅱ：走向N226°E、倾角84°、滑动角-142°.与此同时,余震的震中分布及其震源机制结果显示主震的震源机制在破裂过程中有可能发生了变化,单一的震源机制不足以充分解释观测数据.本文依据GNSS和InSAR地表形变反演结果为约束,并结合活动构造资料为参考,构建了震源机制变化的有限断层模型,采用水平层状介质模型,利用日本强震观测台网K-NET和KiK-net的近场加速度观测记录,通过多时间窗线性波形反演方法反演了此次地震的震源破裂过程.研究结果显示,这是一次沿Futagawa-Hinagu断层带发生的右旋走滑破裂事件,发震断层分为南北两段,其中北段走向N235°E、倾角60°,南段走向N205°E、倾角72°,断层深度范围和余震深度分布基本一致,断层面上滑动主要集中于断层北段,最大滑动量约7.9 m,整个断层的破裂过程持续约18 s,释放地震矩5.47×10¹⁹ N·m（M_W7.1）.