2022年1月8日青海门源6.9级强地震动模拟研究

为满足数字化时代应急处置的新要求,基于随机有限断层法的发展,利用青海门源地区地下三维速度结构的模型和v_S30数据,通过逐步迭代射线追踪法、格林函数位移解析相位谱和有限断层法的联合计算,以青海门源6.9级地震为例,获得具有地表土层放大效应的强地震动模拟数据,进而绘制出研究区内PGA和烈度分布模拟图;并与实际台站记录的PGA和实地调查烈度结果相比,其烈度区划范围基本一致,同时也验证此联合计算方法可用于未来地震灾害的快速评估,并为灾后应急救援提供参考。     

龙门山地区的kappa（κ0）模型及汶川MS8.0地震的强地震动模拟

在地震动模拟中,高频衰减参数（κ₀）是一个重要的参数,它控制了傅里叶谱高频部分的衰减特性.本文利用汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震主余震的1671组强震动观测记录,计算了龙门山地区50个断层距小于150 km的强震动台站的κ₀,基于随机有限断层法模拟了汶川地震中这些台站的加速度时程、傅里叶振幅谱和反应谱,并与前人的研究进行比较.结果表明,合理计算的κ₀可以有效地改善加速度时程振幅和高频谱（>1 Hz）的模拟结果.另一方面,本文基于κ₀与地形高程的相关性,建立了龙门山地区的κ₀经验模型.分别采用该经验模型和κ₀= 0.04 s模拟了汶川地震的峰值加速度分布,并与观测记录进行比较.结果表明,采用本文提出的κ₀模型可以更好地重现汶川地震的峰值加速度分布,特别是在断层破裂方向的反方向区域和山区.综上,汶川地震中山区的峰值加速度明显大于盆地地区的现象,不仅与断层破裂产状有关,还与山区和盆地地区的κ₀之间显著的差异有关.

     

四川地区场地放大系数特征分析及在强地震动模拟中的应用——以2022年芦山MS6.1地震为例

基于四川地区62个强震动台站的场地资料, 依据中国抗震规范及美国下一代衰减的Geomatrix(GMX)场地分类方法将台站场地进行了划分, 并以台站的场地放大系数和高频衰减参数(κ₀)为基础数据, 研究了不同场地类型的场地放大系数平均特征.结果显示, 在中国Ⅱ类场地中, 受狭窄山间谷底地形效应影响, 满足GMX的C类场地在大于10 Hz的高频段有明显放大; 受深厚软弱沉积层影响, 满足GMX的D类场地在小于5 Hz的低频段放大效应显著.考虑震源滑动模型、山区和盆地品质因子差异、局部场地效应, 采用区域内余震平均应力降, 通过随机有限断层法模拟了2022年芦山M_S6.1地震中9个断层距(R_rup)＜100 km的强震动台站的加速度时程、傅里叶振幅谱(FAS)和反应谱(PSA).结果显示, 模拟结果与观测加速度时程的S波部分符合良好.在8 s以下周期范围内模拟与观测FAS和PSA形状和幅值基本一致.较好地模拟结果支持此次地震为2013年芦山M_S7.0芦山地震的一次余震.另外, 模拟结果体现了此次地震在R_rup＜35 km范围内有明显的方向性效应, 与观测数据相符.最后, 考虑各类场地的场地放大系数和κ₀的平均特性, 比较了此次地震中R_rup＜150 km的167个盆地和130个山区烈度台观测和模拟峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV), 以及周期为0.5 s、1.0 s、5.0 s和8.0 s的PSA幅值随断层距的衰减特性.结果显示, 山区和盆地的地震动参数随距离的衰减特性较为相似, 山区和盆地的PGA、PGV强度相当.但是, 在周期大于1.0 s的长周期段, 盆地的反应谱幅值整体上大于山区.

     

基于随机有限断层模型的中国北京延怀地区1720年沙城地震(MS7.0)强震动的三维有限差分模拟

通过三维有限差分法(3D-FD)、随机有限断层模型模拟了中国北京延怀地区1720年沙城地震(M_S7.0)地震波传播,并用超级计算机Hitachi-SR8000计算模拟结果(http://www.Irz-muenchen.de)。本文将随机有限断层模型应用到三维有限差分法分析中。随机有限断层的基本思想是将断层平面分为数个子断层(或单元、子源)。大地震产生的能量是由子断层经过合适时间延迟然后叠加而成,每个子断层都以独立的双力偶点源运动。本研究中,断层破裂的非均匀性通过随机震源初始破裂位置、滑移向量、子断层上升时间来刻画。基于可利用的地理和地球物理信息,建立了延怀地区的三维速度模型。该3D-FD模型使用75m的网格增量,这样就能捕捉到沉积地层中低至0.5s的短周期信息。同时,本文用这个各向同性的3D模型研究了随机有限差分法模拟结果的不确定性。我们发现随机震源对地震动的影响只会局限在近断层区域(包括地表出露断层和其周边断层),占整个研究区域的5%。总的来说,本文提出一种工程实用的基于3D-FD来模拟强地面运动的综合方法。这种方法对于模拟灾害绘图、土地利用规划、风险评估都是...     

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震随机有限断层三维地震动模拟

2021年5月21日云南省大理州漾濞县发生MS6.4 地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为预测此次地震的地震动影响场,利用震源运动学破裂随机模型,基于随机有限断层三维地震动模拟方法,给出了此次地震中 28个触发强震动台站的三分量加速度时程模拟记录,并结合强震动观测记录,估计了此次地震的地震应力降及震源破裂过程,进一步模拟给出了此次地震中 2823 个虚拟观测点的三分量加速度时程.结果表明,模拟记录的峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)与观测值接近,并体现了地震动峰值的衰减规律、近场饱和效应和破裂方向性效应;模拟与观测记录的 5%阻尼比拟加速度反应谱(PSA)的幅值接近、谱形相似,在0.05～10 s周期段,模拟记录可以很好地预测地震动.基于三分量模拟记录给出了漾濞MS 6.4 地震的仪器测定地震烈度图,与云南省地震局发布的烈度图接近,极震区烈度最高可达Ⅷ度,震源破裂方向性导致震中 SE方向的烈度普遍高于 NW方向,受局部场地条件影响沿洱海西侧出现高烈度异常区.     

漾濞MS6.4地震长周期强地震动的有限差分初步模拟

根据我国川滇地区的地质地貌特征、前人地质资料和2021年漾濞M_S6.4地震的震源参数初步反演结果,建立三维速度结构模型,采用三维有限差分法对漾濞地震的长周期地震动进行研究.对实际地震烈度和模拟烈度进行对比,同时在区域附近布置了36个观测点,给出其中6个观测点的三分量速度时程,并给出所有观测点阻尼比为5%的速度反应谱,结果表明:(1)模拟的速度峰值已超过25 cm/s,与实际漾濞地区附近的烈度为8度吻合;(2)受断层滑动分布影响,速度水平分量在西北方向分布范围更广,衰减速度明显慢于东南方向,并且在极震区,东北—西南方向的地震动衰减也较慢.方向性效应对峰值大小及其分布范围的影响显著;(3)观测点速度反应谱的特征周期分布在1~3 s范围内,可能会因为共振效应对区域附近的大型建筑物产生较为严重的破坏.需要对漾濞地震进行进一步研究,以期对漾濞地震的长周期地震动有更为细致的认识.     

2013年四川芦山MS7.0地震近断层强地面运动模拟及烈度分布估计

2013年4月20日在我国四川省发生了芦山M_S7.0地震,地震给当地群众的生命财产安全带来了巨大的损失,其中最严重的破坏发生在震中附近的芦山、宝兴等地区.根据地震发生的快速反演结果,及发震断层面上滑动位移的分布情况,构建有限断层模型,对近断层区域的强地面运动进行初步计算,并基于强地面运动的模拟结果给出震区烈度分布的初步估计.模拟结果显示：模拟烈度图显示极震区的烈度在IX级左右,VI级烈度影响范围大致为16000 km²,该结果与中国地震局于4月27日给出的震区实测烈度图一致程度较高.强烈地震发生后,基于近断层强地面运动模拟计算的结果,可以给出相对合理的地震烈度分布情况估计,对震区震情判定及救灾工作具备较高的现实意义.     

2021年云南漾濞MS6.4地震的强地面运动模拟

文中利用随机有限断层法对2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震引起的强地面运动进行了模拟,并合成震中附近25.25°～26.15°N,98.5°～100.8°E区域内920个网格点的峰值加速度分布.研究区域的PGA分布显示,最大PGA达875cm/s2,位置靠近震中.地震动影响场的范围大致为25.25°～26.15...     

2013年8月新疆乌鲁木齐市5.1级地震强震动记录及特征分析

2013年8月30日乌鲁木齐市发生M_S5.1地震,乌鲁木齐烈度速报台网有32个强震动台触发获得了主震加速度记录。选取23条强震动记录进行常规处理,统计强震动记录数量随震中距分布,对比分析此次地震峰值加速度(PGA)与新疆土层加速度衰减关系;并利用强震动数据对此次地震进行定位,定位结果对应台站震中距与到时线性度较好;最后分析了典型强震动台站记录特性与建筑物震害及工程震害相关性。     

日本9.0级地震强地震动初步研究

采用2011年3月11日发生在日本东海岸的9.0级地震中K-net和KiK-net记录的强震数据,计算20s的绝对加速度反应谱Sa,阻尼系数设定为0.05.采用USGS的有限断层模型(破裂面走向194.4°,倾角10°),计算断层距Rrup,依据Rrup将台站分成了三组,分别为35 km之内,35～120 km以及120 km以上,以分析反应谱随距离的变化规律;同时对加速度水平分量进行平行断层走向方向和垂直断层走向方向的分解,以便更好的观察震源机制对不同方向地震动反应谱的影响.     

2017年四川九寨沟MS 7.0地震的强地面运动模拟

2017年8月8日发生的九寨沟M_S 7.0地震,是中国近10年来发生的强震之一,造成了大量建筑破坏、人员伤亡和经济损失,强震台网记录到的最大峰值加速度为0.19g。本文采用Wang等(2015)提出的改进有限断层法模拟了这次地震中部分台站的加速度时程。首先,选取合适的震源模型和输入参数,通过对比模拟结果和地震记录,估计这次地震的应力降大约为4.0MPa,与王宏伟等(2017)的分析结果基本一致。与EXSIM(Motazedian等,2005)方法相比,Wang等(2015)的方法得到的结果在频域上与实际地震记录更相符。同时,合成了强震台站以及断层附近网格点的加速度时程,模拟结果的时程和反应谱与实际记录整体上较为符合,震中附近的PGA分布与震中烈度区基本一致,验证了本文结果的有效性。本文合成的地震动可以为该地区的灾后抗震设计提供一定依据。     

2012年云贵彝良-威宁MS5.5和MS5.6地震的地震动随机特性

2012年9月7日我国西南云贵交界彝良-威宁地区连续发生两次M_S5.5和M_S5.6中强地震,其时间间隔短,震中位置接近,震级相差很小,为中强地震地震动的随机特性分析研究提供了难得的强震动数据. 本文从集系与样本函数两方面考虑,通过加速度时程的相关函数研究了地震动随机过程的相关特性. 结果表明: 两次地震集系的相关矩阵均为随机相关,互相关矩阵较自相关矩阵表现出更强的随机性;两次地震在同一个台站记录的加速度时程所构成的集系,其相关性较两次地震单独构成的集系好;样本函数的相关函数均呈现不规则震荡衰减的特点,且两个采样值间时滞越大,其样本函数相关性越小. 相比大震(如我国台湾地区的集集地震),中强地震地震动记录的相关矩阵及分解后的自相关函数均表现出不同的特点. 由于这两次地震的地震动幅值相比大震较小,土层非线性影响较弱,故本文结果为认识地震动的随机特性提供了新的参考依据.      

2014年云南鲁甸MS6.5地震峰值加速度震动图

综合考虑震中地区地质构造背景、震源机制解结果、余震分布以及我国西部地区地震动参数衰减特征,运用考虑场地效应的震动图快速生成方法,将收集到的62组强震台站的峰值加速度作为插值使用,估计了2014年8月3日云南鲁甸M_S6.5地震峰值加速度震动图. 利用地震后获得的强震记录计算了强震台站观测值与借助经验性衰减关系得到的估计值之间的系统偏差,校正了缺少台站地区借助经验性衰减关系得到的估计值,获得了校正后的峰值加速度分布图. 结果显示,鲁甸M_S6.5地震的地震动峰值加速度随距离的衰减速度比前人对我国西部衰减统计的结果更快,对数偏差校正的结果更符合本次地震的衰减规律. 校正后的峰值加速度大于40 cm/s2的区域面积近8000 km2,比未经校正的峰值加速度大于40 cm/s2的面积减小了40%左右.      

2014年新疆于田MS7.3地震近断层 强地面运动模拟及烈度分布估计

分析了2014年于田M_S7.3地震的震源参数特征; 结合已有的震源机制反演结果, 选取断层面上滑动位移分布构建有限断层模型, 模拟计算了近断层区域的宽频带强地面运动参数, 并基于强地面运动模拟结果估算了该地震的模拟烈度分布. 模拟结果表明, 于田M_S7.3地震极震区的模拟烈度达到Ⅸ度, 与中国地震局公布的烈度图趋于一致, 相对于美国地质调查局公布的震动图中极震区烈度(Ⅶ—Ⅷ)偏大. 此外文中给出的烈度Ⅶ度及以上影响范围与中国地震局公布的地震动图较为一致.      

一种随机有限断层的三维地震动模拟方法——鲁甸地震为例

传统随机有限断层方法只能模拟水平单向地震动,不能完全满足工程抗震设计对三维(两个水平向及竖向)地震动需求.文中在传统方法的基础上发展了一种可模拟三维地震动的随机有限断层方法,利用水平向和/或垂直向P、SV、SH波在频域上的经验表达并结合随机相位合成三维地震动加速度时程.为验证方法的可靠性,模拟了2014年云南鲁甸地震的...     

2014年新疆于田MS7.3地震强地面运动模拟及震动图预测

基于地震动的时空衰减规律和传播特征,采用邻近地震监测台站地震动时程对1 km×1 km尺度的网格点进行近实时插值计算,同时结合场地效应对震区地震动参数进行修正,并以2014年2月12日新疆于田M_S7.3地震为例,计算震区格网内各点的地震时程,同时以8 s为时间间隔绘制出地震动峰值等值线图并将其连续播放,得到了于田M_S7.3地震峰值地震动(PGV,PGA)的空间分布.结果表明,于田县东部至民丰县北部地区受场地条件影响,震区震害在软弱地基土层及浅地下水位等因素作用下对震区地震动具有明显的放大效应,预测的地震动特征与现场宏观调查结果是一致的.在当前强震台网分布不均匀的情形下,本文方法能较好地描述震区地震动特征,较客观地反映灾区的强地面运动特征.      

2020年7月12日唐山古冶MS5.1地震的强震动特征

首都圈强震动观测台相对密集,区域强震动观测能力较强。2020年7月12日6时38分在河北省唐山市古冶区发生M_S5.1地震,强震动台和烈度台共收集到三分量强震动记录363组。通过强震动记录数据处理绘制了PGA和PGV的空间分布图,初步认识到此次地震强烈的地震动主要集中于震中附近区域,远离震中的天津塘沽—宁河—宝坻三角区域也观测到“异常增大趋势”的地震动,这与1976年唐山地震的宏观烈度异常区较为一致。同时分析了强震动记录PGA、PGV随距离的衰减规律,通过与为第五代区划图编制建立的东部强震区衰减关系的计算值对比,可以看出与此次地震中PGA、PGV的衰减具有一致的趋势。      

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.