超临界距离上SmS震相对强地面振动衰减关系影响的初步探讨

目前对震中距在100km左右强地面振动衰减关系的研究有较大分歧,一些模型认为在这个距离附近地震波能量基本不随距离增加而变弱,而另外一些模型认为应该变弱。分歧的关键在于超临界距离上的SmS波能量是否比直达S波和面波强。2008年8月21日,云南盈江发生了MS5.9地震,此前在该地区发生过两次4级以上的前震,且震后发生一系列3级以上余震。畹町台位于离主震100km左右的近南方向,在切向分量记录到了该地震序列清晰的大振幅的SmS震相,其振幅是直达S波的2～5倍,说明在盈江地区超临界震中距范围SmS震相对强地面运动具有很强的控制作用。通过对理论地震图的分析研究表明,SmS震相振幅的大小与当地地壳与Moho面的结构有关,对于地壳结构比较简单的地区,能在Moho面形成很强的反射波,这意味着当破坏性地震发生时,在超临界震中距附近,地壳结构相对简单、有利于SmS发育的地区,强地面运动主要受控于SmS波,由于SmS的振幅大、能量强,地面运动振幅会加大2～3倍,表明在超临界距离的地面振动衰减关系和超临界距离之外的衰减关系有明显差别。     

表层沉积物特性对地震地面运动的影响研究

建立包含震源、沉积盆地和表层低速沉积层的二维模型,采用交错网格有限差分/伪谱混合方法求解地震波传播,讨论沉积层厚度和速度对地震地面运动的作用。结果表明:沉积层内产生的地震波的多重反射以及转换会引起地面运动持续时间的延长,它们的相干叠加会造成地面运动峰值的放大;随着沉积层速度的增加,多重反射与转换波的能量减小,地面运动持续时间减小,但是不同速度或者不同厚度的低速层模型均显示出一致的地面运动峰值放大特征。结果说明,在包含震源、沉积盆地和沉积层的模型中,沉积层对地面运动的作用机理更复杂。在实际应用中有必要同时考虑这些因素的综合作用。     

洛杉矶盆地中的地震波形模拟

最近发生的几次地震与洛杉矶盆地邻近,这为提取盆地对地震波传播的影响提供了机会。1987年10月4日发生的惠蒂尔峡谷地震序列中的一次余震(M_L=5.3)和1991年4月28日发生的谢拉马德雷主震(M_L=5.8)在盆地最深处各台站所构成的方位角相近。盆地各台站所得到10月4日余震记录有一显著特点,即S,SS等多重反射波振幅很大。切向分量上其振幅高达直达S波振幅的2倍。在小于25km的这样一个小范围内,需要一个水平方向的地震波速度梯度,使地震射线足够快地发生弯曲,以形成这些多重反射波。本文采用了一种正演模拟方法,用有限差分数字技术得到双力偶点源震源机制。以洛杉矶盆地东端一个近代地质横断面为依据的模型生成的震相比在地震记录中所看到的震相要多。而以顶部几层中低剪切速度的倾斜分层为依据的较简单的模型,与资料拟合得更好。为了符合直达P波、直达S波和第一个多重S波之间的到时差,要改变地震速度、深度、层的倾斜等输入参数。尽管第一个多重波的相位与资料不符,但直达S波和第一个多重S波初动脉冲的到时、振幅模拟得很好。除了在邻近盆地边缘的距离内,盆地模型中加进陡峭的西部边界,对合成波形没有多大影响。在盆地最深部分SS波的振幅是最大的,比直达S波大2倍。从东北到西南,尾波持续时间从8s增加到20多秒。谢拉马德雷主震发生在惠蒂尔峡谷地震序列的东北部25km左右。惠蒂尔峡谷的模型被扩展到这一距离范围,在惠蒂尔地震和谢拉马德里地震震中之间设置一浅盆地,以模拟圣加布里埃尔沉积盆地。虽然由深盆地边缘产生的震相仍然控制着合成波形,但该模型产生了一个长的尾波。这一研究表明:穿过深沉积盆地,频率达1Hz的若干特定震相可以用二维地震波速度模型来解释。     

盆地深度对盆地地表地震动及次生面波的影响

采用显式有限元与透射边界相结合的方法,以及一种同时考虑频率、视波速及极化特征的Rayleigh面波提取方法,研究了盆地深度d对盆地地面运动、盆地放大效应及次生面波的影响.结果 表明:相比水平成层模型,紧邻盆地边缘区域的地震动被抑制,抑制区的范围随d的增加逐渐扩大.对水平分量,盆地地表位移峰值放大1.1 ～1.25倍,最...     

甘肃华亭地区矿震记录特征分析

利用"十五"数字网络项目兰州宽频带地震台网资料,对甘肃华亭地区矿震记录波形采取多种数据处理技术,剔除噪声干扰、滤波后,分析解释了甘肃华亭矿震的典型记录特征。结果表明:华亭矿震的宽频带记录表现为近台记录大周期面波发育,持续时间较长;平凉台(PLT)场地放大作用明显,所计算的震级偏大。     

强地面运动中后继波特征的数值模拟

本文用错格实数似谱法数值模拟分析了在盆地中地震波传播时空变化,及后继地震波的视速度及频率等动力学特征的的空间变化.结果表明来自岩层的波动折射入盆地后,可形成次生面波及多重反射波.地震波能量容易由高速度岩层介质传入低速的沉积土层中,相辅地,地震波能量却极难由低速的沉积土层传入高速度岩层介质中.这对地震勘探研究是有意义的见解.多重反射波在盆地中多次上下震荡,对地面建筑物造成连续多次破坏.不同波之间的干涉及盆地底部拐角的聚焦作用都可能增幅地面运动.峰值地面运动远离震中,这意味着非均匀地质构造对地面运动的影响有时大于距离的影响.视速度可能随多重反射次数的增加而变小,也随盆地底部形状而变化.多重反射波的后继震相可能发生频散.多震相的不同频率的峰值地面运动可能对地面建筑物造成延时性多次破坏.不同频率的后继转换波拓宽了入射地震波的频带,可能对具有相应不同固有周期的建筑物造成严重的破坏.反射波的频率变化特征对于地震勘探中识别和消除多次反射干扰也具有重要意义.     

太原基准台长周期与中长周期地震仪记录波形的对比分析

对太原台长周期与中长周期地震仪记录的79个地震、180张典型震例进行了对比。发现同一地区地震的体波与面波震相(包括长、短周期面波)不同仪器的记录形态有很大差异,长周期仪对各类长、短周期震相均不明显记录。而中长周期仪有时记录不清极远震的初至波Pdif,而对可以明显反映地球分层特征的地核穿透波PKHKP,长周期面波G,两种仪器均有不同记录。实践表明,对有不同频率特征的仪器所记录的地震波形进行综合分析,有利于提高测震分析的质量及提高测定震源时空参数的准确性。     

山西地区Pb震相记录特征研究

通过识别山西测震台网2016-2018年记录到的ML≥2.5地震事件波形Pb震相,获得山西地区不同震中距Pb震相的记录特征:山西地区Pb震相作为初至震相出现的最小震中距约80km左右,记录形态类似于正弦波,波形特征和Pn波相似,振幅比Pg波小,周期比Pg波大;Pb震相作为后续震相出现,一般呈锯齿状,处于Pn与Pg震相之间,周期较Pn与Pg波小,振幅稍大于Pn波,小于Pg波。通过识别Pb震相,采用在不同震中距范围内实测数据进行线性拟合的方法,得到其传播速度为6.815km/s。     

断层破裂面倾角变化对断陷盆地强地面运动的影响

地震事件中,断层破裂面的倾角大小直接影响到地表强地震动的分布状态,尤其在断陷盆地中,强地面运动特征还可能受到盆地结构及盆地内多条围限断层的影响.本文模拟了银川断陷盆地内的活动断层--银川隐伏断层南段发生M_w6.5特征地震时,断层破裂面倾角在30°~85°范围内变化时引起的强地面运动,探讨了断层破裂面倾角变化对盆地内强地面运动分布特征和强度的影响.结果表明:破裂面倾角较缓时,银川盆地内的强地面运动分布区域不仅仅决定于发震断层的产状,同时还受到断层上盘距离最近的芦花台断层的影响,致使强地面运动集中于两条断层所围限的区域;随着发震断层破裂面的倾角逐渐增大,强地面运动以发震断层产状的影响为主,强震集中区向发震断层靠近并分布于发震断层上盘,且沿断层走向方向出现了强度不同的地震动反射区;尤其是发震断层破裂面倾角接近垂直时,受银川盆地"西陡东缓"结构和盆地西边界贺兰山东麓断裂反射作用的影响,竖向地震动反射区强度在远离发震断层的西北方向明显增大,致使芦花台断层附近区域与银川断层南段上盘区域成为地震发生时可能遭受震害最严重的地区.本文探讨结果提醒我们在类似区域的活动断层附近进行建(构)筑规划和地震工程设计时,有必要考虑发震断层破裂面倾角大小和盆地内其它断层构造的共同影响,综合评价潜在地震对盆地内近断层地表及各类建(构)筑物的危害性.     

长江西陵峡新滩滑坡地震记录的初步分析

长江西陵峡新滩滑坡地震记录较之通常滑坡记录有其一般特征,也有其典型性,记录波形中出现一组非常尖锐的清晰震相。本文通过滑坡附近10个地震台记录该震相的走时和衰减分析,以及震中距小于50公里的5个台站记录的波谱分析,确认它是整个滑坡过程中一次较强位错源辐射的直达S波震相,强度相当于一次M_L=2.0级地震。本文同时分析了其与通常滑坡记录具有共性的波形,解释结果认为,滑波记录仅是滑坡过程中一系列较强位错源的辐射波,它是以S波为主的体波迭加结果。最后指出这次滑坡的形式可能不完全是重力作用的结果,不能排除区域构造活动的影响。     

2008年青海大柴旦Mw6.3地震地面运动模拟

2008年11月10日在青海柴达木盆地北缘发生了大柴旦M_W6.3地震,为了研究该地震的区域地震波传播与地面运动特征,本文利用地质资料和地壳速度结构研究成果,构建了柴达木盆地及周边区域三维传播介质模型,采用有限差分方法模拟了大柴旦地震波场传播过程以及地面运动分布特征.结果表明,柴达木盆地对波场传播有明显影响,表现为地震波传入盆地后在边界产生次生面波,盆地沉积物对地震波具有围陷作用,地震地面运动在盆地内振幅增大、持时延长.模拟结果给出的地震地面运动峰值速度分布以及理论地震图均和观测结果符合较好,反映数值模拟较好地给出了观测地面运动的主要特征以及传播介质模型的合理性.     

Three-dimensional simulations of strong ground motion in the Shidian basin based upon the spectral-element method

The strong motion of a small long and narrow basin caused by a moderate scenario earthquake is simulated by using the spectral-element method and the parallel computing technique.A total of five different geometrical profiles within the basin are used to analyze the generation and propagation of surface waves and their relation to the basin structures in both the time and frequency domain.The amplification effects are analyzed by the distribution of peak ground velocity(PGV)and cumulative kinetic energy(Ek) in the basin.The results show that in the 3D basin,the excitation of the fundamental and higher surface wave modes are similar to that of the 2D model.Small bowls in the basin have great influence on the amplification and distribution of strong ground motion,due to their lateral resonances when the wavelengths of the lateral surface waves are comparable to the size of the bowls.Obvious basin edge effects can be seen at the basin edge closer to the source for constructive interference between direct body waves and the basin-induced surface waves.The Ek distribution maps show very large values in small bowls and some corners in the basin due to the interference of waves propagating in different directions.A high impedance contrast model can excite more surface wave modes,resulting in longer shaking durations as well as more complex seismograms and PGV and Ek distributions.     

三维沉积盆地对地震动的放大效应间接边界元法模拟

基于一种高精度间接边界元法(IBEM), 实现了沉积盆地三维地震响应的频域、 时域精细求解, 并以半空间中椭球形沉积盆地对平面P波和SV波的散射为例, 着重探讨了入射角度、 入射波型、 入射频率、 盆地长宽比和深宽比对沉积盆地地震动放大效应的影响规律． 结果表明: 盆地形状对地震波的放大效应和空间分布状态具有显著影响, 且具体规律受控于入射波频段． ① 随着盆地深度增大, 盆地边缘面波发育更为充分, 在较宽频段内均会出现显著的地震动放大效应, 且深盆地的放大区域集中于盆地中部． ② 圆形盆地对地震波的汇聚效应最为显著, 而狭长盆地对地震波的汇聚作用相对较弱, 高频情况下可在盆地内部形成多个聚焦区域． ③ 不同波型入射下, 盆地对地震动放大效应的机制有所差异: P波入射下, 竖向位移放大主要是由于盆地边缘面波由四周向中部汇聚所致; SV波入射下, 边缘面波汇聚效应相对较弱, 而当盆地较深时, 底部透射体波和边缘面波易形成同相干涉从而显著放大地震动． 按盆地内外介质波速比为1/2, P波和SV波垂直入射下频域最大放大倍数分别为25和15, 时域放大倍数约为4.0和3.7(雷克子波)． ④ 低频波入射下, 位移从盆地中部向边缘逐渐减小, 且浅层沉积盆地对地表位移幅值的放大作用不明显． ⑤ P波和SV波的入射角度对盆地地震动放大幅值及空间分布特征也具有显著影响．      

Amplification of SH waves by an orthotropic basin

Scattering of elastic waves by an orthotropic sedimentary basin is investigated for antiplane strain model using an indirect boundary integral equation approach. Both steady state and transient response were obtained for semicircular and semielliptical basins with different material properties. The results indicate that the basin geometry and the impedance contrast between the half-space and the basin have similar effects on the surface ground motion amplification as for the isotropic case. However, the material anisotropy may change significantly the fundamental resonant frequencies of the basin, resulting in different surface displacement amplification patterns. In addition, it was observed that the arrival time of the main disturbance on the surface strongly depends on material anisotropy for different angles of incidence. The results demonstrate that material anisotropy may be very important in explaining surface ground motion amplification for sedimentary basins. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Characteristics of strong ground motion data recorded in the Gubbio sedimentary basin (Central Italy)

Various authors, analysing the set of accelerograms recorded at Gubbio Piana (GBP) (central Italy), have demonstrated that strong amplification occurs at this accelerometric station, which is installed within an alluvial basin. In particular, Ambraseys et al. [(2005a), Bull Earthq Eng 3:1–53; (2005b), Bull Earth Eng 3:55–73] observed that the strong motion peaks at GBP greatly exceed the median values predicted by the attenuation relationships they derived for Europe. In this work, we analyse and discuss some characteristics of the ground motion recorded at the GBP station. We show that the ground motion parameters, such as peak-ground acceleration and peak-ground velocity, are strongly influenced by the presence of locally induced surface waves that produce both a lengthening of the significant shaking duration and an increase in the peak values with respect to a nearby bedrock site. The basin-induced surface waves are observed in the three components of motion and their effects on the peak values are particularly evident in the vertical component. In the frequency domain, the energy of the surface waves is mostly restricted to the frequency band 0.4–0.8 Hz for both the horizontal and vertical components. The horizontal and vertical Fourier amplitudes are also very similar, and this indicates that the H/V spectral ratio technique is not applicable to describing the site response due to the propagation of seismic wave in a complex 2D/3D geological structure. Finally, a preliminary polarization analysis shows that the directions of polarization, as well as the degree of elliptical polarization, exhibit a strong variability with time, that may be related to a complex propagation of Love and Rayleigh waves within the basin.     

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。     

台湾费丛峡谷对强地面运动的影响研究──利用单台资料及2．5维SH混合方法

本文通过格林函数反褶积方法，由台湾峡谷附近的记录资料预测峡谷区的强地面运动的时程曲线．峡谷区的理论格林函数应用２．５维ＳＨ混合方法求解．通过格林函数反褶积方法得到的峡谷区费丛１及费丛２台的位移、速度、加速度和实际资料对比，取得了满意结果．计算结果表明，峡谷底部的峰值加速度相对峡谷边缘为最小；在靠近震中的一侧，峡谷的加速度的最大振幅相对比另一侧大．还给出了其余３个台的预测结果，研究了它们的加速度傅里叶谱和反应谱．     

台湾费丛峡谷对强地面运动的影响研究──利用单台资料及2．5维SH混合方法

本文通过格林函数反褶积方法，由台湾峡谷附近的记录资料预测峡谷区的强地面运动的时程曲线．峡谷区的理论格林函数应用２．５维ＳＨ混合方法求解．通过格林函数反褶积方法得到的峡谷区费丛１及费丛２台的位移、速度、加速度和实际资料对比，取得了满意结果．计算结果表明，峡谷底部的峰值加速度相对峡谷边缘为最小；在靠近震中的一侧，峡谷的加速度的最大振幅相对比另一侧大．还给出了其余３个台的预测结果，研究了它们的加速度傅里叶谱和反应谱．     

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。