1点源烈度衰减模型.DOC

线源地震影响场计算模型的实现 李铂1），2)，董翔1），2)，陈亚红3)，何琳4) ，于澄2) 1）中国合肥230026 中国科学技术大学 2）中国济南250014 山东省地震局 3）中国菏泽274000 菏泽市地震局 4）中国合肥230026 安徽省地震局 摘要 传统的烈度衰减关系一般是由历史地震等震线资料拟合得到，但基于历史震例进行统计回归所得到的椭圆衰减模型往往不能够反映大地震时的地震衰减特点。尝试提出基于点源模型改进的线源地震影响场计算模型，引入地表破裂尺度对原有烈度衰减模型进行长轴修正，以期达到生成结果与强震实际烈度相拟合的目的,并可实现极震区震害的快速评估和计算。 关键词：地震烈度；衰减模型；影响场；线源模型；极震区 0 引言 地震是一种特殊而且复杂的自然现象，作为自然灾害的群灾之首，每年全球由于地震所造成的死亡人数多达数万人，同时带来的损失还有房屋、交通、水、电等公共设施的破坏以及由此引发的其他次生灾害如瘟疫、火灾等。人们只有在了解了地震的发生机理、地震波的传播及地震动的衰减特征和地震对建筑物破坏机理的情况下，才能寻求办法来降低其对人类带来的危害。 山东省地震应急指挥技术系统建成以来，在山东省的地震应急工作中发挥了重大作用。指挥系统对地震进行震害评估和辅助决策的基础和依据便是地震影响场的计算结果。因此，地震影响场计算准确与否直接影响到后续的评估及辅助决策结果，更影响到地震应急时的救灾调度与决策。因此，建立一个完善的影响场计算与修改机制便显得非常重要。 本文便是对影响场模型研究进行探讨，提出一个新的基于线源的地震影响场计算模型。在后续工作中将采用更多震例对模型参数进行拟合，以得到更详细的结果。 1 点源烈度衰减模型 在地震学和地震工程学的研究中，涉及地震烈度衰减关系的研究是非常充分的，随着地震烈度衰减关系的应用越来越多，其重要性也被越来越多的人所认识。 地震发生后，由于地壳介质的吸收、几何扩散及散射等原因使地震波的振幅或能量随着远离震源而规律的减弱，地震烈度也就相应随着震中距的增加而减小，对于一次地震，其表达式为： （1） 式中：I0为震中最大烈度，D为震中距，e-KD为衰减因子，K为介质吸收系数，Id为震中距为D时烈度。 在统计分析地震烈度衰减关系时，通常假设地震震源为点源模型，地震烈度衰减则取椭圆模型。该模型的衰减曲线起始点应是重合的，在中等距离上长、短轴之间有差别，曲线呈椭圆形，到了远场，由于发震构造的影响已经消失，烈度等震线趋于圆形，长、短轴衰减曲线也趋于重合（吕坚等，2009）。现有应急指挥技术系统在进行烈度影响场计算时也是采用这种椭圆长短轴联合衰减模型（陈达生等, 1989），该模型可以保证长短轴在R=0时烈度相等，而中等距离上仍保持长、短轴烈度的差别，同时在远场使等震线成圆形。联合衰减模型的方程为： （2） 式中：I为地震烈度；M为震级；R0a和R0b分别为长、短轴两个方向烈度衰减的近场饱和因子；R1和R2分别为烈度I的椭圆等震线的长半轴和短半轴长度；a、b、c1和c2均为回归系数；ε为回归分析中表示不确定性的随机变量，通常假定为对数正态分布，其均值为0，标准差为σ(卢建旗, 李山有, 李伟, 2009)。 在实际应用时，采用如下形式的衰减公式： （3） （4） 地震烈度衰减关系具有较强的地域性，这是由于不同地区的震源特性、传播介质和场地条件的不同所引起的。利用从某一地区收集到的烈度数据，采用统计回归的方法得出不同地区的地震烈度衰减关系系数。 观察该公式，其生成的烈度等震线为一组相互嵌套的椭圆，其离心率为e： （5） 其中a、b为椭圆的长短轴。 显然，0≤e≤1，e值越小，椭圆越接近圆形，e值越大则椭圆越扁。也就是说，当R趋近于0时，椭圆越来越扁，直至退化为一条线段，显然该线段是由断层破裂引起的；而当R趋近于无穷时，椭圆越来越圆，其含义到了远场，发震构造的影响已经消失，因此椭圆长短轴衰减曲线也趋于重合。 2 问题的提出 上述方法在烈度区划和地震工程中已被广泛采用，在使用过程中也发挥了很好的作用。但对于表征地区总体特征的衰减关系来说，一般不一定能代表特大地震的衰减特点(肖亮, 2008)。 如此次汶川地震这种特大地震，其烈度等震线呈狭长椭圆状，并有自身的特点，具体表现为沿发震断层，烈度衰减很慢，极震区烈度较高，等震线的长轴尺度大大超过了烈度衰减关系所预测的尺度。而在垂直于发震断层方向，烈度衰减较快，等震线的短轴长度与烈度衰减关系所预测的长度相比几乎相符。表现在烈度等震线中，汶川地震的高烈度等震线较为扁平。 历史上发生的一些特大地震同样存在这样的烈度衰减特点。如1668年