随机有限断层模拟方法震源谱及关键参数研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:times0927
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随机有限断层模拟方法是目前地震工程领域最重要的近场高频地震动的模拟方法,是结构抗震设计地震动输入最重要的数据来源之一,能为目标地区的灾后救援和重建提供一定的依据。严重的震害损失迫使各国政府对防灾减灾工作的关注,近场地震动预测也成为地震工程领域一个亟待解决的关键性问题。在地震动模拟中,震源谱是至关重要的影响因素之一,对模拟结果有着重要的影响。其中,拐角频率又是震源谱中频率成分的体现,决定合成结果中频率成分的分布。在随机模拟方法中,拐角频率未能很好的体现断层面上滑移的不均匀分布和破裂速度的影响,本文基于此,对震源谱中的拐角频率,高频标定因子等重要参数进行了研究,同时研究了预测混合震源模型的方法和讨论了关键参数的敏感性问题。本文的主要研究工作和结论如下:(1)预测了九寨沟地震的有限断层混合震源模型并验证其可靠性。基于运动学震源模型的概念,使用以数学理论和半经验或者半经验半理论统计关系式生成了30组九寨沟地震的全局震源参数和局部震源参数序列。利用最小残差原则对不同方位的目标点估计的反应谱进行挑选,找到与平均值残差最小的那组震源模型为最终模拟的九寨沟地震震源模型。通过对比郑绪君等人反演的真实滑移模型,两种滑移模型的凹凸体所在位置和破裂起始点位置一致。最后,采用基于挑选的反映平均意义的“最佳”震源模型的随机有限断层方法对九寨沟地震的6个近场台站进行模拟,验证了震源模型的可靠性。(2)讨论了部分输入参数的敏感性并给出取值建议。在国内外学者研究工作的基础上,重点论证了路径持时对模拟结果的影响并给出了工程模拟时的取值建议。其次,分析了上缘埋深、脉冲百分比和应力降等参数的敏感性。从结果看,上缘埋深和脉冲百分比对模拟结果的影响很小,应力降参数影响较大,使用随机震源模型时的应力降比使用特定震源模型时的应力降稍大才能得到较一致的模拟结果。这些参数的取值建议可以为工程地震动模拟时挑选参数提供理论依据。(3)修正了基于静力学拐角频率的随机有限断层法(FINSIM),在此基础上改进了基于动力学拐角频率的有限断层法(EXISM)。首先,在静力学拐角频率的随机有限断层模拟方法基础上,使用Brune推导的与应力降、剪切波速和地震矩相关的静力学拐角频率替换由Beresnev和Atkinson(1997)推导的拐角频率,并且定义每个子断层的地震矩为其对应的滑移量占所有子断层滑移量之和的权重分配整个地震的地震矩,同时添加了高频标定因子对基于静力学拐角频率的有限断层法进行了修正。使用修正的静力学拐角频率模型和动力学拐角频率模型对1994年美国北岭地震15个近场台站记录进行了模拟。分别从模型偏差,加速度反应谱,模型标准差,绝对误差等几个方面比较了两种拐角频率模型,结果显示,两种模型得到的结果基本一致,由此说明动力学拐角频率本身并不能减弱合成结果对子断层尺寸的依赖。(4)提出了考虑断层位错不均匀分布的拐角频率模型并通过九寨沟地震验证了模型的可靠性。针对动力学拐角频率不能体现凹凸体对远场辐射能的贡献这一缺陷,提出了一种考虑各子断层位错不均匀分布和破裂速度的拐角频率。利用改进的有限断层法对北岭地震和九寨沟地震近场台站记录进行模拟,结果显示改进的模型能够进有效减弱远场辐射能对子断层尺寸的依赖,并且能够提高中高频的模拟精度。其次,推导了拐角频率的计算公式,提出了变破裂速度的拐角频率并利用改进的拐角频率公式推导了高频标定因子。采用考虑位错量分布影响的随机有限断层法生成了芦山地震近场台站的地震动,并与观测值比较,验证了改进方法的有效性。
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