基于小震经验格林函数研究中等地震破裂方向性:以2008年攀枝花M_(S)6.1地震为例

中小地震破裂方向性研究在确定实际发震面以及地震灾害评估中具有非常重要的意义.本文以2008年8月30日攀枝花M_(S)6.1地震为研究实例,以较小余震作为经验格林函数地震,利用表观震源时间函数随台站方位角变化特性,确定了主震的破裂方向、破裂尺度以及破裂速度,验证了该方法的适用性和可行性.研究结果表明,主震的破裂方向为几乎正南的184°,破裂长度8.05 km,破裂速度3.35 km·s^(-1),进一步确认了主震震源机制解其中沿南北向的节面是地震实际发震面,主震在水平方向沿着南北向元谋断裂从北往南破裂.攀枝花地震震源破裂速度接近地壳剪切波速度,这可能是造成此次地震虽然震级不大但破坏性严重的重要原因.本文综合分析主震的矩心深度、震源机制解、破裂方向性以及构造应力背景等信息,探讨了地震发生的破裂过程以及灾害严重的原因.

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：

经验格林函数方法模拟强地面运动的研究进展

经验格林函数方法(简称EGFM)是当前模拟强地面运动的一种主流方法。主要介绍EGFM方法的发展历程和特点,重点解释了EGFM核心理论的沿革;详细介绍了加入凹凸体模型的改进的经验格林函数方法,并指出一种划分凹凸体区域新方法的可能性。

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３０Ｓ．第一次事件的持续时间较短，约１２Ｓ，震源时间函数的上升时间约５Ｓ；第二次事件的持续时间较长，约１７Ｓ，上升时间约８Ｓ．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１?

估计近场地震动的统计-经验格林函数法

本文提出统计-经验格林函数法,用以估计缺乏小震记录场点在大震时的地震动时程。统计-经验格林函数的富里哀幅值谱从其它类似场地获得的小震记录的富里哀谱的衰减关系中得到,其相位谱则直接取自小震记录的相位谱。本文分别用经验格林函数法和统计-经验格林函数法,用迁安台记录到的1976年唐山地震的三次余震(M_L 5.8、M_L 5.7和M_L 5.4)的加速度记录,合成唐山地震的最大余震滦县地震(M_s 7.1)时迁安台的加速度时程曲线,合成结果说明了所提方法的可行性。

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。

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.

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。

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手——宫城地震的强地面运动

运用经验格林函数方法,对2008年6月13日日本岩手—宫城(MW6.9)地震进行了近场强地面运动的模拟研究.首先,利用震源谱拟合方法和遗传优化算法计算了经验格林函数法所需的参数,进而估算求得了此次地震主断层面上强震生成区的面积和上升时间.基于所获得的震源模型,计算了近震源区域的强地面运动时程,并同实际观测记录在时域和频域作了分析比较.结果显示,多数台站合成谱与观测谱符合得很好,部分台站两者在低频上有一定的偏差.通过遗传算法搜寻,所得强震生成区的面积与经验关系预测的一致,而上升时间则比经验关系预测的要小.

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 2 0日 17h 4 7minUTC(北京时间 9月 2 1日 0 1h 4 7min)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 2 2日的MW6 .1余震 ,有 2 6个台站的 78条记录的 97对震相清晰可用 ;对于发生在 9月 2 5日的MW6 .2余震 ,有 2 4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 2 6s .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 % .

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。

应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进

针对大小震拐角频率的差异,假设大震断层上每个子源的拐角频率与已破裂的子源个数平方根成反比,基于ω2震源谱模型,通过理论推导构建了一个函数,将动力学拐角频率引入经验格林函数法。以汶川地震余震记录为格林函数,分别用改进前和引入动力学拐角频率后的经验格林函数法合成5·12汶川大地震强地面运动。对比合成结果与观测记录,结果表明改进前经验格林函数法合成的地震动在低频部分相对实际记录偏低;引入动力学拐角频率之后的经验格林函数法合成的结果在高频基本保持不变,低频部分得到提高,并与实际记录符合。引入动力学拐角频率后,大部分合成结果很好地符合实际记录。说明动力学拐角频率可有效改善经验格林函数法的低频合成结果,同时验证了经验格林函数法对MW7.9特大地震地震动合成的有效性。

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。

经验格林函数法和遗传算法在震源谱研究中的应用

发展了传统的经验格林函数方法,将其与遗传算法结合起来用于地震震源谱的研究,以求得较大地震震源谱的高频衰减趋势的斜率。在此基础上先用遗传算法较为精确地搜索出较大地震的拐角频率,再用遗传算法对较大地震的振幅谱因衰减造成的损耗进行补偿,从而确定自震源至地震台传播途径上的介质品质因子Q值,最后给出了利用乌鲁木齐区域遥测数字地震台网资料测定Q值的范例。从计算结果得出乌鲁木齐至北天山一带的乌苏地区地震震源谱的高频衰减趋势满足ω-2形式,Q值在480左右。

经验格林函数法与随机有限断层法在合成近场强地震动中的联合运用

本文采取将经验格林函数法与随机有限断层法相结合的方式,突出体现了各自方法的优点,通过经验格林函数法确定地震震源参数,用随机有限断层法计算参数、检验其合理性。利用1998年新疆阿图什M6.9级地震的ML4.7级余震记录,合成了这次地震的最大余震MS6.0级地震的加速度记录,并将合成的结果与实际记录在频域和时域做了对比,分析研究了地震动特征和这次最大余震的可能破裂特征。同时对经验格林函数法需进一步改进的方向进行了探讨。

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。

用经验格林函数方法研究台站的场地响应

本研究利用成都遥测数字地震台网数字地震波形数据资料,采用经验格林函数方法研究台站的场地响应,并与计算台站场地响应的常规方法—Moya方法得出的结果进行了比较。结果表明,两种方法得到的结果是比较相似的。本研究所采用的经验格林函数方法简单、有效,得到的台站场地响应结果真实可靠。

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手县地震强地面运动

1研究背景 众所周知，大地震中的近场强地面运动对近断层的建筑物和工业装备破坏十分剧烈，但是长期以来由于近场强地面运动记录的缺乏，人们对其特征了解甚少。而且现有的震源动力学计算方法受到缺乏地下三维速度结构的准确信息和本身计算能力所限，模拟出的地震波的高频部分不足。地震波的低频和高频部分都会对建筑物造成损害，所以在宽频带对地震动做准确估计是非常重要的。

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。