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.      

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.     

2016年新西兰MS8.0地震震源及强地面运动特征分析

2016年11月13日新西兰发生M_S8.0地震,该地震造成2人死亡,20多人受伤,仅10余栋房屋严重受损,致灾特征较轻. 本文针对新西兰M_S8.0地震的震源参数特征,对该地震的震源过程进行了分析. 结果表明,该地震的地震波辐射能量和视应力均偏低,震源破裂过程为应力上调模式,发震断层破裂相对充分,余震相对丰富.结合新一代衰减关系(NGA)的分析结果显示,该地震的强地面运动峰值加速度(PGA)观测记录整体偏低,与基于震源参数对该地震PGA的理论估算结果较为一致. 进一步选取10 km范围内6个台站的强震观测记录进行比较研究,初步认为影响该地震近断层区域PGA高值的因素主要是断层破裂面上最大滑动集中区的位置,而非主震的初始破裂位置. 综合研究表明,新西兰M_S8.0地震的强地面运动主要受到应力上调模式和最大滑动集中区位置的影响,致灾特征较轻则可能源于峰值加速度偏低和地表破坏较大地区的人口相对稀少.      

2022年9月5日泸定MS6.8地震宽频带地震动谱元法模拟

2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_S6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的泸定M_S6.8地震的全过程宽频带(0.1—5 Hz)地震动模拟,通过与六个台站的时程记录、对应的反应谱以及NGA-West2地震动衰减曲线进行比较检验了方法的精度和适用性;进而给出了此次地震的三分量速度波场快照图,再现了地震波传播时近场地震动的方向性效应和局部场地效应;最后给出了震中100 km×100 km范围内的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了泸定地震近场强地面运动的空间分布特征,并给出了基于模拟结果的地震烈度分布图。结果显示,震中PGA接近600 cm/s²,PGV接近50 cm/s,烈度达到Ⅸ度,且由于泸定地区内高山峡谷地形对地...     

2008年新疆乌恰Mw6.7地震震源机制与形变特征的InSAR研究

2008年10月5日新疆乌恰M_w6.7级地震发生在南天山、帕米尔高原及塔里木盆地交汇地带,基于地震波反演的震源机制解确定的震源深度存在较大差异.本文利用日本ALOS卫星的PALSAR图像,获得了本次地震的同震形变场,基于卫星视线向（LOS）和方位向（Azimuth）的形变,采用均匀弹性半无限位错模型和有界最小二乘（BVLS）算法,以网格矩形位错元法对发震断层的几何产状、滑移及分布进行了估算,结果表明本次地震以逆断破裂为主,断层面上最大位错量接近3.4 m,形变中心位于73.8040°E,39.5335°N,深度约5 km,震级估算为M_w6.6;地震发生在走向46°,倾角48°的断层上,发震断层长30 km,宽14 km,闭锁深度9 km,符合该地区浅源地震多发的构造特点,发震断层为乌合沙鲁断裂带.InSAR反演的滑移形变主要集中于地下2~7 km,表明乌恰地震为浅源地震,可能与该断层附近历史地震未完全释放的残余应力积累有关.同时,InSAR反演的断层位错分布呈现双破裂特征,震级分别为M_w6.5和M_w6.1,可能与本次地震的主震和余震相对应,也可能是由主震激发而产生的两组破裂.     

四川芦山MS7.0地震余震序列双差定位、震源机制及应力场反演

2013年4月20日发生了四川芦山M_S7.0地震,主震中位于青藏地块与华南地块结合部的龙门山断裂带南端.本研究用双差定位法对芦山地震主震及余震序列进行重新定位,得到主震位置为(30.29°N,102.97°E,17.82 km)及4100多次余震重新定位结果.利用GSN/IRIS台网和国家台网及四川省区域台网的波形数据对主震及部分余震进行了震源机制解反演.结果表明,主震为一次逆冲地震,根据余震序列分布确定发震断层面走向为200°,震源机制解断层倾角为45°.基于震源断层面解和断层滑动方向,采用力轴张量计算法得到了研究区域的平均主压应力方向约为N112°E.     

2013年芦山MS7.0地震震源参数特征 及近断层强地面运动初步估计

2013年4月20日在我国四川省雅安市芦山县发生了M_S7.0地震, 破坏最严重的宝兴、 芦山等极震区烈度达到Ⅷ—Ⅸ度. 该文针对芦山M_S7.0地震震源参数的特征, 结合相关经验关系, 对本次地震的震源特征进行了初步分析. 结果表明, 芦山M_S7.0地震为断层动态摩擦过程中的应力下调模式. 进一步应用Brune圆盘模型对芦山M_S7.0地震近场强地面运动的理论值进行估算, 并基于加速度和速度的估算结果计算极震区的最大烈度, 约为Ⅷ—X度, 与实测的极震区最大烈度Ⅸ度较为接近. 选取宝兴和芦山为特征计算点, 构建动态复合震源模型, 对近断层区域内宝兴和芦山两个特征点进行了模拟计算. 模拟结果显示, 近断层区域强地面运动呈现持续时间短、 高频成分多等特征.      

2008年8月30日攀枝花-会理6.1级地震序列 ML≥4.0事件的震源机制解

针对2008年8月30日在四川攀枝花-会理发生的M_s6.1地震序列,本研究基于四川和云南两省数字地震台网的宽频带波形记录,采用CAP方法反演了该序列主震及M_L≥4.0余震的震源机制解.结果显示:主震震源机制解的两个主应力轴仰角小于10°,其中,主压力轴方位为140°;节面之一走向185°、西倾83°、滑动角5°,显示左旋走滑略兼逆冲分量的断层作用性质.结合余震、烈度分布以及震区的活动构造,判定该节面代表了主震的发震断层面,相应的发震断层应是穿越震区的近南北向红格断裂(南段).本研究还获得主震震源机制解的最佳拟合误差深度为10 km,与该事件的定位结果相一致.该序列中6次M_L≥4.0余震也具有与主震类似的震源机制解.分析初步表明:空间上,2008年攀枝花-会理M_s6.1地震序列的震源机制解与研究区内更早地震的震源机制解具有良好的协调性,反映了该序列是在川滇地块SE-SSE向水平运动的背景下、沿近S-N向红格断裂发生左旋走滑略兼逆冲运动的结果.     

利用区域宽频带数据反演鲁甸MS6.5级地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,我们利用区域宽频带数据反演得到了2014年8月3日鲁甸M_S6.5级地震的震源破裂过程.反演结果显示：此次地震的发震断层走向为北北西向,破裂主要以左旋走滑为主,位移主要发生在震源左上方,最大滑动量为0.7 m,模型显示断层破裂可能接近地表,破裂长度约10 km.此次地震释放的标量地震矩为1.97×10¹⁸ N·m,相当于矩震级为M_w 6.1,地震能量主要在前15 s释放.鲁甸地震有四个显著的特点：（1）位移主要集中在浅部,从11 km起破点开始迅速向上传播,大部分位于10 km以上且最大位移位于深度3 km处,从模型来看,破裂可能接近地表,因此地表震动较为强烈;（2）应力降比较大,计算显示释放的同震静态应力降约为2.8 MPa;（3）破裂速度较快,在地表附近超过了2.5 km·s^-1;（4）主震可能发生在一个共轭断层系上.这四个特点可能是导致此次地震造成如此重大人员伤亡和财产损失的最重要的原因.     

单站GPS测速在实时地震监测中的应用

本文提出一种利用单站GPS载波相位或多普勒观测数据,基于单站GPS测速法实时确定地震监测台站运动状态(速度)的新方法.针对2010年4月4日发生于墨西哥Baja California(32.259°N,115.287°W)北部的M_w7.2级EI-Mayor-Cucapah地震事件,选取震中邻近区域(200 km内)若干采样率为5 Hz的高频GPS观测站数据进行实验.结果表明:基于新方法所得测站速度结果能够很好地反映出地震期间监测台站的瞬时运动状态,测站P496和P744计算的速度结果与其并置强震仪观测结果具有很好的一致性.     

中强地震随机有限断层模型应力降参数的确定方法

随机有限断层模型是模拟地震动加速度时程的一个重要工具.但将其应用于中强地震时,由于震源信息的准确性较差从而使模型参数具有较大的不确定性.尤其针对其中最为关键的应力降参数,目前相关研究较为缺乏且尚未形成系统的确定方法.本文基于美国Little Skull Mountain Mw5.6级地震2个近场台站记录的地震动模拟,详细研究了采用随机有限断层法拟合中强地震地震动伪加速度反应谱（PSA）来确定应力降参数值的方法,并在计算应力降时引入了其它震源参数的不确定性,随后对此方法的可行性进行了验证.研究表明：采用不同频段反应谱残差和计算得到的应力降值差别较大,确定中强地震应力降较为合适的反应谱频段是中高频,采用该频段确定的应力降参数值模拟的反应谱和峰值加速度与实际记录较为符合;脉冲子断层百分比、断层长宽、倾角和深度等震源参数按截断的正态分布或均匀分布随机抽样,拟合得到的应力降参数值与通过实际震源模型参数得到的值相近.以上研究结果对确定一个区域中强地震应力降或中强地震近场强震动模拟研究提供了更进一步的研究方法和研究方向.     

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.     

Bounding of near-fault ground motion based on radiated seismic energy with a consideration of fault frictional mechanisms

The energy radiated as seismic waves strongly depends on the fault rupture process associated with rupture speed and dynamic frictional mechanisms involved in the fault slip motion.Following McGarr and Fletcher approach,we derived a physics-based relationship of the weighted average fault slip velocity vs apparent stress,rupture speed and static stress drop based on a dynamic circular fault model.The resultant function can be approximately used to bound near-fault ground motion and seismic energy associated with near-fault coseismic deformation.Fault frictional overshoot and undershoot mechanisms governed by a simple slip-weakening constitutive relation are included in our consideration by using dynamic rupture models named as M-and D-models and proposed by Madariaga(1976) and Boatwright.We applied the above function to the 2008 great Wenchuan earthquake and the 1999 Jiji(Chi-Chi) earthquake to infer the near-fault ground motion called slip weighted average particle velocity and obtained that such model-dependent prediction of weighted average ground velocities is consistent to the results derived from the near-fault strong motion observations.Moreover,we compared our results with the results by McGarr and Fletcher approach,and we found that the values of the weighted average particle velocities we obtained for these two earthquakes are generally smaller and closer to the values by direct integration of strong motion recordings of the near-fault particle velocity waveform data.In other words,if this result comes to be true,it would be a straightforward way used to constrain the near-fault ground motion or to estimate source parameters such as rupture speed,static and dynamic stress drops.     

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。     

Correlations of peak acceleration,velocity and displacement with earthquake magnitude,distance and site conditions

A brief review of proposed correlations between peak accelerations and earthquake magnitude and distance has been presented. It has been found that most investigators agree favourably on what should be the amplitude of peak accelerations for the distance range between about 20 and 200 km. For distances less than 20 km, there is significant disagreement in the predicted peak amplitudes, reflecting the lack of data there and the uncertainties associated with the extrapolation. Correlations of peak accelerations, peak velocities and peak displacements with earthquake magnitude, epicentral distance and the geologic conditions of the recording sites have been presented for 187 accelerograms recorded during 57 earthquakes. This data set describes strong earthquake ground motion in the Western United States during the period from 1933 to 1971. For large earthquakes, dependence of peak acceleration, velocity and displacement amplitudes on earthquake magnitude seems to be lost. This suggests that the amplitudes of strong ground motion close to a fault are scaled primarily by the maximum dislocation amplitudes and the stress drop, rather than the overall ‘size’ of an earthquake as measured by magnitude. The influence of geologic conditions at the recording station seems to be of minor importance for scaling peak accelerations, but it becomes noticeable for the peaks of velocity and even more apparent for the peaks of displacement.     

Response spectral attenuation relationships for Singapore and the Malay Peninsula due to distant Sumatran‐fault earthquakes

As part of the effort to assess the seismic hazards of Singapore and the Malay Peninsula, representative ground motion prediction models have to be established. Seven existing attenuation relationships developed for shallow crustal earthquakes in stable continent and active tectonic regions are examined, and they are found to consistently over‐predict the ground motions of Sumatran‐fault earthquakes recently recorded in Singapore. This may be attributed to the differences in the regional crustal structures and distance ranges considered. Since the number of recorded ground motions in the region is very limited, a new set of attenuation relationships is derived based on synthetic seismograms. The uncertainties in rupture parameters, such as stress drop, focal depth, dip and rake angles, are defined according to the regional geological and tectonic settings as well as the ruptures of previous earthquakes. Ground motions are simulated for earthquakes with Mw ranging from 4.0 to 8.0, within a distance range from 174 to 1379km. Besides magnitude and distance, source‐to‐station azimuth is found to influence the amplitudes of the ground motions simulated. Thus, the azimuth is taken as an independent variable in the derived ground motion attenuation relationships. The Sumatran‐fault segments that have the potential to generate a specified level of response spectral accelerations in Singapore and Kuala Lumpur are identified based on the newly derived ground motion models. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

2005年新疆克孜尔震群的重新定位

用双差地震定位法对2005年9月23日克孜尔震群进行重新定位。 从平面上, 重新定位地震集中分布在一个长约14.5 km, 宽约 9.0 km的长方形内, 其长轴为N30°W向, 与克孜尔断裂近乎垂直。 从震源深度来看, 重新定位地震的震源深度全部分布在21 km以内, 集中分布在10~19 km, 平均深度为13.6 km; 震群中绝大部分小震发生在沉积层内, 而震级较大地震基本发生在结晶地壳的上地壳内。 其剖面图显示, 这次震群是从结晶地壳开始沿着N30°W方向向上破裂至沉积层。 根据震区附近断裂性质和该区历史小震震中分布分析认为, 克孜尔水库库区附近可能存在两条共轭断裂, 右翼断裂可能是这次震群的发震构造。     

New predictive equations for Arias intensity from crustal earthquakes in New Zealand

Arias Intensity (Arias, MIT Press, Cambridge MA, pp 438–483, 1970) is an important measure of the strength of a ground motion, as it is able to simultaneously reflect multiple characteristics of the motion in question. Recently, the effectiveness of Arias Intensity as a predictor of the likelihood of damage to short-period structures has been demonstrated, reinforcing the utility of Arias Intensity for use in both structural and geotechnical applications. In light of this utility, Arias Intensity has begun to be considered as a ground-motion measure suitable for use in probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) and earthquake loss estimation. It is therefore timely to develop predictive equations for this ground-motion measure. In this study, a suite of four predictive equations, each using a different functional form, is derived for the prediction of Arias Intensity from crustal earthquakes in New Zealand. The provision of a suite of models is included to allow for epistemic uncertainty to be considered within a PSHA framework. Coefficients are presented for four different horizontal-component definitions for each of the four models. The ground-motion dataset for which the equations are derived include records from New Zealand crustal earthquakes as well as near-field records from worldwide crustal earthquakes. The predictive equations may be used to estimate Arias Intensity for moment magnitudes between 5.1 and 7.5 and for distances (both r_jb and r_rup) up to 300 km.