利用近震Sp转换波到时和远震接收函数P波峰值延迟研究华北盆地浅部结构

收集2017—2020年中国地震科学探测台阵在华北地区布设观测宽频带流动地震观测台采集的高信噪比近震远震地震波形,采用远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时对华北沉积层厚度进行了估算.由远震接收函数P波峰值延迟,近震Sp转换波和S波到时差方法推断的华北地区沉积层厚度在6~7 km,燕山造山带区域沉积层厚度较小,结晶基底埋深一般小于1 km,华北盆地中部和东南部盆地结晶基底埋深较厚,厚度普遍大于3 km,局部厚度可达7 km.盆地内地垒式隆起区邢衡隆起有3 km厚度的沉积层,冀中坳陷、黄骅坳陷厚度6~7 km;沉积层厚度与地质构造相对应,坳陷区沉积层厚度较大,隆起区沉积层厚度较小,体现了沉积盆地内部不同二级块体的沉降差异.震相拾取误差、震源方位角和震中距对沉积厚度计算结果影响不明显;进行时深转换采用的一维速度模型准确性对计算结果存在一定影响.总体来说,远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时可以研究沉积层厚度,能够可靠、有效地确定沉积层厚度结构的特征,为地震风险评估提供基础信息.

2022年9月5日四川泸定M_(S)6.8地震近断层地震动特征

2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,造成重大人员伤亡和财产损失。本文利用此次地震中距离发震断层80 km以内获得的92个三分量加速度记录,研究此次地震近断层地震动峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和不同周期加速度反应谱(Sa)的空间分布与衰减特征,探讨了近断层地震动的脉冲特征及其对地震动反应谱的影响。研究结果表明:(1)此次地震近断层地震动表现出随观测方向变化的较强极性特征,其中51LDJ记录的南北分量约达到东西分量的3倍,这主要受地震的走滑破裂特征影响。(2)近场地震动强度的空间分布主要受此次地震发震断层的走向控制,峰值加速度、速度和加速度反应谱值的分布与断层走向特点一致。较强的观测值多位于烈度VII度以上的区域,与震害分布相符,地震动强度分布从一定程度决定了震害分布。(3)从实际观测结果与地震动经验模型的对比来看,经验模型对本次地震PGA和0.2 s的短周期地震动有较好的预测;对于PGV和周期0.5 s以上的地震动反应谱,本文考察的6个经验模型均有不同程度的高估。(4)本次泸定地震有2条典型脉冲记录,均位于距离发震断层15 km以内,脉冲记录波形具有明显的双向脉冲特征,记录的PGV分别达到56.0 cm/s和37.0 cm/s。速度脉冲在其脉冲特征周期附近,对加速度反应谱有显著放大作用。受此影响,距离断层最近的T2471台站记录的东西向和南北向反应谱在周期0.6~1.5 s范围均显著高于VIII度罕遇地震设计谱。此外,局部地形对地震动短周期成分有重要影响,T2471记录东西向反应谱在0.1~0.2 s,也远远超过了VIII度罕遇地震设计谱。

四川地区场地放大系数特征分析及在强地震动模拟中的应用——以2022年芦山M_(S)6.1地震为例

基于四川地区62个强震动台站的场地资料,依据中国抗震规范及美国下一代衰减的Geomatrix(GMX)场地分类方法将台站场地进行了划分,并以台站的场地放大系数和高频衰减参数(κ0)为基础数据,研究了不同场地类型的场地放大系数平均特征.结果显示,在中国Ⅱ类场地中,受狭窄山间谷底地形效应影响,满足GMX的C类场地在大于10 Hz的高频段有明显放大;受深厚软弱沉积层影响,满足GMX的D类场地在小于5 Hz的低频段放大效应显著.考虑震源滑动模型、山区和盆地品质因子差异、局部场地效应,采用区域内余震平均应力降,通过随机有限断层法模拟了2022年芦山M_(S)6.1地震中9个断层距(Rrup)<100 km的强震动台站的加速度时程、傅里叶振幅谱(FAS)和反应谱(PSA).结果显示,模拟结果与观测加速度时程的S波部分符合良好.在8 s以下周期范围内模拟与观测FAS和PSA形状和幅值基本一致.较好地模拟结果支持此次地震为2013年芦山M_(S)7.0芦山地震的一次余震.另外,模拟结果体现了此次地震在Rrup<35 km范围内有明显的方向性效应,与观测数据相符.最后,考虑各类场地的场地放大系数和κ0的平均特性,比较了此次地震中Rrup<150 km的167个盆地和130个山区烈度台观测和模拟峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV),以及周期为0.5 s、1.0 s、5.0 s和8.0 s的PSA幅值随断层距的衰减特性.结果显示,山区和盆地的地震动参数随距离的衰减特性较为相似,山区和盆地的PGA、PGV强度相当.但是,在周期大于1.0 s的长周期段,盆地的反应谱幅值整体上大于山区.

NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动各分量的适用性

鉴于传统的地震动预测模型未考虑速度脉冲的影响,可能会低估近断层区域的地震风险,而新一代NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动的适用性有待研究。首先,收集了2013年以来的近断层地震动记录,在充分考虑脉冲方向的不确定性条件下,基于小波方法定量地识别出速度脉冲记录,形成了最新的速度脉冲记录数据库;然后,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,基于偏差参数分析方法,定量地研究NGA-West2地震动预测模型分别对速度脉冲原始记录和提取长周期脉冲后的残余记录的适用性。研究结果显示,NGA-West2中的四个地震动预测模型均会低估近断层速度脉冲记录,特别是在脉冲周期附近的周期段内速度脉冲观测值远远大于这四个预测模型的预测值,但残余记录观测值与NGA-West2中四个地震动预测模型的预测值较吻合。值得注意的是,CB2014地震动预测模型能更好地预测残余记录。

考虑近断层方向性效应的速度脉冲放大作用预测模型

近断层速度脉冲型地震动对结构有特殊的破坏作用。所以在近断层概率地震危险性分析以及工程抗震设计时需要考虑速度脉冲的影响。而传统地震动预测模型往往会低估速度脉冲的影响。因此,如何可靠地估计速度脉冲的影响是近年来研究的重要课题之一。该研究以NGA-West2数据库为基础,另外收集近年最新获取的近断层地震动记录,考虑脉冲方向的不确定性,基于小波方法定量进行速度脉冲识别,共获得316条速度脉冲记录。基于该数据,采用最小二乘法拟合得到新的速度脉冲放大作用分段预测模型,并与已有的速度脉冲放大作用预测模型进行比较,验证了其有效性。该模型考虑了近年实际地震动观察结果,在已有的速度脉冲放大作用预测模型基础上,进一步提高了脉冲放大系数的平台高度。基于所提出的脉冲放大作用经验预测模型,通过对传统地震动预测模型进行修正从而对近断层速度脉冲型地震动进行了有效估计。

2022年6月1日芦山MS6.1地震近场地震动特征及与西南地区地震动预测方程的对比分析

基于芦山MS6.1地震的61组强震动记录,分析近场强震动记录的幅值特征、水平向地震动强度的空间分布;将近场台站加速度反应谱值与NGA-West2和ZYLW22模型的预测中值进行对比;结合实际观测值与ZYLW22模型预测中值的对比、事件内残差的分布,检验此次芦山MS6.1地震是否符合西南构造活跃区主震的地震动衰减特性.研究结果表明,(1)近场台站记录的地震动强度均小于中国地震局划定地震烈度相对应的值;(2)空间分布显示断层破裂前方(震中北东向)的反应谱值大于相同距离处的破裂后方,在长周期表现的更为明显.断层破裂前方的水平向SA在短周期大于NGA-West2和ZYLW22模型的预测中值,而断层破裂后方的水平向SA在整个周期范围内与ZYLW22模型的预测中值相差不大,地震动的方向性效应较为显著;(3)ZYLW22模型可以很好地预测芦山MS6.1地震大多数水平向地震动.构造活跃区和稳定区的地震动衰减速率不同,西南地区应按构造活跃区和稳定区分别进行地震动预测方程研究,并需进一步考虑震源破裂方向性以及盆地效应的影响.

日本北海道胆振东部M_(W)6.6地震近断层地震动的上盘效应

上盘效应是近断层地震动的主要特性之一,而目前就上盘效应的定量研究较少。本文利用日本K-NET和KiK-net强震动台网获取的近场强震动加速度记录,定量研究了北海道M_(W)6.6地震的上盘效应对地震动PGA、PGV和不同周期的加速度反应谱值空间分布和衰减特征的影响,探讨地震动上盘效应的特征及其影响范围,并将上、下盘观测结果与地震动预测经验模型进行对比。研究结果表明:(1)在断层距小于45 km时,此次北海道地震具有显著的上盘效应特征,断层上盘记录的PGA、PGV和加速度反应谱值明显大于下盘和中间区域的地震动观测值,且高于本次地震的平均值。上盘效应影响范围与震源破裂过程反演得到的断层尺度相吻合。(2)断层上盘的PGA观测值高于此次地震平均水平的对数偏差为0.61±0.16,这与1994年北岭地震和1999年集集地震等逆冲型地震的影响水平接近。上盘记录的PGV高于平均水平的对数偏差为0.39±0.12,即高于平均水平约35%。上盘观测地震动在周期T为0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 s时的加速度反应谱值高于平均水平的对数偏差分别为0.33±0.19、0.54±0.23、0.53±0.20、0.26±0.21、0.24±0.19、0.16±0.16,随着周期的逐渐增大,上盘效应引起的偏差不断减小。此次地震上盘效应对地震动的影响主要以PGA和短周期(T≤1.0 s)地震动为主。(3)从实际观测结果与地震动预测经验模型的对比来看,对于PGA和小于1.0 s的短周期地震动,BSSA2014和CB2014的2个模型对此次地震上盘效应的预测效果更好,但对1.0 s以上的长周期,ASK2014、CB2014、CY2014模型的预测效果更好,BSSA2014模型则可能会高估地震动。

基于小波方法分析汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,并将此次地震中获取到的速度脉冲周期和幅值参数与Chi-Chi地震和Northridge地震进行了比较,统计分析地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.研究表明:(1)汶川地震近断层速度脉冲具有周期长、幅值小的特点.速度脉冲周期主要分布在6～14s之间,其中51MZQ台沿平行断层的分量脉冲周期最大为14.2s,速度脉冲幅值与Chi-Chi地震和Northridge地震相比明显偏小.(2)速度脉冲记录出现在沿着地震断层破裂传播的方向上,且与地表断裂的距离都在30km以内,这些长周期速度脉冲的形成可能主要由破裂传播的向前方向性效应引起.(3)速度脉冲的周期随矩震级呈对数线性增大,且随断层距增大有减小趋势.在矩震级小于Mw7.5时,观测到的地震动脉冲幅值为50～150cm/s之间,与100cm/s的典型断层滑动速率非常接近;而震级大于Mw7.5时,断层距10km范围内脉冲的幅值已经超过100cm/s,个别记录的脉冲幅值甚至达到200cm/s,远超过前人给出的饱和值,这可能与大的永久形变或该处土层介质条件有关.

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3～60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%～40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s,0.5 s,1.0 s)与短周期(T=0.05 s,0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(<0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(<0.1 s)随断层距的增大而减小.

2008年汶川地震近断层地震动的非平稳特征

利用中国强震动台网获得的汶川地震近断层强震动数据,研究汶川地震近断层地震动的强度和频率的非平稳特征,并对其非平稳特征的原因进行初步分析.研究表明近断层地震动强度和频率表现出很强的非平稳特性,这种非平稳特征主要受震源破裂机制、台站方位和局部场地条件的影响.破裂传播正向和反方向上地震动强度和频率的时间过程有显著的不同.在破裂正向上,地震动加速度记录表现为大幅值、短持时的强度过程,强度过程的持续时间为15 s左右,加速度时程的主要周期约为0.4 s,地震动速度时程有较明显的速度脉冲,脉冲周期可以达到8 s;在破裂的反方向上,地震动强度过程的时间跨度长达90 s,加速度记录的主要周期约为0.6 s,速度时程中没有明显的脉冲.小波功率谱的分析结果表明破裂正向上速度脉冲表现为在很小的时间尺度和频域内能量的集中,值得注意的是,观测到的速度脉冲的周期长达8 s,比Chi-Chi地震和Kobe地震中观测到的脉冲周期要长,这可能与汶川地震的震级相对较大有关.

芦山7.0级地震近断层地震动的方向性

基于芦山7.0级地震中断层距小于100km自由场台站的强震动记录观测数据,研究此次地震近断层地震动的方向性特性,并探讨方向性特性与震源破裂机制、断层距离和空间方位的关系.研究结果表明:(1)与距断层较远记录不同,近断层地震动在不同的观测方向上表现出显著的强度差异,存在明显的极大和极小作用方向.在不同的方向上,最大加速度反应可达最小值的4倍以上;(2)这种方向性差异在T=1.0s以上的长周期段更为明显,在T=0.1s以下的短周期段,地震动随方向变化的差异较小.地震动强度随方向变化的差异随周期增大而增大,不同方向上的加速度反应谱值的最大值与最小值之比从周期T=0.01s时的约1.7增大到周期T=10s时的约2.4;(3)在距离断层约35km以内,地震动具有明显方向性,地震动卓越方向具有垂直断层走向的特征,随断层距的增大,这种方向性不明显.从不同方向上地震动强度的差异来看,随断层距增大,地震动强度在不同方向上的差异在减小,表现为各个周期的最大值/中值和最大值/最小值比值均随断层距离增大缓慢减小;(4)近断层地震动的方向性特性主要受断层上、下盘的相对运动所控制,其在长周期的卓越方向与水平同震位移方向一致,且该卓越方向上的地震动强度绝对大小与地震破裂造成的静态位移明显相关,表现为地震动强度随水平同震位移的增大而增大.

日本熊本M_W 7.0地震的长周期地震动

利用日本K-NET和KiK-net强震动台网获取的距离发震断层100 km以内136个强震动台站的三分量加速度记录,研究熊本M_W7.0地震地震动的长周期特性.基于残差分析研究不同周期地震动的空间分布差异,将观测分析结果与美国NGA经验模型、汶川和芦山地震观测结果进行对比,揭示此次熊本地震近场强震动的长周期特点及其形成机理.研究结果表明:(1)虽然总体上此次地震的近场地震动水平与美国NGA-West2经验模型的预测结果接近,但周期2 s以上地震动的分布在断层不同方位有系统性差异,在断层的北东方位,周期2.0～10.0 s的反应谱高于NGA-West2经验模型的预测结果,在西南方位,谱值低于经验预测模型.(2)我们认为此次地震2.0～10.0 s的长周期地震动的空间分布差异主要受破裂方向性的影响,在破裂传播的正前方,周期T=2.0 s,3.0 s,5.0 s,7.5 s和10.0 s的加速度谱被放大到整体观测平均水平的1 4～2.0倍.从周期T=2.0 s到10.0 s,破裂向前方向的放大作用和破裂反方向的减弱作用均有所增强,此次地震观测到的速度大脉冲记录均位于断层的东北方位,这与方向性脉冲的产生机理相吻合,速度大脉冲对加速度反应谱有显著的长周期放大作用,放大倍数值可以超过4.0,放大作用的影响主要位于脉冲的特征周期T_p附近.(3)近断层记录在建筑结构敏感的周期(0.5～2.0 s)的反应谱达到芦山地震的3～6倍,虽然与芦山地震震级接近,此次地震近断层地震动破坏力大大超过了芦山M_W6.8地震,甚至超过了汶川W_W7.9地震,这种长周期特点应该引起工程抗震设计和相关研究人员的重视.

利用强震数据获取汶川地震近断层地面永久位移

利用汶川地震中得到的靠近映秀—北川主断裂的64个强震台站的三分量记录数据,对加速度记录进行基线校正的基础上获取近断层地面运动的永久形变位移,并将由强震记录获取到的地面位移结果与GPS观测到的同震位移进行对比分析,研究汶川MS8.0地震的近断层地面运动的位移特征.结果表明:①在靠近映秀—北川主断层的上盘和下盘,东西相向的地面运动非常剧烈.下盘的51SFB,51MZQ和51JYH台东西向位移均为负(即地面运动向西),其中51SFB台位移量最大,达到1.49m;上盘的51WCW台位移向东,位移量为1.26m.②地面运动的位移分布主要表现为以龙门山断裂带的映秀—北川断裂为核心的相向运动,东西方向上的永久位移要大于南北方向.从断层机制上来讲,断层的错动以逆冲运动为主(即逆冲位移要大于走滑分量的位移),这与震源机制反演及地质考察的结果一致.③大的地面永久位移集中分布在以龙门山断裂带为中心的狭长范围内,离开发震断裂地面位移的衰减很快.相比而言,在发震断层的下盘一侧(即四川盆地)的地面位移的衰减比上盘一侧明显要快.

基于洪水演进数值模拟的溃坝危害性快速评估

采用部分溃坝模型与堰流相交算法计算溃坝最大流量,并基于四次抛物线概化方法得到溃坝洪水的流量过程线;利用洪峰展平法将洪水波概化为三角形,对洪水演进过程进行模拟,分析溃口宽度和溃口形态对洪水演进过程的影响;研究考虑不同溃坝条件下对溃坝洪水的到时、最大流量、水深和洪水历时等洪水演进的主要参数的快速估算方法,以实现对地震可能引发不同溃坝事件危害性的快速评估。

第十五届世界地震工程大会上世界各国强震动观测及最新进展交流

引言 第十五届世界地震工程大会（worldConferenceofEarthquakeEngineering，WCEE）于2012年9月24日至28日在葡萄牙里斯本召开。本次大会共收到了6000多篇摘要，共约7700个作者，4000多人注册参会，与会代表来自7大洲的85个国家。最终接受论文有3600多篇，其中1250篇口头报告，1500多篇张贴报告和900多篇电子报告（e—poster），有16个分会同时进行。

汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200km的64组强震记录数据，基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性，同时将汶川地震的速度脉冲与集集地震和Northridge地震进行对比，利用NGA数据库24次地震事件中的3615条记录，选取出典型的脉冲型记录作为统计分析的基础数据，研究地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响。

考虑重力P-Δ效应影响的层间位移谱计算方法

基于重力剪切梁模型研究竖向重力严△效应对连续梁层间变形的影响，利用Bessel级数给出了重力作用影响下剪切粱的自由振动的解析解，提出了一种可考虑重力效应影响的层间位移谱计算方法，将加州理工大学Iwan教授的纯剪切梁模型推广到重力P-△作用影响的情形。

考虑重力影响的侧移谱计算方法

随着地震记录的不断积累，人们对地震动工程特性的认识逐渐加深。早在上世纪50年代，G.W.Housner将反应谱概念引入抗震设计。反应谱已成为描述地震动频谱特性及分析结构地震反应的重要手段。然而，1989年Loma Prieta地震，1992年Landers地震，1994年Northridge地震，1995年Kobe地震，以及台湾集集地震的强震记录表明：近场强地震动时程中往往包含大幅值长周期的脉冲。

汶川MS8.0地震近断层强地面运动特征

详细研究2008年5月12日汶川8级地震近断层强地面运动时空分布特征,对揭示这次地震灾害分布特点及其成因具有重要意义。本文较为系统地研究了汶川地震近断层地震动特性（峰值、持时、不同周期的反应谱加速度值）的空间分布及其衰减特征,分析了断层距、

汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响.从汶川MS8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录,根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整,使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致,以此作为结构地震反应分析的地震动输入.选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构,建立有限元分析模型,分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布.研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异,且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言,非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大.随着结构自振周期的增加,高阶振型的影响更加明显.与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大.速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型,产生较大的层间位移反应.非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此,在开展近断层结构地震影响评价时,应考虑近断层速度脉冲的影响.