近场强地震动模拟中对破裂的方向性效应和上盘效应的表达.

为了模拟近场强地震动，采用了基于有限断层模型的一种随机合成方法．震源破裂面被剖分成一定数量的子源，总的地震矩分成数量更多的子震的矩．一给定子源中一次子震引起的场地地震动的傅氏谱，通过考虑点源的谱、随着距离的衰减、能量耗散及近地表效应等导出．据此幅值谱和一个随机相位谱，并与一个时程包络函数结合，合成一个子震时程．将各子源中各个子震引起的所有时程叠加，得出场地的地震动时程．叠加中，各子震时程之间的时滞，据子震发震时差和子源至场地的距离差别引起的时差确定．对一个设定地震，选用4个断层面倾角，计算了近场21个地点的地震动．结果表明，本文方法可以很好地表达破裂的方向性效应和上盘效应．为了验证方法的可靠性，对1994年美国北岭地震中3个近断层台站MCN，LV3和PCD模拟的地震动与实际记录的加速度反应谱和时程作了比较．      

基岩地震动的一个相干函数模型--倾滑断层情形

本文研究了基岩随机地震动的空间变化规律，考虑了震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响。对应于每个样本，用数值模拟方法计算了采用震源位错模型的弹性半空间近场地震动场，最后通过统计方法给出了一个倾滑断层情形下的近场基岩地震动的相干函数模型。这一方法可以补充常用的统计方法因观测资料有限而导致的欠缺。     

2010年4月14日玉树Ms7.1地震加速度场预测

基于有限断层震源、且使用动力学拐角频率的地震动随机模拟方法预测玉树地震近断层的加速度场.首先,基于有限断层震源建模方法建立该次地震的震源模型;然后,基于上述地震动模拟方法预测玉树地震近断层191个节点的加速度时程.在此基础上,取每个结点的加速度峰值绘制该次地震的近断层加速度场.结果表明:(1)近断层加速度场主要受震源破裂过程和断层面上滑动分布的影响.断层面上凹凸体投影到地表的区域附近,加速度峰值最大,也是震害最严重的区域;(2)对于走滑地震,断层沿线附近的场地并非均会发生破裂方向性效应;发生破裂方向性效应的场地与凹凸体在断层面上的位置有关.     

基岩地震动的一个相干函数模型-走滑断层情形h

目前研究地震动空间变化的主要方法是利用密集台阵（如SMART1台阵等）的强震观测记录进行统计分析，由于地震动观测资料的不足，因而缺少基岩及不同场地类别地震动相干函数模型. 本文利用数值方法了模拟理论地震图，进而研究采用震源位错模型的基岩随机地震动的空间变化规律，并考虑震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响. 其具体思路为:首先对应于每个样本，用有限差分数值模拟方法计算弹性半空间近场地震动场，而后对所有样本的计算结果进行统计，给出了一个走滑断层情形下的近场基岩表面及沿基岩竖直方向水平分量地震动的相干函数模型.      

断层下方地壳分层结构对地震动模拟结果的影响研究

考虑震源破裂过程的三维地震动数值模拟一般需将震源包含在计算区域中,这样的计算模型区域大,计算量大,尤其是对于断层埋深较大的情况。本文对破裂断层下地壳分层结构引起的反射波的影响进行了分析,分别对改变断层下方介质的密度和波速两个参数的模拟结果进行了对比,结果表明:断层下方地壳分层结构引起的反射波对地表观察点地震动时程的影响很小,可以忽略。因此进行三维地震动数值模拟可以不考虑断层下介质的影响,从而可以大大减小计算区域,提高计算效率。     

层状介质对破裂过程的影响

震源动力学中破裂产生的地震动在层状介质中的传播模拟,是地震学以及地震工程学研究的前沿课题之一。本文通过建立精确的三维模型,选取具备灵活网格、高精度高效率计算性能的谱元法,利用有效抑制伪震荡的时间域离散方法——加权速度Newmark方法以及多次透射人工边界条件,进行了SCEC/USGS基准项目中TPV5模型的地震破裂过程模拟,得到基于层状介质模型和均匀介质模型（后者采用相同破裂模型）的埋深2km的震源参数结果。将二者进行对比,并具体分析破裂面位错、地震矩、破裂传播时间、上升时间和地表位移,发现层状介质对破裂过程的传播影响较为明显:① 层状介质的存在整体增加了破裂面上的位错,在层状介质模型下计算得到的地震矩约是均匀介质模型结果的1.3倍,因此认为层状介质增强了地震破裂过程中的能量释放;② 层状介质的存在使得破裂传播至地表的速度减慢,并缩短了地表各点的上升时间,增强了地表的地震动响应;③ 层状介质对于地表位移有着明显的增加作用,同时协同破裂面上的初始应力异常区域对位移峰值中心的改变有显著影响。④ 介质分异面附近地震动强烈。对结果进行整理后发现,在具有地下层状介质的地区要充分考虑层状介质产生的场地效应,否则可能会低估该地区的地震危险性。     

实际地形对2010年玉树MS7.1地震动力学破裂过程及地震动特征的影响

基于震源动力学模型,采用曲线网格有限差分法模拟了水平自由地表及实际地形条件下2010年玉树M_S7.1地震的震源破裂过程及相应的地面地震动,获取了断层面上的破裂传播过程、最终滑移量分布及峰值地面速度分布,讨论了实际地形对玉树地震破裂过程及相应地震动的影响。基于本文设定的动力学模型,模拟结果显示:断层面上的高应力降是玉树地震出现超剪切破裂传播现象的主要原因;计算区域的实际地形阻碍了由自由地表引起的超剪切破裂的产生,对断层面滑移量的分布特征及滑动速率影响较大,进而在一定程度上降低了地震动峰值,同时对地震动的分布特征产生影响,且地震动平行断层面的水平分量相对受影响更大。      

震源破裂方式和断层性质对近场强地震动特征的影响

基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法,以1994年Northridge地震断层面上位错量的不均匀分布模式和该地区的地层剪切波速度结构为震源模型和计算模型,做了两个方面的模拟研究:(1)直立走滑断层(断层倾角为90°)情况下,模拟分析了有限断层单侧破裂模式和双侧破裂模式对强地震动特征——破裂方向性和上盘效应的影响;(2)对于倾斜断层(倾角为45°),模拟分析了正断层、逆断层和走滑断层情况下,单侧破裂模式对其强地震动主要特征——破裂方向性效应和上盘效应的影响.结果表明:断层的破裂方式直接影响着地表地震动峰值和矢量分布;在近场区无论直立断层还是倾斜断层,其地表地震动峰值分布所表达的破裂方向性效应显著,位于破裂传播前方的地震动强度大,反映了波前被压缩的趋势,破裂后方地震强度明显变小;倾斜断层引起的上盘效应明显,NS向分量和竖向分量的地表地震动峰值的最大值出现在上盘靠近断层迹线处,EW向分量的峰值在断层迹线两侧呈不对称分布,且逆断层引起的地震动峰值最大,走滑断层的次之,正断层的最小.     

关于有限断层计算模型的研究——考虑位错时、空不均匀分布的滑动时间函数

断层面上某一点的滑动时间函数需要用三个参数来表达:断层的平均位错量、上升时间和破裂传播的时间延迟。本文基于有限断层模型,根据断层面上每个子源的位错量时、空不均匀分布特征,采用Brune模型系统确定了相应滑动时间函数的三个参数,构建了位错量呈时、空不均匀分布的有限断层滑动模型。该方法可以表现破裂面上断层位错量在时间和空间上分布的不均匀特征,既能够表现震源的复杂性同时又能够简化震源模型的构建过程,为考虑断层附近的强地震动数值模拟计算提供了有效的途径。     

九寨沟7.0级地震地表地震动位移及静态位移的模拟研究

北京时间2017年8月8日21时19分在四川省阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生7.0级地震,给九寨沟景区造成了滑坡坍塌等地质灾害.本文利用Crust1.0资料和反演的震源破裂过程建立了研究区三维介质模型及三维震源模型,采用谱元数值模拟方法模拟了九寨沟近断层地表地震动速度时程,并与强震台站实际速度记录的低频做了对比,两种结果对比的一致性,验证了介质模型及震源模型的有效性.在此基础上近一步模拟了地表位移时间序列,获得了位移峰值PGD及静态位移的空间分布,分析并给出了九寨沟地震地表位移的主要运动特征.     

Rupture directivity and hanging wall effect in near field strong ground motion simulation

A random synthesis procedure based on finite fault model is adopted for near field strong ground motion simulation in this paper.The fault plane of the source is divided into a number of sub-sources,the whole moment magnitude is also divided into more sub-events.The Fourier spectrum of ground motion caused by a sub-event in given sub-source,then can be derived by means of taking the point source spectrum,attenuation with distance,energy dissipation,and near surface effect,into account.A time history is synthesized from this amplitude spectrum and a random phase spectrum,and being combined with an envelope function.The ground motion is worked out by superposition of all time histories from each sub-event in each sub-source,with time lags determining by the differences between the triggering times of sub-events and ddistances of the sub-sources.From the example of simulations at 21 near field points in a scenario earthquake with 4 dip angles of the fault plane,it is illustrated that the procedure can describe the rupture directivity and hanging wall effect very well.To validate the procedure,the response spectra and time histories recorded at three near fault stations MCN,LV3 and PCD during the Northridge earthquake in 1994,are compared with the simulated ones.     

近场地震动格林函数的解析法与数值法对比研究

分析了在均匀弹性介质中，分别用解析方法和三维波动有限元数值方法计算无限全空间近场地震动的格林函数的理论与方法。将震源处理分为：(1)计算单一位错点源单位脉冲引起的格林函数；(2)用有限断层模型将断面划分为若干子源并有时间延迟，叠加所有子源的格林函数。本以1994年美国北岭地震为例，用解析法和数值方法分别计算了LV3、PCD、MCN三个场地的格林函数，并进行了对比分析。     

2013年7月22日甘肃岷县-漳县M_S6.6地震震源破裂过程

2013年7月22日,在甘肃岷县漳县交界处发生MS6.6地震,地震震中位置靠近临潭—宕昌断裂.本文通过构建有限断层模型,利用国家强震动台网中心提供的12条强地面运动三分量资料,通过波形反演方法来研究这次地震的震源破裂过程.结果显示这次地震是发生在甘东南地区岷县—宕昌断裂带东段附近的一次MW6.1级逆冲兼具左旋走滑破裂事件,最大滑动量约为80cm.发震断层走向及滑动性质与岷县—宕昌断裂吻合,推断本次地震与东昆仑断裂向北的扩展和推挤密切相关,是岷县—宕昌断裂进一步活动的结果.     

近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。     

A numerical approach for modeling near-fault ground motion and its application in the 1994 Northridge earthquake

An approach for simulating near-fault ground motion was presented by combining the finite fault model with a numerical algorithm, named investigated lump method presented in this paper for wave propagation. The investigated lumps are constructed from the auxiliary quadrilateral grids. The dynamic equilibrium equations of a typical investigated lump have been derived and obtained by integrating the stresses along the contour of the investigated lump. The stresses are calculated using the constitutive relations and the interpolation techniques. The investigated lump method is then implemented using the equilibrium equations of investigated lumps and the calculations of stresses alternately in time domain. The stability criterion of the algorithm has been given. Comparisons with the discrete wave-number method solutions for predicting the ground motions at the Pacoima Dam during the San Fernando earthquake show the validity of the method presented in this paper for simulating near-field ground motions. A finite fault source model has been implemented in the algorithm here. The source parameters given by Wald et al. (1996) [18] are applied to synthesize the ground motions at three stations during the 1994 Northridge earthquake. The simulating results qualitatively match to the corresponding ground motion records. The studies demonstrated that the approach presented in this paper is an effective tool for the numerical simulation of near-fault ground motion.     

Prediction of near-field strong ground motions for scenario earthquakes on active fault

1 Introduction Earthquake disaster investigations show that numerous strong earthquakes were caused by remobilization of active faults. Major casualties and severe damage to buildings as well as signi?cant economic losses resulted from the ground motions of strongearthquakescausedbyactivefaultslocatedbeneath urban areas. Recently, the potential hazard prediction of and its mitigation against active faults located beneath urban areas have become an important research topic for seismologists and…     

台湾双冬断层近场脉冲型地震动的数值模拟

根据我国台湾地区西部的地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的震源参数,建立了三维速度结构模型和两类震源模型。基于地壳中断层的位错积累量和岩石破裂后应力应变的传播特性,采用三维有限差分法对双冬断层活动可能产生的近场脉冲型地震动进行了模拟研究。结果表明:走滑断层垂直于断层走向的水平分量和逆断层垂直分量的峰值速度较大;由方向性效应所产生的双向速度脉冲主要集中在垂直于断层滑动分量方向,而由滑冲效应所产生的单向速度脉冲则主要集中在平行于断层滑动分量的方向;受方向性效应和上盘效应的共同制约,近场脉冲型地震动呈不对称带状分布,速度脉冲多分布在距离走滑断层迹线15 km和逆断层迹线10 km的范围内;速度反应谱在断层面的覆盖范围内沿破裂方向逐渐增大,且速度脉冲可能会对大型建筑物产生严重的剪切破坏。受凹凸体特性的影响,地震波场显示南投、台中和苗栗处于强地震动危险区。      

利用PGA快速确定汶川地震破裂特征

快速确定断层破裂特征是烈度速报的一项重要技术,断层破裂特征可为烈度速报提供震源模型,提升烈度速报准确性。通过汶川地震加速度记录,提出一种快速计算震源破裂参数的方法。 假定断层为线源模型,以一定间距将断层离散化为若干子源,以震中为不动点,通过旋转获得所有断层可能的走向,通过每次移动一个子源,获得断层所有可能的破裂方式,将二者结合即可给出断层所有可能的空间分布;计算每种断层空间分布与每个台站的断层距,利用加速度记录峰值和断层距统计回归衰减关系,分析每个衰减关系的拟合残差,残差最小拟合效果最好的衰减关系所对应断层参数,能够对该次地震的地震动场有最合理的解释,也最有可能是实际地震中的断层空间分布。