用改进的经验格林函数方法模拟唐山地震动

建筑物的抗震设防需要尽可能地掌握未来大地震强震动记录信息,但大地震强震动记录的匮乏阻碍了抗震设防实践的发展。经验格林函数方法作为模拟地震动的主要方法,可以提供可靠的大地震强震动记录,但也存在着许多问题,如缺乏对大地震断层滑动分布不均匀的描述、用经验确定小震数目、模拟方法受到大小地震相似条件的限制等。文中对上述经验格林函数方法存在的问题进行了研究,改进的经验格林函数方法,有效地解决了上述问题。并用其对唐山大地震进行了模拟,并把模拟的地震动时程和反应谱与实际记录相比较,发现用改进方法模拟的地震动加速度反应谱比用未改进方法模拟结果更接近实际的地震动记录加速度反应谱。由此说明改进的经验格林函数可更准确的模拟地震动。     

经验格林函数方法理论上的改进

以往的经验格林函数方法存在着两个问题:一是要求大小地震需满足"相似"或"准相似"条件,这就限制了经验格林函数方法的适用范围。二是对大地震断层面的位错不均匀性考虑得不充分,而实际上大地震断层的位错一般是不均匀的。本文在假定大小地震不满足"相似"和"准相似"以及大地震断层面位错不均匀的前提下,对经验格林函数方法进行了改进,并应用于卢龙地震的模拟,模拟的结果与记录符合得比较好,说明改进的经验格林函数方法可以用来估计场地地震动过程。     

经验格林函数方法模拟地震动研究

地震动模拟研究的目的是为建筑物的抗震设计提供未来地震动的时程或反应谱。本研究在总结了经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的基础上,对所存在的问题进行了系统研究,得到如下成果:1改进了经验格林函数方法,提高了经验格林函数方法的严密性用经验格林函数方法模拟地震动的结果在高频部分偏低的部分原因是由于假设大小地震的滑动分布都是相     

用经验格林函数方法从红山地震台数字化资料提取隆尧地震的震源时间函数

2002年4月22日在邢台老震区隆尧县境内发生了一次ML4．8地震，这次地震邢台地区震感强烈，随后又发生15次小的余震。我们从这些余震中任意选择了5次余震分别作经验格林函数，提取了该地震的震源时间函数，目的是从这个地震来反映邢台震区的地质构造和震源情况。结果表明：无论以哪次余震的记录作为经验格林函数，结果都相当一致。发生于2002年4月22日的ML4．8地震只是老震区断层的单次破裂，此次事件的持续时间较短，只有0．7s左右，上升时间约为0．5s。为了验证所提取的震源时间函数的稳定性和可靠性，作者用5个小余震的UD，EW，NS方向分别作经验格林函数处理，结果相当一致；同时用全波、P波和SH波进行提取震源时间函数的对比，结果表明，用全波和SH波效果较好，所得结果非常一致，而用P波提取的震源时间函数效果不很理想。即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。     

经验格林函数方法模拟地震动研究现状

经过30多年的发展,格林已经成为被地震工作者普遍接受的模拟地震动的方法.回顾发展历史,该方法可以分为3个阶段:第1阶段是经验格林函数理论建立阶段;第二阶段是经验格林函数方法逐步得到完善阶段;第三个阶段是经验格林函数方法的广泛应用阶段,该阶段提出了用该方法预测未来地震动的一般步骤,标志着用经验格林函数方法预测未来地震动,为建筑物的抗震设防提供依据已经到了比较成熟阶段.最后,对用经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的优势和不足进行了比较.     

经验格林函数方法的理论探讨

通过比较经验格林函数和理论格林函数模拟地震动方法,认为经验格林函数方法能比理论格林函数更好地模拟地震动。同时亦指出用经验格林函数方法模拟地震动时出现两个问题:(1)模拟的结果高频不稳定。(2)模拟的结果有一个"人造周期"。地震工作者提出选择适当的频响函数,比较有效地解决了模拟结果高频不稳定的问题;还提出了完备经验格林函数集的概念,以提高模拟结果与记录的符合程度。但完备经验格林函数集提出了每个大震子断层上都有小震记录的过于苛刻的要求,使得完备经验格林函数集的获得只能靠理论和经验关系结合的办法。本文通过对大震断层滑动速度函数的理论分析认为:可以用多个不同滑动速度和不同上升时间的小震合成经验格林函数,用这种经验格林函数合成的地震动不会产生"人造周期"。但需要加强对小震记录的反演工作并获得丰富的小震参数。     

利用不同方法估算流动台站的场地响应

本文以2003年7月21日云南大姚6.2级地震序列为例, 分别利用地面运动反演法(Moya方法)、 水平与垂直向之比法(Nakamura方法)和参考台站法研究大姚地区场地响应特征。主要结论有: ① Moya方法计算的场地响应结果表明, 大姚地区场地的放大作用是比较明显的, 平均在3~20倍, 最高达到40倍; 卓越频率位于3~6 Hz之间, 但在高频处(约10 Hz以上)场地响应衰减得比较明显; 不同岩性台基的台站, 其场地响应结果存在一定的差别, 台基为风化砾岩的场地响应结果比较平缓, 其场地响应值比台基为土层的其他台站小一些。② 入射角在40°以上和以下范围, Nakamura方法得到的场地响应形态有差异, 但在各自范围内, 场地响应与入射角的依赖关系不明显。③ 利用同一台站不同时间记录到的地震资料, 由三种方法各自得到的场地响应都具有较好的稳定性; 由于垂直分量仍具有放大作用(在10 Hz以下), Moya的结果大于Nakaruma的结果, 但两者形态上一致性较好; 参考台站法由于受参考台站的影响, 计算得到的场地响应形态和其他两种方法差异较大。④ Moya方法是依赖于震源模型的方法, 它能给出绝对的场地响应值, 其它两种方法的结果是一种相对场地响应, 受参考对象的影响较大。     

估计震源破裂模型的经验格林函数法

用经验格林函数法模拟断层破裂过程，合成近场地面运动，并通过合成结果和真实记录的时程曲线、反应谱、傅氏谱的对比，估计断层破裂模型。     

考虑凹凸体理论的经验格林函数方法

以15次地震资料为基础,回归得到断层上所有凹凸体地震矩与凹凸体面积的关系;研究经验格林函数方法中凹凸体子源的应力降,提出基于断层凹凸体理论的经验格林函数方法;以唐山地震余震（Ms=6.9）作为经验格林函数,合成1976年唐山地震（Ms=7.8）的地震动,比较合成结果与观测记录表明,该方法符合断层破裂过程,计算结果可靠．      

基于改进的经验格林函数方法的地震动模拟

改进的经验格林函数方法弃掉以往完全用经验方法确定用于合成大震的小震数目的方法,考虑了大地震断层各个子断层位错的不均匀性,使得经验格林函数方法的物理意义更加清楚。用改进的经验格林函数方法,以汶川MS6.4余震记录作为经验格林函数模拟了九寨白河台、松潘安宏台、皋兰台和成都中和4个台站的加速度时程,与以往的经验格林函数方法比较,模拟结果的反应谱与记录符合得更好,证明了改进的经验格林函数方法可以反映震源位错的复杂分布,可以在工程地震中用来估计场地地震动过程。     

陕西省地震动衰减及台站场地响应研究

利用陕西省测震台网的25个台站和2008—2010年所记录到的19个地震进行了陕西省Q值及台站场地响应值的计算,得出非弹性衰减Q值随频率f的关系为Q（f）=826.57f 0.3538。这说明陕西省处于高Q值区域,地壳相对较稳定,地震活动性相对较弱。计算得到的陕西省数字测震台网25个台站的场地响应值,其中,只有铜川台（...     

近场地震动格林函数的解析法与数值法对比研究

分析了在均匀弹性介质中，分别用解析方法和三维波动有限元数值方法计算无限全空间近场地震动的格林函数的理论与方法。将震源处理分为：(1)计算单一位错点源单位脉冲引起的格林函数；(2)用有限断层模型将断面划分为若干子源并有时间延迟，叠加所有子源的格林函数。本以1994年美国北岭地震为例，用解析法和数值方法分别计算了LV3、PCD、MCN三个场地的格林函数，并进行了对比分析。     

用经验格林函数法和随机方法模拟卢龙地震的比较

在介绍用经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的基础上,分别用这两种方法模拟了卢龙5．7级地震。模拟结果表明,用经验格林函数方法模拟地震动的结果与地震记录符合得很好。用随机方法模拟地震动在高频部分与地震动记录符合得比较好,而在中、低频部分符合得不太好。两种方法比较,经验格林函数方法模拟的结果更符合实际记录。但随机方法具有计算简单、无需小震记录的优点,因此发展随机的方法是有意义的。随机方法中中、低频部分不太符合的原因是随机方法中的很多经验关系是在美国大陆得到的。因此建议加强对中国大陆经验关系的研究,并把中国大陆的经验关系加入到随机方法中,使随机的方法成为中国大陆普适的模拟地震动的方法。     

应用经验格林函数研究禄劝余震震源参数

本文采用经验格林函数研究1985年禄劝地震的16个M_L3.0至4.1级较大余震的震源参数。地震矩为0.2至3.5×10~(21)达因厘米,应力降为3巴至59巴。沿北64°西的主震断裂面的余震应力降显示出典型的时空变化图象。     

用余震作为经验格林函数从GDSN长周期波形资料中提取1999年集集地震的震源时间函数

1999年9月20日17ｈ47minUTC（北京时间9月21日01ｈ47min）中国台湾省南投县集集镇发生Mw7.6地震，随后又发生许多中强余震．我们从这些余震中选择了Mw6.1和Mw6.2两次余震分别作为经验格林函数，并从包括IRIS，GEOSCOPE和CDSN在内的全球数字地震台网的长周期波形资料中提取了主震的震源时间函数．对于发生在9月22日的Mw6.1余震，有26个台站的78条记录的97对震相清晰可用；对于发生在9月25日的Mw6.2余震，有24个台站的72条记录的81对震相清晰可用．对于每个台站，从Ｐ和Ｓ两种震相中提取震源时间函数，分别称之为Ｐ波震源时间函数和Ｓ波震源时间函数．这样，利用两次余震从长周期波形资料中共提取了178个震源时间函数．从这些震源时间函数可以看到，除在特殊方位的几个震源时间函数由于主震和余震的震源机制的差别引起较大的畸变外，大多数台站的震源时间函数都具有相似性；同时，其形状随方位发生一定程度的变化．这两种特征都是对所提取的震源时间函数的稳定性和可靠性的客观反映．通过分析确认，这次地震由两次子事件构成，总持续时间约26ｓ．第二次事件比第一次事件晚大约7ｓ，第一次事件的矩释放率比第二次事件大15％．      

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．\r\n 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.     

辽宁地区S波非弹性衰减Q值及台站场地响应研究

利用辽宁省地震台网2009~2014年所记录到的39个地震事件,震级为M_L3.2~4.6,研究了辽宁地区S波非弹性衰减Q值和台站的场地响应,得到辽宁地区的Q值和频率之间的关系Q(f)=552.7f~(0.2801)。说明辽宁地区处于Q值的中等范围,地震活动性相对较低;同时得到了32个台站的场地响应,大部分台站的场地响应基本在1附近,无明显的场地放大效应。     

利用经验格林函数谱比法估计2013年芦山地震序列的应力降

本文以芦山地震余震为例,分析了基于强震动观测记录的经验格林函数（EGF）谱比法估计地震的拐角频率和应力降的可行性。首先给出能够可靠估计地震拐角频率和应力降的经验格林函数谱比曲线的质量标准;然后利用其估算出17次M_L3.8—5.4芦山强余震的拐角频率;最后,参考其它研究给出的地震矩震级,计算出地震应力降。结果显示,芦山强余震的拐角频率主要介于1.0—2.0 Hz之间,应力降平均值为9.98 MPa,且地震应力降表现出明显的震级相关性。      

胶东地区地壳S波衰减系数和台站场地响应的研究

根据山东数字地震台网7个地震台的118条波形资料,采用Atkinson方法（1992）,研究了胶东地区的非弹性衰减系数;采用Moya方法（2000）,研究了各台的场地响应。得到胶东地区非弹性衰减Q值随频率,的关系为Q（f）=249×f^0.596;得到的7个台站的场地响应均没有显示出明显的放大效应,这与胶东地区台站均处于岩石地基相符。