2021年日本福岛海域M_(W)7.1地震S-net海底地震动特征

2021年2月13日日本福岛县东部海域(Off-Fukushima)发生的M_(W)7.1地震是目前世界最大的海底观测系统——日本海沟地震和海啸海底观测网(S-net)——迄今为止记录到最大的俯冲带地震.为认识海底地震动并探究海陆差异,本文介绍了S-net海域台网及其数据处理的特殊性和必要性,分析了Off-Fukushima地震的地震动幅值、频谱和持时特征,比较了海底与陆地震动衰减特性的异同,对比了近海岸埋置台站、近海沟未埋台站及陆地台站地震动的差异,并与俯冲带地震动模型(GMM)进行了比较.结果表明:Off-Fukushima地震海底水平向PGV和周期大于0.5 s的加速度反应谱值显著大于陆地记录;相比陆地,海底动力放大系数谱向长周期方向偏移,表明海底记录长周期成分更丰富;受到海水的抑制作用,海底记录V/H反应谱比值小于陆地记录;由于海底记录与陆地GMM在路径和场地方面存在差异,水平向PGA及反应谱的残差分布出现明显偏移;海底近海岸埋置台站与近海沟未埋台站的地震动特征存在系统性差异,水平向差异很可能与海底地形有关,而竖向可能受到布设方式对台站与海底耦合程度的影响.本文对Off-Fukushima地震动参数特征和衰减特性的分析结果可为海域地震预警、海域区划和海域危险性分析中的海底地震动特征及GMM的确定提供参考.

海底强地震动观测及其特征的研究进展

综述了美国和日本海底强震观测系统,介绍了美国南加州近海海域海底地震观测系统(SEMS)和日本相模湾近海海域的实时海底地震海啸监测系统(ETMC)的发展历程和海底强震记录数据库,总结了海底地震动特性及其与陆地地震动特性的差异、近海地震动衰减关系、海水对地震动的影响和海底强震数据在海洋工程抗震问题上的应用等几个方面的研究成果;阐述了我国海底地震动特性的研究现状并对未来的发展趋势作了展望;最后对国、内外海底地震动特性的研究成果进行了讨论。

二维不规则海底地形对海底地震动的影响

讨论了海底地形对海底地震动的影响，并用有限元方法对二维问题进行了具体的研究．文中用参数分析的方法，就诲底凸起地形和凹陷地形以及不同的海水深度，进行了海水与海床土体系在基底地震动输入下的流固耦合反应计算，取得了对所讨论问题的基本认识：（１）海床土高处的地震反应比低处的大，高处与低处间凹角处的反应则为最小；（２）随着海水深度的增大，对凸起地形来说，海床上的地震反应趋小，而对凹陷地形来说，这一点不明显．

2016年日本Off-Mie Mw_(5.8)级地震的海底地震动非线性反应特征

近年来全球频繁发生的海域地震对海洋工程的抗震设计提出了新的要求。为了研究海底地震动的非线性反应特性,基于日本Nankai海域DONET1海底台站记录的2016年Off-Mie Mw_(5.8)级地震的近场地震动数据,采用水平(horizontal)和竖直(vertical)方向傅里叶谱比(H/V)方法分析了具有强烈非线性反应特征的4个台站的主频(f_(peak))和峰值(A_(peak))随时间的变化规律、评估了此次地震海底场地非线性响应恢复时间。研究结果表明:部分海底台站基于H/V识别的f_(peak)在S波到时出现明显下降,S波结束后趋于平稳且低于P波到时呈现的非线性反应特征;H/V识别的A_(peak)则呈指数式上升趋势。通过对产生强烈非线性反应台站的震后地震动谱比分析,表明f_(peak)和A_(peak)在震后20 d左右恢复到震前参考值,个别台站由于遭受强烈非线性反应可能导致速度结构的改变致使f_(peak)没有恢复。

考虑不同分类的海底地震动特性及其不确定性分析

为了研究海底地震动特性及其不确定性,本文基于日本K-net海底地震动,经过数据筛选、地震动分类、滤波以及基线调整,对典型地震动参数和弹塑性谱进行了研究.通过分析震源类型、震级和距离对地震动参数及频谱变异系数的影响,讨论了海底地震动的不确定性.结果表明:随距离和震级的增大,其对幅值的影响逐渐减弱;震级因素对持时的影响高于距离因素;距离较小时其对阿里亚斯强度的影响较大,距离较大时其对阿里亚斯强度的影响小于震级的影响.海底地震动动力放大系数谱峰值大于抗震规范值;震源类型主要影响地震动弹性反应谱的长周期段,震级和距离主要影响长周期弹性反应谱的不确定性.对于浅地壳、板缘和板内地震,弹塑性反应谱不确定性的影响则体现在短周期段.通过与未分类的海底地震动变异系数的比较发现,按震级、距离与震源类型对海底地震动分组之后统计不确定性明显降低.

基于特征分类排序的典型海底地震动记录研究

面向海域工程抗震设计及评估对海底地震动的需求,基于日本相模湾海域K-NET的ETMC海底强震动记录,根据震级、震中距选取面向工程输入的949组地震动记录数据库。在考虑震源类型差异的基础上,对地震动峰值、持时、频谱等参数进行分析,通过反应谱、Arias烈度等指标描述典型海底地震动特征。根据峰值加速度、显著持时等强度指标对海底地震动记录进行排序,给出基于不同地震动特征分类下的典型地震动记录。推荐的海底地震动可为考虑不同结构需求参数的典型海域工程结构时程分析提供输入地震动。