震源运动学破裂过程对马尼拉俯冲带潜在海啸的影响研究

提高对马尼拉俯冲带海啸生成机制的认识对研究我国东南沿海地区海洋防灾减灾具有重要意义。目前,大型俯冲带震源破裂的运动过程对海啸生成的影响逐渐受到关注,但震源运动学破裂过程对马尼拉俯冲带潜在海啸的影响尚未明确。基于马尼拉俯冲带的典型破裂模型,对不同破裂速度和方向设定的海啸情景开展数值模拟,评估分析破裂速度和方向对海啸波传播特征的影响。结果表明:破裂方向相同时,破裂速度越慢,海啸波到时越晚,峰值波高越小;破裂速度相同时,与不考虑破裂运动过程的模拟结果相比,破裂前方的场点峰值波高更大,距离初始破裂位置更近的场点到时越早;不同设定情境下,沿海场点的海啸波到时最大相差10 min左右,峰值波高最大值约为最小值的1.5倍。

2023年2月6日土耳其双强震场地液化及其震害特征现场调查分析

震害考察是地震工程研究的支柱之一。2023年2月6日土耳其中南部发生了两次震级分别为Mw7.8,Mw7.5的罕见双强震,造成巨大的人员伤亡和财产损失。通过实地震害考察,对双强震触发的场地液化震害及其特征进行调查分析,分析结果显示:①本次地震液化具有现象显著、液化面积大、涉及范围广、液化灾害严重等特征;②场地液化震害形式多样,表现为喷砂、地面侧移、地基沉降以及地基丧失承载力等典型液化震害形式,且造成大量建筑物严重破坏;③在两个调查地区发现了液化引发的地面侧移,侧移量从几米至十几米,并直接导致建筑物严重破坏甚至毁坏;④在格尔巴舍(Golbasi)城区发现数十栋建筑物因地基液化丧失承载力而出现严重倾斜(不均匀沉降)、沉降,沉降量从几十厘米到1~2米、倾斜角度从几度到十几度不等,现场测量建筑最大倾斜角度达到20°。通过对土耳其地震场地液化的宏观现象调查分析,认识本次地震触发的液化特征及其震害启示,以期为中国地基液化减灾技术研究提供参考。

2023年2月6日土耳其M_(w)7.8和M_(w)7.6两次大地震的地震动特征及模拟

2023年2月6日土耳其东南部连续发生M_(w)7.8和M_(w)7.6大地震,强震动观测台网获取到了大量的强震动观测记录,利用两次地震的强震动记录,对比土耳其地区地震动预测方程,分析了地震动的衰减特征,探讨M_(w)7.8地震的震源破裂特征对近断层地震动空间分布、速度脉冲的产生及观测台站方位相关的地震动总残差的影响,采用随机有限断层三维地震动模拟方法给出了基于数值模拟记录的仪器地震烈度图,得到以下结论:(1)两次地震中地震动的震源效应明显强于土耳其地区浅地壳地震的平均震源效应,M_(w)7.8地震对中长周期地震动的震源效应比M_(w)7.6地震更强烈;(2)两次地震中远场地震动的非弹性衰减明显强于土耳其地区的平均水平;(3)M_(w)7.8地震中最强烈的地震动主要集中于卡赫拉曼马拉什—安塔基亚的狭长区域内,该区域观测记录普遍具有双向速度脉冲特征,地震动总残差与台站方位角有明显相关性,推断M_(w)7.8地震沿北东走向的东安纳托利亚断裂向北东向破裂传播,同时沿南南西走向的东安纳托利亚断裂的卡赫拉曼马拉什—安塔基亚段向南南西方向破裂传播;(4)模拟记录能大致反映近断层地震动强度及距离衰减特征,M_(w)7.8和M_(w)7.6地震中破裂面附近地震烈度分别达到Ⅸ和Ⅷ度,烈度分布主要受破裂断层和局部场地条件的影响.

2022年四川泸定 M_(s)6.8地震强震动特性研究

北京时间2022年9月5日12时52分,四川省甘孜州泸定县发生M_(s)6.8级地震。国家强震动台网获得了133组三分量加速度记录,在对记录进行初步筛选和滤波后,研究了PGA和PGV衰减关系、竖向地震动特点、地震动速度脉冲,对比分析了反应谱和设计谱,着重对石棉挖角台站附近震害与地震动的相关性进行了分析,结论如下:1)三种台站强震动记录的PGA和PGV拟合曲线都比较相近,PGA、PGV拟合曲线与霍俊荣的预测模型较为接近;2)竖向地震动偏大,约38.2%的强震动记录V/H大于2/3,可能是屋顶塌落、柱子扭转和天花板坠落等震害现象出现的主要原因;3)识别出具有速度脉冲特性的记录11条,该类记录对长周期结构影响较大;4)所选记录反应谱大多超过了罕遇地震设计谱水平段,具有速度脉冲特性的051SMW台站周围房屋破坏较严重,人员伤亡较重。

考虑场址危险一致性的中国完备条件目标谱与记录选取

即使所处地区的宏观抗震设防烈度相同,不同城市的地震地质构造与活动性背景仍然存在差异。为使地震动输入与所在场址的地震危险性水平保持一致,该研究衔接我国第五代地震区划图的概率地震危险性分析结果,给出了完备条件目标谱的构建方法。采用与第五代地震区划图相同的三级潜源分布和地震动预测方程,进行目标场址的危险性分析与设定地震解耦,衔接三维(震级-经纬度)设定地震解耦结果,给出了考虑所有潜源走向与位置相对贡献的“完备”条件谱。以北京近郊某城市作为算例,结果表明,完备条件谱的均值介于使用长轴和短轴衰减关系的粗略条件谱之间,条件标准差高于粗略条件谱。研究给出的完备条件谱适用于我国区划图的长短轴类型衰减关系,可以很好体现潜源的空间分布特征与背景地震危险性差异。基于我国强震动记录数据库拟合的加速度反应谱相关系数得到的条件谱要略高于基于国外数据库的计算结果。为了实现加速度反应谱均值和标准差的高效匹配,该研究采取多元高斯分布的协方差矩阵近似替换完备条件谱高斯混合分布的协方差矩阵,结合贪心优化算法,选取得到满足目标完备条件谱分布的强震动记录数据集。研究结果系统给出了我国条件目标谱进行记录选取的构建思路与选波方案,可为后续全概率结构性态分析提供依据。

简易烈度计记录的噪声水平评价:以泸定M_(S)6.8级地震为例

在我国地震预警和烈度速报系统中,烈度计被广泛使用。烈度计的频谱特征主要是通过检定实验室进行标定,但在破坏性地震中,烈度计响应特点缺少必要的研究分析。该文以2022年四川泸定M_(S)6.8级地震为例,对比分析了烈度计记录和强震仪记录在噪声水平、信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、高通滤波截止频率(f_(HP))取值以及有效周期范围(T_(max))方面的特点,综合评价了烈度计记录的频谱特征,分析了噪声影响。得到以下结论:在整个频域范围内,烈度计记录的SNR要比强震仪记录平均意义上低一个数量级,可以估计烈度计动态范围较强震仪大致低20 dB;烈度计记录的最佳f_(HP)取值相较于强震仪记录存在更大的不确定性,尤其是在竖直方向上;烈度计记录的最佳f_(HP)取值更大,反应谱T_(max)较传统强震仪记录在水平方向小1~2 s,在竖直方向小3 s左右。该研究结果有助于合理应用烈度计记录,服务地震学和地震工程学相关研究。

全球主要开源数据库强震动记录的基本分布特征

强震动数据是地震工程和工程地震领域研究的基础,为了便于高效选取强震动记录,基于以下全球强震动开源数据库:美国USGS、欧洲ESM、日本K-NET和KiK-net、墨西哥RAII-UNAM和新西兰GeoNet,收集整理5.0级以上地震的强震动记录40余万组,约150万条,通过震级、台站分布、场地条件、反应谱谱型等强震动基本信息对强震动记录进行筛选并分类,采用两套标准对场地进行了分类,对绝对加速度反应谱进行归一化,对比分析5个国家和地区的平均反应谱谱型的相似性与特殊性,结果表明:①美国强震动台站集中分布在西海岸与阿拉斯加地区,较硬的场地占比较高;②日本强震动台站分布密度最高,较软的场地占比较高;③给出了中、美两套规范下的强震动台站场地分类;④从震中距方面考虑,美国为近场强震动记录最为集中和丰富的国家;⑤不同国家和地区相同周期段绝对加速度反应谱具有明显的区域性差异。

考虑地质条件的场地V_(S30)经验估计模型的选用——以新疆地区为例

新疆地区地震频发且强度较大,震害较为严重,因此对该区进行地震危险性分析很有必要。场地效应是影响危险性分析结果的重要因素之一,不同场地条件对地震动的放大作用不同;常用的表征场地条件的重要参数有V_(S30),但在实际工程中通常由于经济等原因,钻孔深度无法达到30m,不能直接获取真实的V_(S30)值,因此选用合理的V_(S30)经验估计模型成为研究人员关注的热点问题。为了得到更准确的V_(S30)估计值,本文共收集了新疆地区1 307个工程钻孔数据,针对目前常用的5种经验模型,基于地质图信息将钻孔场地划分为6类年代单元,采用相关系数检验法分析回归模型的系数,采用对数正态分布检验方法分析钻孔的分布特征,选取各类单元最适用的模型。结果表明,相关系数检验法在最适用模型评价方面是失效的,而通过比较对数正态分布检验下的峰度系数和偏度系数可选取出各类地质单元最适用模型。最后根据模型选取结果,计算得到全部工程钻孔的V_(S30)值,并利用克里金插值方法得出新疆地区V_(S30)值的分布结果,研究结果可为新疆地区V_(S30)的潜在使用者提供有价值的辅助信息,此分析方法也可为我国其他地区V_(S30)经验估计模型的选用提供技术思路。

2013年4月20日四川芦山地震强地面运动三要素特征分析

2013年4月20日四川省芦山县境内发生M_s7.0级地震,地震造成196人死亡,21人失踪,11470人受伤,震中最大烈度IX.地震发生后,中国数字强震动观测网络和成都市地震烈度速报网络分别获得了114组和63组3分量强震动记录.记录得出在近场加速度幅值较高,与汶川地震峰值相当,然而震害却不严重.本文介绍了这些记录的基本情况,分析了其地震动三要素（幅值、持时、频谱）特征以及对建筑物结构的潜在影响.分析结果表明：芦山地震PGA（地震动峰值加速度）与我国常用的霍俊荣地震动预测方程较一致,高于即将颁布的第五代区划图中使用的预测方程;PGV（地震动峰值速度）与第五代区划图中使用的预测方程基本一致;Significant持时和Bracketed持时高于全球经验预测方程,且Bracketed持时衰减显著慢于全球平均水平;典型11个幅值较大记录的5%阻尼比加速度反应谱峰值周期都在0.1~0.2 s范围内,且谱值远高于规范设计谱,但在周期0.3 s之后迅速下降至设计谱以下;芦山地震地震动PGV值较小以及对应我国中小城市和城镇主要建筑物的结构自振周期范围（0.3~1 s）内加速度反应谱远低于规范设计谱,可用于解释其震害相对较轻的原因.

结构抗倒塌易损性分析中地震动输入不确定性影响研究

在结构抗倒塌易损性分析中地震动输入的选取只是众多环节之一,其不确定性影响往往被忽视。该文基于 PEER 强震动记录数据库,按震级、距离和场地参数(M、R、VS30)进行单变量控制将强震动记录分成 9 组,新定义指数 ISa 用以比较不同分组地震动的相对能量差异;对 3 层、8 层以及 15 层三种不同自振周期的混凝土框架结构采用 IDA 方法进行抗倒塌易损性分析,比较不同 M、R、VS30工况地震动输入下的易损性结果,同时与 ATC63推荐记录作为地震动输入的易损性结果进行了对比,结果表明:3 种结构的倒塌性态点 Sa(T1)均随着 M 增大、R增大以及 VS30 变小而减小;三种结构都体现了在大震、远场及软土场地的地震动作用下更加易损倒塌,与 ISa 指数体现的地震动蕴含能量的分布相一致;通过 SI 和 SImax 两个参数在不同工况下的对比,表明中长周期结构受距离的影响更为显著,以及震级对结构抗倒塌影响更敏感;以 ATC63 推荐的强震动记录随意用作地震输入被证实可引起结构抗倒塌易损性曲线较大的不确定性。为降低不确定性影响,建议在进行结构抗倒塌易损性分析时采用考虑场址危险一致性与结构自振特性的地震动输入选取方法。

运用广义反演法研究汶川地震场地效应

选取从96个汶川地震余震中由28个强震动台站获取的602组强震动记录,假设地表观测到的地震动由震源、路径和场地三项因素组成,运用广义反演法(GIT)分离这三项因素,获得这些台站的场地反应,并与采用HVSR法获得的结果进行比较。结果表明:两种方法获得的场地卓越频率具有较好的一致性,但是对于1.0～5.0Hz、5.0～10.0Hz和1.0～10.0Hz频段内的平均场地放大,HVSR法获得的结果要普遍小于广义反演法。进一步说明了HVSR方法可以合理精确地估计场地的卓越频率但却低估平均场地放大。最后统计这三个频段内的平均场地放大与台站上覆土层20m的平均剪切波速(V s20)间的函数关系,结果表明两者之间存在较强的相关性。

芦山地震中强地面运动的区域性特征探讨

本文分析了2013年4月20日Ms7.0芦山主震和余震的强震动记录,与美国NGA-West2数据以及地震动衰减关系对比,分析了地震动区域特征。研究结果表明,与美国加州地区中小震的强震动数据相比,芦山余震强震动记录的高频幅值较大,地震动影响有效范围较小;在地震动传播路径上芦山地区相比美国加州地区具有较慢的非弹性衰减特性(较高的Q值)。建议对我国地震动衰减关系构建时通常采用的映射法的合理性进行重新考虑。

与观测方向无关的水平地震动参数计算方法

强震动记录的使用通常不考虑观测方向对于水平地震动参数计算的影响。文中以2008年汶川Ms8.0级地震中绵竹清平台获取的强震动记录为研究对象,对记录进行水平向旋转以模拟观测方向的变化,分析水平向峰值加速度PGA、峰值速度PGV、相对持时DR、绝对持时DA及谱加速度PSA随观测方向的变化情况。结果表明,PGA、PGV及PSA的计算较大依赖于观测方向,而DR和DA则受观测方向影响较小。为此文中提出了一种与观测方向无关的水平地震动参数计算方法,对于计算诸如PGA、PGV等与周期无关的地震动参数时不考虑周期独立;而对于计算诸如PSA等与周期有关的地震动参数时考虑周期独立。

地震海啸数值模拟中海洋水深数据的敏感性研究

海洋水深数据是进行海啸数值模拟计算最基础的输入数据之一。目前可供使用的数据源较多,各种数据源之间的差异性以及数据自身误差是否会对海啸数值模拟产生影响值得关注。以中国南海为研究对象,以马尼拉海沟俯冲区为潜在震源区,研究了水深数据的数据源差异性以及数据自身误差对于地震海啸数值模拟的敏感性。结果表明,在开阔的外海海域,不同数据源之间的水深数据差异对于海啸数值模拟的影响可忽略;水深数据自身误差对于数值模拟的海啸波幅值的影响不明显,但对于其相位则存在一定的影响。综合而言,目前开放的海洋水深数据对在开阔的外海海域的海啸传播数值模拟是满足要求的。

强震动记录编目——以汶川余震流动观测记录为例

相比技术较成熟的测震编目工作,我国强震动记录编目工作技术亟待完善,缺乏规范化的编目流程及方便实用的编目软件,处理数据经验不足。本文以汶川余震流动观测中获取的强震动记录编目为例,阐述了合理的强震动记录编目方法,通过对万余条强震动数据处理的结果表明,该方法提高了强震动记录编目的效率及可靠性。同时本文对强震动记录编目的标准化工作提出了若干建议,可为今后强震动记录编目工作提供技术参考。

通过WCEE跟踪国际海啸研究动态及我国海啸防灾减灾工作的思考

近年来,世界上发生了多次破坏性海啸,例如2010年智利南部Mw8.8级和2011年东日本Mw9.0级地震海啸,引起了巨大人员伤亡和财产损失。海啸防灾减灾研究已成为国际热点课题,2008年至今连续3届世界地震工程会议(WCEE)上均有大量海啸研究相关文章发表。本文通过调查这3届WCEE海啸专题最新研究成果,跟踪国际海啸研究动态;对目前2个研究热点问题,ASCE7-16中海啸荷载及影响和概率海啸危险性分析,进行调研和总结;从历史海啸目录、海啸数值模拟及应用、海啸预警系统和概率海啸危险性分析4个角度对我国海啸研究进展进行综述。最后,考虑我国目前在海啸灾害研究方面的现状,结合国际海啸研究动态,思考我国海啸防灾减灾当前应侧重的几方面工作。

《强震动观测及其工程应用》专辑序言

早在1958年,我国地震工程学的奠基人刘恢先教授于《土木工程学报》发表的《论地震力》一文中将“强地震记录的积累”作为“地震力理论”研究的首要基础工作,把强震动观测比喻为支撑地震工程学科这个摩天大厦的四大支柱之一。正是在他的大力提倡下我国自1959起逐步开展强震动观测工作,是世界上最早开展这项业务的国家之一。实践证明,强震动观测的产出——强震动记录在抗震设计谱的标定与完善、结构地震反应输入、地震动衰减关系的建立上发挥了至关重要的作用。

基于强震动记录的汶川地震场地效应研究

场地效应一直以来是地震工程领域研究的热点。利用数值模拟和理论计算的方法进行这方面的研究已极为普遍。由于不需要太多的假设和简单的计算过程，基于强震动记录的场地效应分析方法越来越得到认可而被广泛应用。2008年汶川地震中，我国强震动观测网络（NSMONS）在主震和余震中分别获得了大量高质量的自由场加速度记录。这些记录为研究汶川地震场地效应提供了良好契机。本文以此为基础数据，从场地类别划分、场地反应广义反演和场地反应非线性识别3方面开展研究，旨在拓宽强震动记录在我国科学研究和工程实践领域的应用范围，推进强震观测事业的发展。

芦山7．0级地震强震动记录及其震害相关性

2013年4月20日芦山地震中的强震动记录是我国自2008年汶川地震后再一次比较全面地获得的高质量的数字强震动记录。国家数字强震动台网共获得3分量自由场记录114组,成都地震烈度速报台网获得63组。文章对强震动记录进行了常规处理,统计了强震动记录随断层距的数量分布情况,绘制了空间地震动加速度等值线图。结合芦山地震震源机制解和破裂过程研究成果,选取典型记录,分析加速度、速度时程的波形、振幅等特征,识别了此次地震滑冲现象,估算了竖向最大永久位移。通过利用观测数据与国外的地震动预测公式对比,分析了不同周期反应谱地震动幅值及加速度反应谱衰减规律,阐明了此次地震的地震动在近场高频成分较卓越的特点。震后现场考察了3个典型强震动台站附近建筑物震害,分析了地震动与工程震害的相关性,地震烈度的评定反映了地震破坏的程度。

2013年4月20日芦山地震最大加速度记录分析

2013年4月20日芦山地震是汶川地震后龙门山断裂带发生的又一次破坏性地震,中国数字强震动观测网络有100余台仪器触发并获得加速度记录.设置在四川省宝兴县防震减灾局的强震台(编号51BXD)在东西向获得了1.026g(-1 005.3 gal)的峰值加速度记录,这是我国首次在自由地表获得峰值超过1g的记录,是我国强震动观测历史上的重要事件.经震后灾害调查,发现观测台站附近建筑物破坏并不严重,确定地震宏观烈度为Ⅶ度,这引起了社会的广泛关注与争议.通过现场考察,初步认定台站的特殊选址带来了局部地形影响,陡峭山坡放大了高频段地震动.还分析了宝兴县另外3个强震台站的观测环境,并采用全球新一代地震动预测方程进行对比分析,结果显示,该台在小于0.2 s范围内的反应谱放大明显.为了进一步说明台址受场地地形影响,对台站附近进行了背景噪声测试,采用水平/垂直谱比法计算了场地背景噪声的卓越周期、水平向放大系数,得出了随着地势由山脚向山坡上增高,场地卓越频率逐渐增大,且放大系数也随之增大的结论,这与51BXD强震动记录反应谱特征一致.最后,与汶川地震典型记录反应谱、抗震规范谱等进行对比,分析了51BXD强震动记录不同频段的特点;结合附近建筑物现场震后调查结果,初步解释了造成建筑物破坏较轻的原因,验证了局部地形影响是造成峰值加速度记录较大的主要原因.