2021年日本福岛海域MW7.1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_W7.1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...     

俯冲带地震动预测模型SMA2020的评估检验实例——2021年2月13日日本福岛县东部海域MW7.1地震

地震动预测具有较大不确定性,利用强震动观测记录对已有地震动预测模型进行检验评估对于模型的合理使用具有重要参考意义。针对2021年2月13日发生在日本福岛县东部海域的M_W7.1地震,基于残差分析和对数似然函数法对俯冲带地震动预测模型SMA2020的路径项和场地项表征合理性、模型的预测精确性进行了评估。得到结果:（1） SMA2020模型对于地震动的路径衰减表征较为合理,在路径项中考虑了莫霍面反射效应,可以更真实地表征俯冲带深源地震的路径效应。（2） SMA2020模型对于PGV的场地效应表征较为合理,但对于PGA及PSA的场地效应表征有所偏差,还需要进一步检验验证。（3） SMA2020模型对于此次板内地震的短周期IM预测精确性要优于中长周期,对于T=1s的PSA预测表现最不佳。研究结果可为模型的潜在使用者提供有价值的辅助信息,也可以为我国地震动预测模型的开发研究提供理论参考。     

九寨沟MS7.0地震强地震动模拟及漳扎镇地震动强度预测

破坏性地震强度预测可用于工程领域抗震设防以及地震危险性分析评估,是防震减灾中一项很重要的基础工作.为了再现九寨沟地震的地震动强度,评估缺失强震记录的九寨章扎台站的地震动强度,本文用经验格林函数法对九寨沟地震进行了数值模拟.选取了震源周边地震动峰值加速度超过10 Gal的10个强震台站进行模拟.因未得到九寨沟地震的余震,初次尝试将汶川地震和定西地震的余震作为格林函数模拟九寨沟地震.模拟结果整体上可以反映各台站地震动的强度特征,尤其是地震动高频成份拟合较好.模拟值的地震动峰值加速度、时程数据、反应谱等与观测值拟合较好.预测结果显示漳扎镇的地震动峰值加速度值约为180~200 Gal.预测结果也表明在缺少大震的余震记录时,经验格林函数法使用其他大震的余震同样可以再现目标地震的强度特征.本研究也为经验格林函数方法在缺乏小震记录地区的使用积累了经验.最后总结了格林函数的选取标准,为经验格林函数方法来预测未来强震动特征积累了经验.

     

基于经验格林函数法的2021年MS6.4漾濞地震近场强震动模拟

由于震中附近强震台分布不均,文中联合使用近场2个国家强震动观测台网的强震台和7个云南地震预警台网烈度台的强震记录,采用经验格林函数法构建了特性化震源模型,并利用此模型对近场强震动进行了模拟。结果表明：烈度台的记录可与强震台的记录联合,共同作为强震动模拟的对象,但应注意区分二者的有效频带;在0.20～30.0Hz频带,在53YBX台处的NS分量上,模拟结果的伪加速度反应谱较好地再现了0.1s处的峰值,在EW分量上,合成的速度波形虽然幅值较低,但较好地再现了速度脉冲波段;在53DLY台处的合成波形较好地再现了约2s的长周期地震动;在0.50～30.0Hz频带,合成波形和反应谱与信噪比较高的烈度台的记录较为一致。文中确定的用于模拟强震动的特性化震源模型由一个强震动生成域构成,其面积和相应的短周期范围内加速度震源谱的水平段幅值与地震矩的关系均遵循经验标度律。     

2022年9月5日泸定MS6.8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_S6.8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_S6.8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/s²,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...     

2013年四川芦山MS7.0地震 强地面运动模拟

运用经验格林函数法模拟2013年4月20日芦山M_S7.0地震的近场强地面运动. 在拟合过程中, 首先参考前人远场反演结果给出的滑动量分布特征和主震波形的包络线特征, 确定强震动生成区的大致范围和数量; 然后利用Somerville等提出的地震矩与凹凸体面积的经验关系式确定强震动生成区细小划分的初值, 继而利用遗传优化算法确定以上二者的最优值及其它震源参数. 将数值模拟波形与实际地震观测记录在时间域和频率域分别进行比较, 结果显示, 在所选取的30个观测台站中, 多数台站的数值模拟结果与实际观测结果符合得很好, 特别是大于1 Hz的高频部分. 断层面上有两个强震动生成区, 其位置与前人反演的滑动量集中分布区相一致, 而且强震动生成区规模比Somerville等获得的标度率估计值要小.      

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震随机有限断层三维地震动模拟

2021年5月21日云南省大理州漾濞县发生MS6.4 地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为预测此次地震的地震动影响场,利用震源运动学破裂随机模型,基于随机有限断层三维地震动模拟方法,给出了此次地震中 28个触发强震动台站的三分量加速度时程模拟记录,并结合强震动观测记录,估计了此次地震的地震应力降及震源破裂过程,进一步模拟给出了此次地震中 2823 个虚拟观测点的三分量加速度时程.结果表明,模拟记录的峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)与观测值接近,并体现了地震动峰值的衰减规律、近场饱和效应和破裂方向性效应;模拟与观测记录的 5%阻尼比拟加速度反应谱(PSA)的幅值接近、谱形相似,在0.05～10 s周期段,模拟记录可以很好地预测地震动.基于三分量模拟记录给出了漾濞MS 6.4 地震的仪器测定地震烈度图,与云南省地震局发布的烈度图接近,极震区烈度最高可达Ⅷ度,震源破裂方向性导致震中 SE方向的烈度普遍高于 NW方向,受局部场地条件影响沿洱海西侧出现高烈度异常区.     

基于机器学习的地震动特征提取与模拟以2021年云南漾濞6.4级地震为例

随着地震动数据数量的增长和质量的提高,将基于数据驱动的机器学习方法应用到地震动模拟中有重要意义。以2021年5月21日云南漾濞M_S6.4地震为例,利用主成分析方法从前震及余震地震动记录中提取特征母波时程,将地震动三要素作为模拟误差约束,在求解母波的线性组合系数时使用多目标优化算法寻优,最终找到帕累托最优解作为模拟目标台站记录时的组合系数,得到模拟地震动时程。结果表明:主成分析法在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的特征母波时程可以在一定程度上保留原始数据的主要信息;考虑幅值、频谱和持时这三要素的角度去控制模拟误差,可以使得模拟的地震动时程更加接近真实记录。提出的基于特征提取的地震动模拟方法可以为基于小震数据合成大震地震动提供参考。     

2021年2月13日日本福岛Mj7.3级地震潜在破坏区快速估计

基于2021年2月13日日本福岛M_j7.3级地震加速度记录,离线模拟了阈值预警方法在此次地震中快速估计潜在破坏区的表现。结果显示,该方法能够在台站P波触发后3s就快速对台站及其周边区域进行地震破坏性判断,同时估计的潜在破坏区域也基本与美国地质调查局（USGS） ShakeMap震后实测VII度以上区域吻合,展示了该方法在此次地震中运用的可行性;然而该方法没有对处在震后实测VII度以上区域内的宫城县南部沿海以及福岛县小部分东北区域给出准确的潜在破坏区判断,这一估计偏差为该方法的适应性研究以及下一步优化提供了参考。     

2021年5月21日漾濞MS6.4地震极震区地形效应对地震动特性的影响

基于对2021年5月21日漾濞M_S6.4地震微观震中秀岭村进行的震害调查,利用流动观测地形台阵观测资料,分析了地形效应对地震动特性的影响。结果表明,若地震波垂直山脉走向入射,陡坡会放大地震波的高频部分,且不同高程处,山脉垂向低频差异较大,山脉走向低频差异较小。利用谱衰减法计算高频衰减参数的场地影响项κ₀,分析了水平和竖向分量的κ₀与场地软弱程度和卓越频率的相关性,其结果表明,在小尺度范围内,水平分量和竖向分量的κ₀均具有较强的空间不均匀性。     

考虑区域特征的地震动模拟 ——以2020年伽师MS6.4地震为例

为研究伽师地区地震动的区域特征,提高地震动预测的可靠性,文中利用伽师地区近10a收集的强震动观测记录,采用非参数谱反演方法分离了地震动的震源、传播路径及场地影响,建立了反映伽师地区地震动区域特征的路径衰减、路径持时、场地线性反应等经验模型,并给出了伽师地区46次地震的震源参数(矩震级、拐角频率和应力降).文中确定的伽师...     

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MS6.1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_S6.1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.

     

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2Hz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...     

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MS6.1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_S6.1地震中9个断层距(R_rup)＜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_S7.0芦山地震的一次余震.另外, 模拟结果体现了此次地震在R_rup＜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R_rup＜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.

     

利用视应力研究强震前亚失稳阶段应力变化特征——以2021年5月21日漾濞MS 6.4地震为例

<正>1研究背景根据中国地震台网中心测定,2021年5月21日21时48分在云南漾濞县发生M_S 6.4强震。震前震源区是否存在应力增强是研究者们的关注点之一。在地震学中常用视应力和b值反映地壳应力水平。已有不少学者发现漾濞地震发生在低b值区域,意味着地震前存在高应力背景。依据岩石实验的新发现,马瑾等(2012,2014)提出亚失稳概念。断层失稳是应力增加达到峰值后转为释放直至产生破裂的过程。进入亚失稳阶段的标志是平均应力从积累达到峰值后转为应力释放。在这个阶段,存在应力减弱的部位,也存在积累的部位,应力积累的部位可能会是未来断层失稳的位置。