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.     

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。     

九寨沟MS7.0地震强地震动模拟及漳扎镇地震动强度预测

破坏性地震强度预测可用于工程领域抗震设防以及地震危险性分析评估,是防震减灾中一项很重要的基础工作.为了再现九寨沟地震的地震动强度,评估缺失强震记录的九寨章扎台站的地震动强度,本文用经验格林函数法对九寨沟地震进行了数值模拟.选取了震源周边地震动峰值加速度超过10 Gal的10个强震台站进行模拟.因未得到九寨沟地震的余震,初次尝试将汶川地震和定西地震的余震作为格林函数模拟九寨沟地震.模拟结果整体上可以反映各台站地震动的强度特征,尤其是地震动高频成份拟合较好.模拟值的地震动峰值加速度、时程数据、反应谱等与观测值拟合较好.预测结果显示漳扎镇的地震动峰值加速度值约为180~200 Gal.预测结果也表明在缺少大震的余震记录时,经验格林函数法使用其他大震的余震同样可以再现目标地震的强度特征.本研究也为经验格林函数方法在缺乏小震记录地区的使用积累了经验.最后总结了格林函数的选取标准,为经验格林函数方法来预测未来强震动特征积累了经验.     

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．      

大震近场地震动数值模拟的不确定性研究

地震动数值模拟是研究地震发生、发展特征和规律性的基础研究,涉及震源、传播路径、场地三方面的一系列基本问题。研究结果可以直接用于强地震动基本参数的标定和地震动的工程预测以及地震危险性分析,是防震减灾中一项很重要的基础工作。当前考虑断层模型中的几个重要震源参数模拟未来地震动成为热点。例如,不管是随机有限断层方法,还是经验格林函数方法,都特别重视震源参数的选取,但当前对于强地面运动的数值模拟大多是对已发生地震的反演,反演所需的震源参数多是根据地震发生后的观测资料、经验关系推断或者人为的假定得到的。地震动特征预测的好坏,关键也在于震源参数的选取是否可靠,针对工程应用,对未来近断层地面运动的预测应当考虑参数选取的不确定性。强震动数值模拟方法已经比较成熟,比如随机有限断层法、经验格林函数法、混合方法等。但这些模拟地震动的方法多是确定性方法,对模拟过程中各个环节的不确定性因素考虑较少,尤其是断层震源参数的选取都是精确的数值,模拟结果自然不能综合表征未来地震发生时的地震动特征。另外一种地震动特性表征形式是利用地震动预测方程来表现参数的衰减关系,但是预测方程也会受观测数据、模型选取、随机因素的影响,不确定性无法避免。在地震动预测中每个步骤都带有很大的不确定性,主要包括认知的不确定性和随机的不确定性。震源模型的建立依赖各种专家的观点和意见,这种观点和意见往往相互差别很大,有很大的人为不确定性。地震资料的完整性、可靠性,以及理论模型等的建立也会造成很大的不确定性。因此,本论文的研究内容重点在预测未来大震近场地震动时震源环节的不确定性因素,系统地研究影响大震近场地震动数值模拟不确定性的影响因素,以期建立描述影响大震近场地震动数值模拟不确定性影响因素的模型,并将考虑不确定性因素的震源模型应用在破坏性大地震的地震动特征预测中去。针对地震发生时震源参数具有的随机不确定性,通过统计学方法得到震源参数间的经验关系。同时由于地球内部的不可入性以及观测技术手段的限制,地震震源模型还存在很多的认知不确定性因素,我们采用逻辑树方法处理认知不确定性因素,引入强震生成区的概念,重点分析Asperity的认知不确定性因素并在此基础上建立Asperity震源模型,取多种方案结果的最优值作为地震动的预测结果。论文具体的研究内容有以下5点:(1)在Hiroe Miyake工作的基础上,用经验格林函数法模拟了1997年日本九州鹿儿岛县的MJMA6.5地震,验证了经验格林函数法模拟强地面运动的有效性。数据使用的是日本K-NET强震台站数据。选择此次地震以及用日本K-NET数据的原因是日本的地震记录比较丰富,台站收集到的地震记录质量相对较好。同时分析了地震动模拟值中在工程领域使用较多的参数,表明模拟结果较好地反映了真实的地震动记录。证明经验格林函数预测未来强地震动是切实可行的。(2)本论文在大量地震记录及文献调研的基础上,运用统计学方法,通过统计回归分析得到地震密集区域震源参数间的经验关系,重点统计了包含龙门山断裂带在内的中国西南地区震源参数间的经验关系。为了得到更加适应于中国大陆区域的局部震源参数的经验关系,我们将地震样本局限在一定的区域内,缩小统计区域的范围,同时得到多个Asperity等局部震源参数的经验关系。(3)研究和分析各不确定性因素对地震动结果的影响程度对提高地震动预测的可靠性和准确性意义重大。本论文以2016年发生的日本熊本7.3级地震为例,通过参数敏感性分析技术筛选了对拟合结果有决定性影响的关键模型参数。未来地震动预测时会考虑在这几个不确定性因素中加入更高的权重,以提高地震动预测的可信度和准确性。(4)基于汶川地震资料,研究分析Asperity的认知不确定性对地震动预测的影响,运用逻辑树方法建立了考虑不确定性因素的Asperity震源模型。采用Hiroe Miyake提出的强震生成区的概念,将Asperity区域等同于强震生成区域,主要从Asperity的面积、数量、应力降、上升时间等方面进行了认知不确定性的分析研究,得到了针对强震的可能性较大的Asperity的面积和数量的最佳搭配形式。本文的创新点将概率地震危险性分析中不确定性因素的处理方法应用到未来大震近场地震动数值模拟中去。随机不确定性因素用统计学方法处理,认知不确定性用逻辑树方法处理。模拟结果能更好地表征未来大震近场的地震动特征,地震动参数的模拟结果在未来抗震设防及灾害预防中会有更好、更高的参考价值。考虑不确定性因素预测未来破坏性大地震,从而定量地评价发生地震时近场地面运动的综合特征,为防震减灾提供科学的依据,为工程设计决策提供参考依据。     

2008年汶川8.0级大地震近场强地面运动的模拟

运用经验格林函数法模拟了2008年5月12日汶川8.0级大地震的近场强地面运动.拟合过程中,首先参考其他学者反演结果给出的滑动量分布的特征,确定强震动生成区的大致范围;然后利用Somerville等(1999)提出的地震矩与凹凸体面积间的经验关系式确定强震动生成区(SMGA)细小划分的初值,继而利用遗传优化算法确定以上两者的最优值及其他震源参数.数值模拟波形同实际地震观测记录在时间域和频率域分别进行了比较,结果显示,在所选取的18个观测台中,多数台站的数值模拟结果同实际观测结果符合得很好,特别是大于1 Hz的高频部分.我们发现断层面上有5个强震动生成区,其中两个的位置与其他学者反演的滑动量集中分布区相一致,但强震动生成区规模和上升时间比Somerville等(1999)获得的定标率外延的估计值要小.     

2010年新西兰Mw7.0主震与2011年Mw6.1余震近场强地面运动特征比较分析

2010年9月3日16时35分46秒新西兰南岛Greendale附近发生了Mw7.0地震,震源深度约10.0 km.2011年2月21日新西兰南岛又发生了Mw6.1地震,为2010年Mw7.0主震后最大的一次余震,震源深度约5.0 km,发震断层为Christchurch南约9 km一条近东西走向逆冲的隐伏断层,该地震造成Christchurch城内多处建筑物严重损毁.本文分析了2010年新西兰地震事件Mw7.0主震与Mw6.1余震强地面运动的特征.新西兰Mw6.1余震近场强地面运动整体高于Mw7.0主震.将主震和余震的强震观测记录分别与新一代衰减关系(NGA)进行对比,发现余震强震观测数据整体高于其震级对应的NGA.分别选取距离主震和余震震中最近且强震观测记录最高的两个台站(GDLC台站和HVSC台站)作为参照台站,建立动态复合震源模型(DCSM)及有限断层随机振动模型(SFFM)进行强地面运动的模拟计算,分析两种模型的模拟结果并对比二者的优势及局限,以便在未来工作中更好地通过模型计算强地面运动特征,实现区域化特征快速、实时分析及局部重点、细致分析相结合的目标.     

利用背景噪声互相关研究汶川地震震源区地震波速度变化

利用2007年3月至2009年3月四川数字地震台网的宽频带连续波形资料,通过计算地震背景噪声互相关提取台站对间的经验格林函数,在0.1～0.5 Hz频带下测量每天经验格林函数与参考经验格林函数的走时偏移,进而得到各台站对在该时段内的相对地震波速度变化.结果表明,2008年5月12日汶川M_s8.0级地震造成了震源区地震波速度的急剧降低,最大降幅达0.4%;大致以安县为界,余震带西南部地区在汶川主震后波速降即达到最大值,而东北部地区的最大波速降一般出现在主震后的1~4个月,相对地震波速度变化的这种分段特性与地震序列的时空分布特征有较好的对应关系;在震源区外围的四川盆地也观测到了震后波速降低,而川西高原内部则没有出现显著的波速变化.进一步的分析和计算结果表明主震的静态应力变化和强地面运动引起的地表破坏都不能很好地解释震后波速的急剧降低,地震导致的断层区内部结构破坏和周边介质应力状态改变可能是波速变化的主要原因.     

从震源振幅谱随方位角和距离的变化估计破裂传播方向和强运动发生区

使用经验格林函数法估计了产生0.2～10 Hz 频率范围内地面运动的强运动发生区。强运动发生区比总破裂区要小一些,而且与凹凸体的面积一致,后者由低频(<1Hz)波形反演估计的不均匀滑动分布导出。我们证实了在震源区附近观测到的震源振幅谱随方位角和距离的变化,亦即破裂的方向性效应,它是由破裂传播方式和强运动发生区的大小控制的。我们发现,在破裂传播方向的台站上震源位移波谱比侧向台站有更高的拐角频率和更陡的高频衰减,与传播方向相反的台站上有相反的趋势。据此提出了沿径向传播的单向和双向破裂的强运动发生区的大小和平均拐角频率之间不同的关系式。     

2010年新西兰MW7.0主震与2011年MW6.1余震近场强地面运动特征比较分析

2010年9月3日16时35分46秒新西兰南岛Greendale附近发生了M_W7.0地震, 震源深度约10.0 km. 2011年2月21日新西兰南岛又发生了M_W6.1地震, 为2010年M_W7.0主震后最大的一次余震, 震源深度约5.0 km, 发震断层为Christchurch南约9 km一条近东西走向逆冲的隐伏断层, 该地震造成Christchurch城内多处建筑物严重损毁. 本文分析了2010年新西兰地震事件M_W7.0主震与M_W6.1余震强地面运动的特征. 新西兰M_W6.1余震近场强地面运动整体高于M_W7.0主震. 将主震和余震的强震观测记录分别与新一代衰减关系(NGA)进行对比, 发现余震强震观测数据整体高于其震级对应的NGA. 分别选取距离主震和余震震中最近且强震观测记录最高的两个台站(GDLC台站和HVSC台站)作为参照台站, 建立动态复合震源模型(DCSM)及有限断层随机振动模型(SFFM)进行强地面运动的模拟计算, 分析两种模型的模拟结果并对比二者的优势及局限, 以便在未来工作中更好地通过模型计算强地面运动特征, 实现区域化特征快速、 实时分析及局部重点、 细致分析相结合的目标.      

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.      

利用广义叠加反演方法估算长岛震群应力降

地震应力降是表征震源特性的一个重要参数,通常由震源谱计算得到.但如何从大量地震的观测谱中校正路径和台站效应,准确地分离出震源谱并计算应力降,仍是一个难题.本文采用广义叠加反演方法通过分阶段叠加从观测谱中迭代分离出震源项、台站项和路径项,并利用分震级的叠加震源项与理论谱的拟合得到经验格林函数,再利用由经验格林函数校正后的真实震源谱估算出应力降.该方法不需要知道仪器响应、场地响应和传播路径上的衰减系数,并且不用事先假设震源具有自相似的恒应力降特征,计算效率很高,适用于反演大量地震的震源参数.我们将广义叠加反演方法应用于长岛震群,利用S波谱估算了1431个ML≥1.0地震的应力降.结果表明,广义叠加反演方法获得的震源参数和用传统方法得到的结果一致;长岛震群地震的应力降较小(中值是0.3 MPa),变化范围很大(0.009～3.04MPa之间),属于低应力降事件集;同时应力降中值随地震矩增大而增大,偏离了自相似理论.应力降空间变化不均匀,高应力降事件主要集中在震群的端部(NW端),到最近断层距离的依赖性不强,在9、10km处的应力降中值略高于其他深度.根据应力降的变化特征和区域构造条件,我们推测地下流体在长岛震群的活动中起到一定的作用.     

2011年新西兰Mw6.1地震震源过程及强地面运动特征初步分析

2011年2月21日新西兰南岛发生M_w6.1地震,震中位置43.58°S,172.70°E,震源深度约5.0 km,发震断层为新西兰第三大城市克赖斯特彻奇(Christchurch)南约9 km一条近东西走向的未知隐伏断层,为逆冲断层机制.地震已经造成163人遇难,Christchurch城内多处建筑物严重损毁,距震中约1 km的Heathcote Valley Primary School (HVSC)台站强地面运动峰值加速度(PGA)高达2.0g.针对新西兰M_w6.1地震近场强地面运动偏高这一现象,利用HVSC台站的强震观测记录,计算地震震源谱参数,应用Brune圆盘模型估算其近场强地面运动的理论值,并建立动态复合震源模型进行模拟计算.研究结果表明,新西兰M_w6.1地震近断层强地面运动偏高的主要原因为复杂震源破裂过程中有效应力降(动态应力降,Δσ_d)过高造成的.未来工作中,需要加强对可能发生的、距离城市较近的中小型地震的重视,防止地震对城市的加强型破坏.     

基于NNSIM随机有限断层法的7.0级九寨沟地震强地面运动场重建

北京时间2017年8月8日21时19分在四川阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生了7.0级地震,作者利用新提出的震源破裂过程控制的NNSIM随机有限断层方法,对震中约100 km范围内强地面运动进行了情景构建,并与研究区范围内的8个强震测震台观测记录进行了加速度、速度、反应谱对比,对比的一致性说明模拟过程中所应用的各种震源参数适合九寨沟7.0地震的近震源强地面运动重建.论文的后半部分基于相同参数模拟了九寨沟7.0级地震的近震源强地面运动场的空间分布,结果显示此次地震强地面运动的PGA、PGV以及反应谱分布均呈现出以震中为圆心的圆形分布,不具有大地震沿断层走向的分布特点.论文最后关于反应谱的讨论,揭示了此次九寨沟县城灾害不重的直接原因.     

对二滩水电站坝区场地地面运动的估计

本文以二滩地区为例,介绍如何结合地震危险性分析的结果,采用理论模拟方法估计工作地区近场强地面运动情况,为工程抗震设计提供必需的地面运动动力学参数。 文中采用理论方法计算剪切位错点源的格林函数;根据断裂动力学模型、近场地面峰值加速度衰减曲线和场地附近的加速度谱来标定震源模型;计算了若在坝区附近发生M_s=6.2级地震时场地的综合地震图、加速度傅氏谱和反应谱等。由理论模拟计算的峰值加速度衰减曲线和观测结果符合较好。在震中距为20km处的加速度谱的截止频率f_max与观测值相吻合（约为8 Hz左右）,相应的峰值加速度为211cm/s²,振动持续时间为3.4秒。     

利用背景噪声互相关观测近对跖点台站间体波格林函数

本文利用秦岭周边和南美地区的部分台站2012—2014年记录的地震事件垂直分量数据,获取了166个台站对之间的互相关函数,从中观测到了近对跖点台站之间的体波格林函数.在此基础上,我们计算了理论地震图的互相关,其结果与实际数据获得的结果很相似,推测格林函数的能量来源应主要是大地震引起的地球自由振荡.更进一步的研究表明,不同的震源机制对于互相关结果中不同震相的振幅有较大影响,走滑断层引起的地震并不能产生较好的互相关结果.通过对比不同位置台站对的互相关结果,本文认为互相关得到的体波格林函数包含了传播路径信息.     

采用体波谱振幅相关系数方法研究地震序列的震源机制变化过程

发生在同一震源区的两个地震, 当地震之间的距离远小于地震到台站之间的距离时, 同一个台站的直达P波、 S波零频观测谱值之比与其辐射图型因子之比线性相关, 而辐射图型因子取决于震源机制解的几何特性。 利用同一震源区两次事件的相同台站的波形记录计算谱振幅相关系数, 该系数可认为是震源机制异同的归一化的数值描述; 据此对地震序列事件进行聚类分组以及计算序列事件的滑动平均相关系数时序曲线。 对2001年雅江和2003年大姚强震序列, 以及2002年漾濞和2003年洱源小震序列进行分析的研究结果表明: ① 强震序列与小震序列的滑动平均相关系数时序曲线形态存在明显差异; ② 某些强震序列的初期震源机制有从散乱到一致的过程。 分析认为, 孕震应力场的应力强度对孕震区内地震的破裂方向有明显的约束作用。     

用经验格林函数方法从长周期数字波形资料中提取共和地震的震源时间函数

1990年4月26日，在青海省共和县发生了一次震级MS=6.9地震．这次地震之后，于1990年5月7日、1994年1月3日和1994年2月16日在原震区又发生了MS分别为5.5，6.0和5.7的余震．我们分别以这几次余震的中国数字地震台网的长周期记录作为经验格林函数对该地震的长周期记录进行反褶积，提取了该地震的远场震源时间函数．无论以哪次余震的记录作为经验格林函数，反褶积的结果都相当一致．结果表明，发生于1990年4月26日的MS=6.9地震至少由两次规模相当的事件构成，两次事件的发震时刻相差约30 s．第一次事件的持续时间较短，约12 s，震源时间函数的上升时间约5 s；第二次事件的持续时间较长，约17 s，上升时间约8 s．分析分别从P波和SH波提取的震源时间函数，我们注意到，从SH波中提取的震源时间函数比从P波中提取的震源时间函数复杂，表明这次地震的震源过程除了上述两次规模相当的事件外，还存在规模较小的事件．这一结果与我们由矩张量反演得到的结果以及用宽频带波形资料借助于经验格林函数方法所得的结果一致．我们以较小余震对较大余震做反褶积得到较大余震的震源时间函数．结果表明，发生在1994年1月3日的MS=6.0和1994年2月16日的MS=5.7地震的震源过程相当简单，其震源时间函数为一简单脉冲．对于1990年4月26日MS=6.9地震，我们从不同台站的资料中得到的震源时间函数具有方位依赖性．然而，这种方位依赖性在3个余震的震源时间函数中几乎没有显示．从不同台站或同一台站的不同震相求得的震源时间函数的幅度存在差异，但震源时间函数在其持续时间上的积分却相当稳定，亦即从任何一个台站测得的标量地震矩相当一致． 以3个余震的记录作为经验格林函数得到的1990年4月26日地震的相对标量地震矩分别为22(以1994年1月3日MS=6.0地震的记录为经验格林函数)、26(以1994年2月16日MS=5.7地震的记录为经验格林函数)和66(以1990年5月7日MS=5.5地震的记录为经验格林函数)．据此推算，MS=6.0地震与MS=5.7地震的相对标量地震矩为1.18；MS=6.0地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为3.00；MS=5.7地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为2.54．这些结果与我们从资料中直接得到的相对标量地震矩(分别为1.15，3.43和3.05)一致，表明了作为提取震源时间函数的经验格林函数方法副产品的相对标量地震矩是地震大小的一种很稳定的度量.      

近断层强地震动预测的一些基本问题讨论

近断层地震动的预测是当前地震工程中的一个关键科学问题。对预测中涉及的震源和三维地下结构建模、格林函数的计算和预测方法等基本问题做了探讨。分析了震源模型中全局和局部震源参数,给出一套震源建模方案;通过各种格林函数的对比分析,指出宽频带格林函数法是当前近断层地震动预测中最合适的方法。对近断层场地非线性分析的一些问题也进行了讨论。     

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。