我国黄土高原地区地震动衰减关系研究的若干进展

地震动的衰减关系是指地震动随震级、距离和场地条件等变化的经验关系,近年来在我国亦被称为地震动预测方程,是估计地震动及其影响场的主要方法之一,在地震区划和重大工程场地地震安全性评价中被广泛应用。黄土是一种特殊土,在我国广泛分布。我国黄土高原地区地质构造复杂,新构造活动强烈,中强地震频发,地震动的衰减关系有其特殊性,总结我国黄土高原地区地震动衰减关系的研究成果对促进黄土高原地区抗震研究有重要意义。在简要介绍国内外地震动衰减关系研究的基础上,全面系统地总结我国学者在黄土高原地区的地震烈度衰减关系,基岩和土层场地地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及反应谱衰减关系方面的研究成果;评述和讨论在黄土覆盖地区地震动衰减研究领域存在的问题和今后的研究方向。文章的研究工作对从事黄土高原地区地震工程研究的科技人员有重要参考价值。

积石山M6.2地震诱发秦阴村黄土震陷灾害研究

2023年12月18日在甘肃省临夏州积石山县发生的M6.2地震诱发了多处黄土震陷灾害。通过对积石山县石塬镇秦阴村黄土震陷灾害进行现场调查,得出灾害的主要特征;利用原状黄土开展室内试验,研究秦阴村黄土的物性参数特征、微结构特征和震陷性,结合现场调查结果分析震陷灾害产生的主要原因。研究结果表明:秦阴村震陷区内土体酥裂,裂缝发育,边缘土体坍落或产生滑坡;土层呈反倾台阶状震裂破坏,最大沉降量57 cm,裂缝最大长度约300 m,宽度约83 cm。震陷区黄土土质疏松、含水率较高、架空孔隙发育、颗粒胶结较弱,具备产生震陷的土性条件。震陷区黄土层厚度较大,地震的等效动应力大于土体产生震陷的临界动应力,且地震动持续时间较长、卓越周期较大,使得场地产生了严重的震陷破坏。

新疆乌什7.1级地震前GNSS变形特征分析

2024年1月23日新疆乌什发生7.1级地震。为了研究震前GNSS变形特征,通过对比分析GNSS基线时间序列结果和区域应变结果,发现迈丹断裂带东西两段的地壳运动有所差异,东段的运动较强,乌什地震即发生在断裂带东段;利用4期速度场结果,计算得到动态应变场变化,从NS向应变场结果可以看出该区域的应变量值持续增加,应变持续在积累状态,从长期背景场可以看出7.1级地震发生在应变高值区的边缘;发震断层东西两侧的挤压滑动速率存在明显差异,西侧为(1.0±0.35)mm/a,东侧为(4.1±0.51)mm/a,且东侧的闭锁程度较高。研究认为迈丹断裂带两侧运动差异明显,乌什7.1级地震发生在滑动速率较高的东段,且该区域处于应变高值区的边缘。

设定情景下的地震避难场所需求估算研究——以天津市河东区为例

地震应急避难场所是提高地震灾害风险防治能力的一个关键环节,然而,现有的地震避难场所需求人数估计方法却难以满足当前精细化地震灾害风险防治需要。为此,以天津市河东区为例,提出一种基于精细基础数据的地震避难需求分析方法。首先,根据精细建筑物数据,进行人口空间化;然后,基于单体建筑物数据,提出三种不同地震强度设定情景下临时和长期避难人数的计算方法;最后,在研究区验证所提方法的可行性,并给出相应场景下避难场所需求能力的估计结果。研究结果表明,当遭受相当于设防烈度和罕遇烈度的地震作用时,研究区内现有的临时避难场所和长期避难场所均无法满足应急避难需求。

采用2021年青海玛多地震序列震源机制节面聚类确定发震断裂几何形态

地震断裂带形状是活动构造和地球动力学的重要资料。2021年发生的玛多地震序列提供了丰富的震源机制资料,为统计震源机制节面并估计玛多地震发震断层面形状提供了很好机会。文章对地震的震源机制资料进行基于密度的聚类来确定断层的几何形态。首先对收集到的玛多地震序列的震源机制解进行中心解求解,从而获得更为精准的数据,然后对其进行DBSCAN方法的聚类分析,得到断层的走向为113.5°,倾角为88.2°,通过震源机制反演应力场,并将应力场投影到断层上,得到断裂带的相对剪应力和相对正应力分别为0.84和-0.79,剪应力强度较大,滑动角为-0.72°。结果表明玛多地震是发震断裂受NE-SW的挤压和NW-SE的拉张,形成了较大的剪切力,从而促使近东西的江错断裂发生左旋走滑错动所致。

2020年唐山古冶5.1级地震前后岩石圈磁场异常变化分析

基于唐山及周边地区2019年9月-2021年4月连续4期流动地磁观测资料,获得唐山地区岩石圈磁场异常变化模型,以此分析2020年7月12日唐山古冶5.1级地震前后半年期岩石圈磁场的时空变化特征。结果表明:(1)岩石圈磁场变化的水平矢量在地震前出现明显的方向转向和幅值弱化的现象,地震前后经历了“由震中向周边分散→由周边向震中汇聚发震→方向反转”的时空演化过程;(2)震中附近各测点岩石圈磁场总强度值在地震前后具有规律性时序变化,均呈现“震前缓慢减小→同震时期急剧增大→震后急剧减小”的特征;(3)基于压磁效应和断层亚失稳模型分析,地震前后岩石圈磁场异常的时空变化特征或许是由震中附近主要断裂地应力的积累和释放所致。

青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为:地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段:(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。

可液化粉土地层地铁车站结构地震响应分析

地震作用下地铁车站结构破坏一直是学术界广为关注的问题。受河流冲积和海水侵蚀等沉积环境影响,天津地区可液化粉土地层分布广泛,粉土液化会对地铁车站结构产生影响,但影响程度尚不清楚。目前,平行布置的地铁车站群作为典型交通枢纽,在城市建设中越来越普遍,车站群中临近双车站的抗震问题亟待研究。通过三轴试验研究黏粒含量对粉土静、动力特性的影响,基于塑性边界本构模型PM4Silt标定中不同黏粒含量粉土模型参数及基于有限差分分析,阐明低黏粒含量土层对地铁车站动力响应的不利影响,为可液化粉土地层车站选址提供建议;通过参数分析研究车站间距对临近车站相互作用的影响,揭示临近车站相互作用的影响范围,提供最优车站间距参考值。该研究可为临近车站设计提供理论依据。

2023年12月18日甘肃积石山6.2级地震序列震源机制解与发震构造分析

2023年12月18日积石山发生了6.2级地震,地震序列丰富且跟踪结果显示为主-余震型。基于甘肃区域数字地震台网提供的震相报告,采用双差定位方法对积石山地震序列重新定位,再通过CAP方法反演主震和16次MS≥3.0余震震源机制,初步分析积石山6.2级地震序列的发震构造。结果显示:(1)重定位后获得的832次地震事件总体呈NNW—SSE向展布,长轴约15 km,宽2~6 km;西北端分布较窄,东南端较宽;震源深度集中在5~13 km,主震震源深度为13.95 km。(2)采用CAP方法得到积石山6.2级地震的震源机制解,节面Ⅰ:走向161°/倾角40°/滑动角120°;节面Ⅱ:走向304°/倾角56°/滑动角67°;矩心深度为9 km,矩震级MW为5.94;节面Ⅱ走向与震源区附近余震展布方向一致,可判定为发震断层面。16次MS≥3.0余震活动中12次为逆冲型地震,4次为逆走滑特征,矩心深度主要集中在6~11 km范围,与重定位结果接近。(3)应力张量反演结果显示最大主应力σ1方位角10.8°、俯角0.2°,与其震源区所处区域构造应力场基本一致,显示出震源区受NNE向近水平力的作用,反映区域内构造活动主要受区域构造应力场控制。根据地震序列重定位、震源机制以及震源区应力结果,结合区域构造活动和应力场特征,初步分析认为,积石山6.2级地震的发震构造可能是拉脊山断裂带中一条NE倾向的次级逆冲活动断裂。

希腊克里特MW6.0地震后的应力方向变化与强余震发生

地震的震源机制是地壳应力变化的指示器,而地壳应力变化与强震的发生直接相关。前人研究了地震震源机制变化在视应力较高的走滑型大震前的应力变化过程,而未见到震源机制变化对视应力较低的正断型大震发生的指示作用的研究。文章以2021年希腊克里特M W6.0正断型地震序列为例,通过计算地震序列震源机制解与区域应力场方向之间最小空间旋转角的变化,揭示应力变化与强震发生的关系。为保证震源机制解的准确性,采用多家机构确定的震源机制得到中心震源机制作为该地震的震源机制,而后采用该地震序列精确的震源机制求解当地应力场,最后计算地震震源机制与主震震源机制及与所估计的地壳应力场方向的空间旋转角随时间的变化,探索强震发生与应力场变化的关系。结果表明:在主震发生的短期内,余震震源机制与该区域应力场方向的空间旋转角较大,与其后小震级的弱地震活动对应;随后余震震源机制与应力场方向的空间旋转角减小,对应后面发生的3次M W>5.0的强余震,在此之后的长时间内余震震源机制和应力场方向的空间旋转角再次增大,对应的余震震级及频度皆明显下降。文章以2021年希腊克里特M W6.0地震序列为例,发现视应力较低的正断型地震前也存在应力方向集中现象,为探索地震应力前兆提供了范例。

饱和珊瑚砂液化特性动三轴试验研究

为调查饱和珊瑚砂液化相关特性与发展规律,针对饱和Chibishi珊瑚砂,开展一系列不排水循环三轴试验,研究相对密度D r和循环应力比CSR对饱和Chibishi珊瑚砂的超孔隙水压力Δu、轴向应变εa及动强度特性的影响,并分析不同地区珊瑚砂抗液化强度的差异性。结果表明,饱和Chibishi珊瑚砂的Δu发展模式根据不同的CSR水平可以分为前期均匀增长型、前期突增型和后期突增型;此外,采用一种新的孔压模型对前期均匀增长型、前期突增型的孔压比r u进行表征,Chibishi珊瑚砂在相同的D r条件下,双幅应变εDA达到5%的循环次数N随着CSR水平的增加而逐渐减小;各珊瑚砂在同一里氏震级对应的等效循环振动次数下,抗液化强度CRR的增长模式存在显著差异。研究结果可丰富对珊瑚砂液化特征的认知,同时对近岸和沿海工程的抗震设计提供参考依据。

岩溶地区公路隧道施工三维地震波探水技术

为提高地震波法超前预报技术在岩溶地区隧道施工中探测岩溶及地下水的精准度,在液-固弹性理论的基础上,通过分析含水体反射界面人工地震波反射系数、地震波应力响应及其与地震波属性间的关系,得到与瞬时振幅和瞬时频率相关的地震波应力响应表达方式,进而结合流体力学理论导出地震波属性与地下水流动势能关系,建立地下水赋存程度评价指标。在此基础上,结合隧道施工环境制定三维地震波探测方法、地下水识别方法及等级划分标准,并通过巫镇高速公路隧道工程进行现场试验。结果表明:地下水预报结果与实际揭露情况一致,验证了该技术的有效性和准确性。

南海淹没碳酸盐台地地震成像技术分析——以甘泉海台为例

淹没碳酸盐台地水深变化大且海底崎岖,地层结构复杂,导致二维反射地震资料发育大量多次波干扰,同时受采集环境影响,反射地震剖面广泛存在噪声干扰和大值干扰,给高分辨率成像带来挑战。甘泉海台作为南海北部典型的淹没碳酸盐台地,对其最新采集资料进行特征分析,采用低截滤波压制强涌浪噪声和异常振幅噪声衰减组合技术以及多步串联多次波压制技术,有效去除噪声干扰、大值干扰和复杂多次波,试验叠前时间偏移各项参数,最终大幅度提高甘泉海台地震剖面分辨率和信噪比,可为后续南海淹没碳酸盐台地二维地震资料处理提供借鉴。

四川芦山2022年M_(S)6.1和2013年M_(S)7.0地震余震序列重定位及构造关系

以2013年4月20日芦山M_(S)7.0地震和2022年6月1日芦山M_(S)6.1地震为研究对象,首先通过HypoDD对两次地震的主震及其余震序列进行重定位,得到精确的震源位置及空间分布,给出两次主震的震中位置和深度,以及余震区的破裂范围。其次,通过研究两次地震的余震震源时空分布和震源深度剖面,表明两次地震的主震及其余震分布在大川—双石断裂带的不同侧,但发震断层均不是该断裂带;其中2013年M_(S)7.0地震的发震断层为大川—双石断裂和大邑—名山断裂之间的龙门山前缘滑落带;而2022年M_(S)6.1地震的余震分布则位于大川—双石断裂带西北侧,发震断层为一条倾向SE的逆冲断层,经过研究分析,认为该断裂带为近NS走向,与大川—双石断裂同属龙门山前山构造体系。最后,分析两次地震的关联性,发现尽管两次地震空间位置较为接近,但由于两次地震的发震断层不同,且余震扩展方向差异明显,余震丛集也相对独立,因此认为M_(S)6.1地震是一次相对独立的地震事件。

大坝强震应急决策支持系统设计与实现

为提高水库大坝应对强震事件的应急反应能力,减少应急决策的随意性和盲目性,设计并开发一套大坝强震应急决策支持系统。对该系统进行详细的功能需求分析,完成系统整体框架结构的设计,同时对系统的主要功能、系统结构体系、数据库和功能流程等进行深入研究。系统结构的核心包括数据库、模型库、方法库和知识库,采用浏览器/服务器(B/S)架构与客户端/服务器(C/S)架构相结合的模式进行开发,实现了综合信息管理、强震动分析预警、决策支持和应急管理等主要功能。综合信息管理子系统整合了大量有关大坝和地震的信息,为决策提供了丰富的基础数据;强震动分析预警子系统能够实时监测强震信号,对大坝震后可能的危险情况进行预警;决策支持子系统根据预警信息和综合信息,为应急决策提供科学的决策依据;应急管理子系统可以根据决策结果,制定并执行应急响应计划。此外,界面设计简洁直观,易于操作,进一步提升了系统的实用性和用户的使用体验。研究成果可以为大坝强震安全构筑工程安全防护措施外的一道技术防线,有助于降低因大坝强震事件带来的灾害风险,保护水库大坝及下游人民的生命财产安全。

多年冻土区拓宽路堤的阴阳坡效应与地震反应

为研究冻土路堤拓宽后的阴阳坡效应和地震反应差异,以青藏地区多年冻土环境为研究背景,综合考虑了气温变化、太阳辐射、风速和对流换热等边界条件对冻土路堤温度场的影响,建立了有限元模型,通过有限元分析软件Abaqus分析了路堤加宽前后的温度场变化规律。通过原始路堤和加宽路堤各月份的路堤温度场结果,对路堤模型进行了区域划分和材料填充,分析了地震荷载作用下路堤的加速度响应和位移响应。结果表明:在不考虑加宽路堤材料和路堤搭接方式对路堤加宽的影响下,相比于原始路堤,加宽路堤并未对路堤阴阳坡效应产生放大作用,并且阴阳坡效应不会对地震反应差异产生影响。

城市大型弃土类滑坡的物理力学特性试验研究

文章基于现场大型剪切强度等原位物理力学特性试验,开展城市大型弃土类滑坡基本物理力学性质的试验研究,揭示弃土类滑坡体内不同区域的基本物理力学特征差异,以及弃土在浸水前后的抗剪强度特征。试验结果表明:弃土类滑坡的中、后缘区域表现为含水率高、抗剪强度衰减快及变形破坏强烈等特征;浸水后,弃土的黏聚力降低了34.3%,内摩擦角降低了23.0%。综合多种试验数据并进行分析,针对南宁市青秀城区类似地质成因与物质成分的弃土,建议将其在饱和状态下的抗剪强度指标cb和φb分别设置为8.9 kPa和7.4°。

门源M6.9地震诱发地质灾害特征研究

2022年1月8日发生的门源M6.9地震诱发了崩塌、滑坡、砂土液化、地裂缝等多种同震地质灾害。通过对门源M6.9地震地质灾害进行现场调查,得出了地质灾害的分布特征和各类型地质灾害的主要特点,分析了地震地质灾害不发育的原因,并对地震地质灾害的长期效应进行了分析预测。研究结果表明:门源地震诱发地质灾害主要分布在震中附近;崩塌、落石总体规模较小,滑坡多为岩质滑坡,且以冰碛物和表层岩土体的溜滑为主。受表层土体冻结和孔隙水压力消散的影响,饱和砂土液化沿较窄的地裂缝呈串珠状分布,喷出物多为粉细砂。地震形成了4条左旋左阶斜列的地表破裂带,并在极震区内形成了大量的地裂缝。断层破碎带对地震动的阻隔作用、覆盖层薄、地表土冻结可能是造成本次地震地质灾害总体不发育的主要原因;地震产生的大量地裂缝导致斜坡和堆积体的稳定性减弱,在耦合集中降雨、冻融作用等因素后可能诱发滑坡灾害,松散堆积于沟床处的崩滑物作为物源,可能会增加地震影响区泥石流灾害的风险。

青海门源6.9级地震同震及震前GNSS变形特征分析

北京时间2022年1月8日1点45分,在我国青海省门源县发生了6.9级地震。通过震中附近陆态网络GNSS连续观测数据得到的同震位移场显示,距离震中最近的QHME站同震位移最大,EW向达到20.31 mm,SW向达到-35.45 mm,震中附近五个站的同震位移反映出此次地震的左旋同震破裂特征;GNSS站间基线时间序列结果及区域应变时间序列结果表明冷龙岭断裂带北段的地壳运动相对南段较强,对应了地震发生的区域在冷龙岭断裂带北段;震前动态GNSS应变场结果显示,该区域的剪应变量值较小,有微弱的减小趋势,且始终在应变高值区的边缘;发震断层的滑动速度变化不大,量值上先增加后减弱,断层闭锁程度在震前有所增加,可能存在孕震的情况。

甚宽频带地震计噪声与环境耦合研究

首先以甚宽频带地震计为研究对象,分析垂直向的片簧系统理论模型,探讨气压变化对仪器的LP噪声影响;通过理论分析,得出垂直向的片簧系统受气压变化影响较大。根据片簧系统的理论模型,设计一种密封安装方法,通过实验探讨地震计噪声与环境耦合关系(气压、温度和底座变形的关系)。最后对实验数据进行功率谱噪声分析,结果显示抽真空后地震计三个分向的噪声均降低,其中在100 s处垂直向、东西和南北向分别降低了10 dB、5 dB和6 dB。