点震源作用下三维沉积盆地地震动谱元模拟

基于高精度谱元法(SEM),以半空间中椭球形沉积盆地为例,研究了点震源作用下三维沉积盆地的地震响应。研究结果表明:沉积盆地对地震动幅值有显著的放大效应,对地震持时有明显的增长效应,地震动空间分布规律受控于震源频率和近断层倾角等因素。主要体现为以下几点:(1)震源函数主频率较高时,沉积盆地内部出现多个波峰波谷,局部聚焦增强,放大效应显著,如震源频率为2Hz时在沉积盆地中心位置的加速度峰值可达1Hz时的5.6倍;(2)随着断层倾角的增大,断层上盘效应逐渐减弱,地表加速度的峰值在逐渐减小,30°倾角断层沉积盆地中心的加速度达1.96m/s^2,是90°倾角断层加速度值的5.2倍;(3)震源频率和断层倾角对位移的影响没有对加速度的显著。     

近断层沉积盆地强地震动谱元模拟

近断层强地震动特性与远场地震动特性具有显著差别。关于近断层沉积盆地地震响应规律,目前尚未厘清。为此利用基于有限断层假定的动力学震源模型,采用谱元法,详细研究了不同沉积内外介质波速比、走滑断层倾角下近断层沉积盆地地表的地震动时程和峰值变化规律。计算结果表明:近断层沉积盆地对地震动幅值具有显著的放大作用,在盆地内部,地震动持时明显延长以及空间分布更为复杂,同时出现多次长周期速度脉冲。断层倾角变化对地震动有着显著影响,在30°~90°范围内,整体上看:随倾角增大,盆地内部峰值加速度和峰值速度逐渐减小,而位移峰值受倾角的影响相对要小。另外,随近断层沉积盆地内部介质波速降低,盆地内部地表的地震加速度和速度会明显增大。     

基于谱元法的三维盆地－子盆地共振初步研究

本文基于谱元法,模拟三种深度的点震源下,四种倾角的三维单一小盆地模型和盆地－子盆地模型的地震动,通过盆地模型和基岩半空间模型的傅氏谱比分析三维盆地－子盆地模型的共振频率和放大特性。结果表明:（1）盆地－子盆地模型下,外部大盆地的存在导致子盆地共振频率下降约5%,盆地倾角的增大导致子盆地的共振频率略微减小。三维子盆地的共振频率约为二维模型的1.5倍左右。（2）子盆地模型相对于基岩半空间的放大倍数随着盆地形状比降低而增加。形状比由0.88降低至0.5,子盆地的放大系数增大1.3－1.8倍左右。（3）盆地－子盆地模型相对于单一小盆地模型的放大随震源深度的增加而降低,震源深度由2 km增加到18 km,由2.3降至1.3。     

震源深度对基岩地震动参数的影响

基于安徽地区震源深度分布特征,选取典型场点构造不同震源深度分析模型,重点分析了震源深度的变异性对于基岩地震动参数的影响。研究结果表明:随着震源深度增加,基岩峰值加速度及加速度反应谱逐渐减小,且基岩峰值加速度减小幅度呈逐渐减弱的趋势;但水平向加速度反应谱特征周期随着震源深度增大而增大,同时震源深度对不同风险水平下基岩峰值加速度比值也产生一定的影响。     

基于伪谱和有限差分混合方法的兰州盆地强地面运动二维数值模拟

利用伪谱和有限差分混合方法对兰州盆地进行二维强地面运动模拟.假设3个不同的震源深度5、10、20 km的同一地震下,以一个5层的二维剖面作为模型,以此来研究地震波传播过程并分析复杂的二维非均质路径效应,以及局部地下速度构造对强地面运动振幅加乘的影响,从而了解路径效应对强地面运动最大峰值位移的影响程度.研究结果显示:伪谱和有限差分混合方法模拟地震波场结合了有限差分法和伪谱法的优点,弥补了二者的不足,能较好地处理介质不连续面的计算,同时保证了和伪谱法相当的计算精度.通过地震波场模拟可知沉积盆地的强地面运动较基岩相比具有放大效应,震源深度的不同对兰州盆地垂直分量地面最大峰值位移影响较大,在震源深度为5 km时最小,为0.06 cm;震源深度10 km时在水平剖面30～55 km范围内峰值位移最大,达到0.14 cm;但对水平分量的峰值位移影响较小.     

岩层倾角对顺倾向边坡地震效应的影响

利用FLAC3D软件模拟地震作用下不同岩层倾角的顺倾向边坡,对比坡面峰值加速度放大系数、峰值位移、地震作用结束后坡体剪应变增量的变化规律,探讨岩层倾角对顺倾边坡地震效应的影响。研究表明:(1)在水平地震波作用下,坡面水平峰值加速度放大作用随岩层倾角增大而线性减小;(2)当岩层倾角小于软弱岩层内摩擦角时,坡面峰值位移较小且变化规律受岩层倾角影响不明显,当岩层倾角大于软弱岩层内摩擦角且小于30°时坡面峰值位移增大,大于60°时减小;(3)岩层倾角小于坡角时,残余剪应变增量最大值集中在坡面中下部软弱岩层处,反之,剪应变增量最大值出现在整个坡面并呈弧形区。     

局部山体地形对强地面运动的影响研究

基于曲线网格有限差分方法研究了地震波在不同坡度的山体地形及水平地表模型中的传播,得到了各模型速度波形及地表峰值速度特征,从地形自身特征及震源特征两方面出发讨论了地形效应:一是相同的震源模型下地形坡度、形状对地震动的影响;二是同一山体模型下地震动对不同震源机制的点源以及相对复杂的有限断层的响应.主要结论如下:(1)一般情况下,地形放大效应在坡度较大的地方比较明显,并随着坡度的增加而增大,但在某些特定情况下,放大效应与坡度并不满足正相关,且这种情况的发生与震源性质无关,可能仅受地形形态自身的影响;(2)对于不同的震源机制,地面运动各分量受地形影响程度不同,总体上水平分量受地形影响程度更大;(3)震源机制和震源激发的波的频率会影响放大效应最大值出现的位置,放大效应最大值不一定出现在山顶处,有可能会出现在起伏地形的震源对侧,出现位置可能与波的相互作用有关;(4)有限断层模型下,地面运动特征相对更为复杂,地形效应不仅受断层模型几何特征的影响,同时断层破裂过程对其也有着重要的影响.     

基于动力学震源模型的三维沉积盆地直下型断层地震动模拟

沉积盆地与近断层地震共同作用会增加地震破坏的风险水平,尤其是盆地下方直下型断层发震情况。采用动力学震源模型刻画断层破裂发震过程,开展沉积盆地直下型断层谱元法地震动模拟研究,探讨不同断层面初始剪应力和成核区位置下三维沉积盆地地表响应规律。研究结果表明,断层面应力降对盆地地表地震动的影响显著,在断层面强度一定的情况下,随着初始剪应力的增大,即应力降增大,盆地地表峰值响应增大,原因在于应力降的改变影响了断层破裂释放能量,进而引起断层破裂速度改变,最终导致盆地地表响应发生变化;改变断层面成核区位置会对盆地内部地震动分布规律产生影响,当成核区位置从断层中间向断层左侧移动时,盆地左侧地震动逐渐减小,而右侧地震动逐渐增大,最终表现为盆地右侧地震动显著高于盆地左侧,原因在于改变成核区位置后,导致近断层地震动的方向性效应发生变化。     

强地面运动加速度峰值三向比值统计分析

水平向加速度峰值比为两条水平向加速度峰值的较大值与较小值的比值;竖向与水平向加速度峰值比为竖向加速度峰值与两条水平向加速度峰值的较小值的比值。以2 129次破坏性地震的156 783组地震动加速度记录为基础,研究水平向、竖向与水平向加速度峰值比值的统计分布特征,对加速度记录按照震中距、震级和震源深度进行分类统计分析。统计分析结果表明：水平向加速度峰值比总体平均值为0.83,水平向加速度峰值比≤0.85的累积概率为63%;竖向与水平向加速度峰值比总体呈现极值Ⅱ型分布特征,竖向与水平向加速度峰值比总体平均值为0.44,竖向与水平向加速度峰值比≤0.65的累积概率为92%。水平向加速度峰值比随震中距的增大而增大,竖向与水平向加速度峰值比随震中距的增大而减小。竖向与水平向加速度峰值比随着震级的增大而增大;在大震(7相似文献   

考虑阻抗比影响的三维沉积盆地地震动时-频放大特征

基于三维谱元法模拟了三维沉积盆地模型在点源作用下的地震动响应,通过分析地表速度峰值、放大系数以及特征频率处的谱比分布,研究了不同阻抗比(IR)下盆地的地震动放大特征。结果表明：1)地震动峰值并非随阻抗比的增加而单调递减,且最强烈地震动位置均随阻抗比的减小而向盆地内部移动。2)地震动放大系数与峰值分布总体一致,IR在0.08～0.44的范围内,盆地地表地震动幅值可达基岩半空间地震动幅值的3.68倍。但小阻抗比时三维盆地地震效应会引起某些分量上放大系数的显著不同的分布特征。3)最大放大频率随阻抗比而变化,IR=0.26～0.33时的主要放大频率为IR=0.08时的3倍。4)三维盆地地震效应、阻抗比和一维等效自振频率共同决定了盆地地震动的时-频域放大特征。比较而言,阻抗比较小时更应考虑三维盆地的地震效应。     

腾冲火山区某些地震学参数特征

测定了腾冲火山区地震震中位置和震源深度,对火山区及附近的震源深度、地震时距曲线和地震波速度等地震学参数特征作了分析。结果表明,腾冲火山区地震震源深度相对较小,向周围地区逐渐增大,震源深度分布的低值区,又是环境剪应力场的值分布区。腾冲火山区Ｐ、Ｓ波平均速度,明显比外围地区小,腾冲火山区存在低速区。这些地震学参数分布的差异,一方面反映出地区作为火山区的固有特征及其地域分布的大小,同时也揭示出腾冲火山在     

直下型断层的破裂速度对盆地地震效应的影响

首先基于有限断层破裂下的运动学震源模型,对比验证了三维谱元法对于近场地震动的模拟精度。 进而通过含盆地模型与不含盆地的一维水平成层模型的地震动强度之间和放大系数分布特征之间的对比,详细研究了直下型断层的破裂速度对盆地地震效应的影响。结果表明,盆地的存在会显著改变近断层地震动的分布特征,同时盆地内不同分量强地震动的分布特征变化较大。断层破裂速度对盆地地震效应影响显著,随破裂速度的增大盆地地震动强度逐渐增加,但不同分量上地震动强度的增加速率显著不同,受盆地效应的影响,放大系数表现出与强地震动不同的分布特征。盆地放大系数整体表现出随破裂速度的增加而减小的趋势,但不同分量放大系数所受影响程度差异明显。同时,盆地内地震动强烈放大区域的位置也受破裂速度的显著影响,但其总体上集中在断层两侧区域及垂直于破裂方向的盆地边缘附近。      

基于有限断层动力学模型的逆断层—三维层状沉积盆地地震动模拟

近断层效应使得沉积盆地对地震动放大效应更为复杂。本文针对逆断层发震下三维层状沉积盆地地震反应,基于波动谱元法,采用有限断层动力学模型,模拟断层动力破裂、地壳层地震波传播和层状沉积盆地对地震波散射全过程。在此基础上,对比分析了层状和均质沉积盆地对近断层地震动放大效应的影响,讨论了不同断层倾角下层状沉积盆地地震动加速度特性。结果表明：层状沉积盆地PGA空间分布与均质沉积盆地存在较大差异,由于近断层效应和盆地效应,层状沉积盆地地表局部范围竖向PGA大于水平向PGA;90°断层倾角下层状沉积盆地地表地震动放大范围与60°断层倾角结果明显不同,主要集中在盆地中心区域和断层附近,且幅值远小于60°断层倾角下结果;沿断层走向,盆地内地表地震动加速度峰值对应时刻较盆地外延后。     

2014年云南鲁甸6.5级地震震源位置及震源区速度结构联合反演

利用震源位置和速度结构的联合反演,得到了2014年云南鲁甸6.5级地震序列的震源位置及震源区速度结构.结果表明,鲁甸地震序列呈共轭分布,余震主要分布在NNE向包谷垴—小河断裂上,另一小部分分布在近EW向的共轭未知断裂上.震源深度剖面结果显示包谷垴—小河断裂是一个走向NNW、高倾角、且倾向为SWW的断裂.震源区地壳结构复杂,存在大面积高速区,地震主要分布在P波速度较高的地区.     

近震震源深度测定精度的理论误差分析

震源深度是地震学中最难准确测定的参数之一,各种方法对于震源深度的估计都具相当程度的不确定性,影响着人们对震源过程的认识。各种因素对震源深度的影响是非线性的,本文从近震走时公式入手,分析了震中距、到时残差和速度模型(地壳模型)对震源深度的影响。当地震波传播速度一定时,震源深度的误差随着震中距或台站距离的增大和走时残差的增大而增大。走时残差一定时,震源深度误差随着震中距的增大和地震波速度的增大而增大。研究也表明,当速度已知,走时残差一定时,越浅的地震,定位误差可能越大。定位精度产生的水平误差随着震中距、走时误差和地震波速度的增大而增大,震源深度误差也将增大。另外,震源深度的误差会导致发震时刻的变化,随之而来的结果都会因此而改变。     

不同震源入射角对海底盆地地震响应的影响

为研究地震作用对海底盆地的影响,在分析网格大小和PML边界厚度对计算精度影响的基础上,综合考虑了海水、盆地内不规则地形以及多层介质等因素,运用谱元法理论建立了礼乐盆地地震动分析二维模型,研究了盆地在不同震源入射角下的响应。结果表明：在考虑流固耦合的情况下,网格尺寸为四分之一波长时即可取得较高精度,PML边界厚度至少为2个波长时方可达到理想效果。震源的不同会影响放大系数的大小及频谱特征。当地震波从盆地中部入射时,随着震源入射角的增大,放大系数逐渐减小;在不同震源入射角下,盆地不同位置的加速度时程及频谱特征差异较大。当地震波从左侧入射时,放大系数的分布规律与地震波从盆地中部入射时有所不同;在不同的震源入射角下,盆地不同位置的加速度时程及频谱特征差异较小。在研究盆地地震相关问题时,海水、地形以及多层介质的影响是不可忽视的。     

考虑土体非线性及倾角影响的盆地地震响应研究

基于二维沉积盆地模型,采用D-P弹塑性模型模拟盆地的非线性特征。利用显式有限元与黏弹性边界结合的方法,通过改变盆地边缘倾角,在时域和频域内分析盆地地表的地震动响应,对比线性与非线性盆地地震反应的差异。结果表明:(1)土体非线性对整个盆地范围内地震动的影响都较显著。考虑非线性时地震动放大系数明显降低,降低幅度在30%~50%。同时,考虑非线性和倾角影响时最强烈放大区域的范围和位置变化,且很小倾角下的分布特征显著不同。(2)两分量的放大系数都有随边缘倾角的增大而增强的趋势,但均是盆地边缘区域受非线性的影响最为显著。此外,真实地震波输入下显著放大区域的范围及线性与非线性结果的差异程度相对更大。(3)考虑非线性时,对于不同频率地震波的放大系数差别明显,但都表现出从低频到高频谱比分布越来越复杂的现象,同时盆地倾角的影响程度随频率的增大更加明显。(4)考虑土体非线性并未改变地震波传播的总体特征,但各震相强度相对降低。     

考虑介质对地震波吸收衰减作用的场地放大效应估计

当参考场地震源距小于研究场地震源距时,传统谱比法低估了场地放大效应,且参考场地与研究场地震源距相差越大,低估程度越大;当参考场地震源距大于研究场地震源距时,传统谱比法高估了场地放大效应,且参考场地与研究场地震源距相差越大,高估程度越大,计算结果依赖参考场地的选择。上述问题存在的原因是传统谱比法估计场地放大效应时未考虑地震波传播过程中介质的吸收衰减作用,故传统谱比法适用于参考场地与研究场地地质构造类似且震源距相差较小的情况,为此本文通过考虑介质对地震波的吸收衰减作用,提出改进谱比法,可适用于地质构造类似、任意震源距的情况。本文分别采用未改进方法和改进方法估计汶川地震中渭河盆地多个台站场地反应,证实了传统谱比法存在的上述问题。采用改进谱比法估计的场地放大倍数均在2 Hz以下出现1个峰值,且这些峰值多为最大值;采用未改进谱比法估计的场地放大倍数峰值出现的频率多大于2 Hz;改进谱比法可信度较高。     

地震动残差分析盆地附加放大效应:日本关东盆地为例

我国地震动预测及地震危险性分析通常仅考虑局部场地浅层岩土层对地震动的放大效应,不能考虑较大范围的地质条件影响,如沉积盆地厚沉积层对地震动的附加放大效应通常被忽略,造成盆地内地震动及地震危险性预测结果普遍被低估。本文以地震动观测记录数据充足的日本关东盆地为例,采用地震动残差分析方法评估盆地附加放大效应,分析覆盖层厚度、盆地内空间位置、震级、震源距对地震动放大效应的影响,建立关东盆地附加放大效应经验评估模型。分析表明:关东盆地附加放大效应与反应谱周期相关,整体上从短周期的1.0逐渐增大至周期为5s时的1.5,附加放大效应与覆盖层厚度相关性较小,主要受盆地空间位置和震源距的影响;盆地北部边缘及西北部地区附加放大效应更强烈,盆地南部附加放大效应较小,这可能与盆地边缘效应密切相关。本文建立的关东盆地附加放大效应经验模型略高于BSSA14和ASK14模型的放大效应预测。相关研究结果可用于我国地震动预测、下一代地震动区划图修订等。     

2012年6月30日新疆新源-和静MS6.6 地震发震构造初步研究

2012年6月30日新疆维吾尔自治区新源-和静县交界发生M_S6.6地震,该地震是2010年青海玉树7.1级地震和2013年4月20日四川芦山7.0级地震之间中国大陆发生的最大的地震.本文基于新疆数字地震台网记录的此次地震序列震相资料,分别用绝对和相对定位方法联合对其进行重新定位,重新定位后余震展布为NW向,主震位置为43.429°N,84.755°E,深度为21.8 km.基于新疆地震台网记录6.6级地震波形数据,本文用CAP方法反演了震源机制解和震源深度.结果显示：M_S6.6地震震源机制解：节面Ⅰ走向39°,倾角46°,滑动角12°,节面Ⅱ走向301°,倾角81°,滑动角135°;震源深度为21 km,与利用地震震相到时确定的主震震源深度基本一致.主震震源机制解的节面Ⅱ与伊犁盆地北缘断裂走向和倾角基本一致,综合精确定位余震展布和伊犁盆地北缘断裂性质分析认为,新源-和静M_S6.6地震发震构造是伊犁盆地北缘断裂,震源深度为21 km左右,是一个高角的内陆倾滑地震.