基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟

基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3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全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.

运动学震源模型对近断层长周期地震动模拟研究综述

初步分析了运动学震源模型对近断层长周期地震动模拟的研究现状、分析方法和模拟验证思路,运动学震源模型最新成果的运用对该研究至关重要,包括使用经验性的全局和局部震源模型参数,来设定地震震源破裂过程,以及使用已发生的特大地震的确定性复杂破裂过程两类。着重从这两类震源破裂过程的使用方式入手,综述了其对该研究的重要影响。由于未来的发展趋势向震源理论发展与应用,大地震震后快速产出、城市活断层灾害评估和特大地震地震危险性分析等方面集中,因此,从长周期工程结构的防震减灾来看,更多以及更细致的震源模型产出将有助于长周期强地震地面运动的模拟和预测。

基于FK方法和GP14.3震源模型的2023年土耳其M_(w)7.8级地震宽频地震动合成

本文合成了2023年2月6日土耳其M_(w)7.8地震的地震动时空场。首先,依据USGS网站提供的V s30数据和全球地壳模型Crust1.0数据,构建了土耳其南部地区的地下一维速度结构模型;其次,依据美国地质调查局(USGS)发布的断层滑动量及破裂前端分布结果,构建了此次地震的GP14.3运动学混合震源模型;然后,采用作者提出的FK方法对本次地震进行了0~10 Hz的宽频三分量地震动合成。通过合成结果与距离震中50 km范围内地震动较强的8个台站强震记录及相应反应谱的比较,检验了方法的可靠性和模型的适用性;最后,重点分析了土耳其东南部的加济安泰普市及附近地区地震动时空场特征。结果表明:1)本文计算的加济安泰普市区范围内的NS向PGA接近180 cm/s^(2)、PGV接近100 cm/s,伊斯拉希耶镇地区的EW向PGA高达560 cm/s^(2)、PGV高达150 cm/s,地震动强度比较大。2)基于本文强地面运动合成结果得到的加济安泰普市区范围内的地震烈度为VII度,伊斯拉希耶镇地区的地震烈度高达IX度,与USGS给出的结果一致。3)此次土耳其M_(w)7.8地震呈现明显的近断层地震动集中性效应、地面永久位移以及破裂方向性效应。

利用谱元法研究震源参数对于近断层地震动上盘效应的影响

国内外已有诸多学者基于强震记录或数值模拟方法开展了近断层地震动的上盘效应分析,并获得了初步的认识,但上盘效应随震源参数的变化规律仍有待深入探讨。本文使用运动学有限断层震源模型,运用高精度谱元法模拟逆断层破裂模式下近断层区域地震动,对比上、下盘地震动差异进而分析近断层地震动上盘效应。通过改变单一震源参数,研究断层上界埋深、震级大小以及断层倾角对地震动上盘效应的影响规律。研究结果表明:(1)使用运动学有限断层震源的谱元法数值模拟可以较好地反映近断层上盘效应;(2)上盘效应随测点到断层上界在地表投影的水平距离Rx的增加先增大后减小,最终趋于稳定。(3)上盘效应随断层上界埋深的增加先增大后减小,且随着断层上界埋深的增加,上盘效应峰值区会向远离断层破裂迹线的方向扩展。(4)上盘效应受矩震级影响较小,但总体随矩震级的增大而增大;上盘效应峰值区到断层破裂迹线的距离不随矩震级的变化而变化。(5)随着断层倾角的增加,上盘效应先增大后减小,当断层倾角为45°时上盘效应最为明显;随着断层倾角增加,上盘效应峰值区会向远离断层破裂迹线的方向扩展;当断层倾角为90°时不存在上盘效应。

青藏高原及其周边地区大地震震源过程成像

青藏高原是世界上地震多发区之一。仅 1990年以来就有 4次强烈地震发生在青藏高原及其周边地区。发生于 1990年 4月 2 6日的青海省共和县MW 6 .4 (MS6 .9)地震位于青藏高原的东北缘 ,发生于 1997年 11月 8日的西藏自治区玛尼县MW 7.5 (MS7.9)地震和 2 0 0 1年 11月 14日的昆仑山口西MW7.8地震位于青藏高原的北部 ,发生于 1996年 2月 3日的云南省丽江县MW 6 .6 (MS7.0 )地震位于青藏高原的东缘。通过中国数字地震台网 (CDSN)和全球数字地震台网 (GDSN)记录的数字波形成像 ,分析研究了这些大地震的震源运动学和几何学特征。研究表明 ,这些地震的震源性质因震源所处位置的不同而不同 ,它们的发生与印度板块与欧亚板块的碰撞、青藏高原的运动与变形有着密切的关系。反过来 ,从地震波形资料中获得的关于这些地震的震源机制、震源运动学和几何学特征的进一步认识为青藏高原目前的运动状态提供了证据。

基于有限断层震源模型的北京地区强地震动模拟——以1679年三河—平谷8级地震为例

采用谱元法在国家超算中心“天河一号”上模拟了1679年三河—平谷8级地震北京地区强地面运动,开发了适用于谱元法模拟的运动学有限断层震源程序,并依据地面GIS高程数据和地下勘探资料建立了含地表起伏的北京地区精细三维速度结构模型,实现了最高频率为2 Hz的确定性物理模拟。对比双侧破裂和2种单侧破裂情况的模拟结果,重点讨论了破裂方式对强地面运动的影响,结果表明:①三河—平谷地区及附近地区近断层效应明显,北京地区峰值速度总体上呈现“南强北弱,东强西弱”的特征,三河—平谷和大厂地区PGA最高可达0.37 g和0.32 g,平谷、三河、大厂等附近区域加速度峰值明显高于其它地区,为震害分布的主要区域;②断层破裂方式显著影响地面运动分布情况,双侧破裂与单侧破裂相比,影响范围广且对北京地区威胁最大,北京中心城区PGA和PGV分别达到0.12 g和1.0 m/s;③断层破裂方式的改变显著影响了观测点速度时程结果,导致观测点震中距发生变化,当震中距减小时观测点速度时程结果对应出现峰值时刻提前、峰值增大以及地震动持时延长的现象,尤其在观测点处存在沉积地形时这一现象则更为明显。

近断层速度脉冲与震源机制的关系浅析

本文初步分析了近断层速度脉冲的成因和特点,主要包括方向性效应与滑冲效应,并通过中国台湾集集地震的脉冲记录,分析了断层破裂方向和位移大小等震源参数对脉冲强度的影响。此外,基于有限移动源理论,说明了断层辐射与速度脉冲分布的关系,并探讨了利用运动学震源模型研究近断层地震动对速度脉冲影响的技术路线;评述了7种典型的等效速度脉冲模型,建议进一步研究等效速度脉冲函数与震源机制之间的关系。最后,简述了不同类型的断层引起速度脉冲的差异,并推测了产生脉冲型地震动的下限条件,同时展望该研究在地震预警方面的可能性。

2022年9月5日泸定M_(S)6.8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_(S)6.8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_(S)6.8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/s^(2),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震动的影响,地震动峰值在山顶和峡谷处明显放大,山顶处PGA和PGV分别放大1.9倍和1.5倍,峡谷谷底处PGA和PGV分别放大1.7倍和1.4倍,这里出现的地震动放大现象以及可能造成的次生地质灾害亟需引起注意。

地震供能、储能与放能机制的研究

“双向应变结构”是孕育和发生地震可能的供能、储能与放能的一种机制。它既能缓慢地储存弹性势能与重力势能而孕育地震,又能突然快速地释放弹性势能与重力势能而发生地震。由于地震发生时孕震体是(原应变的)应变逆转的自破裂过程,因此当初始破裂发生后,在破裂的前沿区,地震剪切应力在原有应力集中的基础上,还会再次产生一个突然快速增强(使破裂加速)到快速减弱(使破裂减速到停止)的过程,即产生“应变逆转破裂效应”。这样,不仅会大大增加地震破裂前沿区的剪切应力,而且还会大大减小破裂中的阻力,可能使地震发生中的断层强度佯谬得到解释。“双向应变结构”破裂发生地震的具体物理机制,印证了震源体断层运动的复杂性:既产生了剪切错动的破裂运动,又产生了单向的拉张与单向的压缩运动,同时还产生了整体的膨胀与整体的压缩运动。

张海明:把脉地震 永不止步

2008年汶川地震、2010年玉树地震、2011年日本大地震……近年来地震频发,给人类造成了不可估量的灾难和损失。而地震往往在没有预兆的情况下突然发生,大地摇晃,地裂房塌,甚至摧毁整座城市。地震之后的火灾、水灾、瘟疫等严重次生灾害更是雪上加霜。能不能对地震作出预报?目前。