基于随机有限断层方法的唐山地震强地面运动模拟.docx

PAGE PAGE 1 基于随机有限断层方法的唐山地震强地面运动模拟 　　 　　兰景岩　王延伟　刘娟　齐文浩 　　 　　 　　 　　摘要：基于动力学拐角频率的随机有限断层模型，以1976年唐山大地震的极震区为研究目标，通过梳理前人的研究成果，建立了目标区的计算模型并确定了震源模型参数，依靠目标区的局部场地资料和场地动力学参数，利用四分之一波长法，获取局部场地放大效应参数;利用随机有限断层模型地震动模拟方法，给出了唐山大地震近场强地震动场模拟结果，并与历史地震宏观烈度进行对比，结果表明：在Ⅷ、Ⅸ度影响烈度的范围与宏观资料吻合较好。 　　关键词：唐山地震;强地面运动;随机有限断层模型 　　中图分类号：P315.913文献标志码：A文章编号：1000-0666（2021）04-0503-07 　　0引言 　　由地震引发的强地面运动是造成工程结构破坏和地表地质灾害的主要触发因素，强地震动的发生、传播和运动学特性是工程地震学的主要研究内容。科学合理地预测、估计和模拟强地面运动是有效减轻地震灾害损失的重要途径和手段。 　　强震动观测记录是工程抗震设防依据和工程地震学研究的重要基础数据，对于缺乏强震记录地区，用定量化的表现形式来模拟强地面运动基本参数（幅值、频谱、持时）是非常重要的研究内容。目前，关于强地面运动模拟方法归纳起来有3种：确定性方法（Aki，1968;Hartzell，1978;Irikura，1983）、随机方法（Beresnev，Atkinson，1998;Boore，2021;Zengetal，1994;Irikura，1983）以及混合方法。相比较而言，基于随机方法的有限断层模型因能够较好地反映短周期地震动的随机性，模拟近场和大震高频成分地震动效果较好，并且能够模拟区域地震动场形成理论地震图或烈度图，近十几年来利用有限断层模型开展地震动场模拟和预测，已在大多数城市活动层断层技术工作中得到了积极的推广（陶夏新，王国新，2021;王国新，史家平，2021;刘海明等，2021;盛俭等，2021;申文豪等，2021;张冬峰等，2021），并取得了一系列丰富的成果。 　　针对近些年的几次强震，例如美国加州Landers7.3级地震（Pacoretal，2021）、汶川8.0级地震（王卫民等，2021;王国新，史家平，2021;常莹等，2021）、玉树7.1级地震（王海云，2021）、美国西部Northridge6.7级地震（张翠然等，2021）、卢龙5.7级地震（李启成等，2021）、芦山7.0地震（孙晓丹等，2021）、鲁甸6.5级地震（王振宇，2021;魏勇等，2021），通过对比近场强震动实测记录，均能够较好地验证随机有限断层模型方法在近场强震动模拟中的适用性和可行性。1976年发生的唐山7.8级大地震，至今已过去40多年，限于当时强震动观测手段和记录的缺失，无法利用近场强震记录对现阶段的地震动模拟结果进行有效检验，尽管如此，关于唐山大地震近断层强地面运动研究也未曾停止，至今已积累了比较丰富的研究成果。Dan等（1993）利用唐山第二大余震MS6.9的实测记录，采用经验格林函数方法，模拟了唐山主震和几个余震的强震区近场加速度时程及特征谱。谢礼立等（1994）建立了非均匀的唐山主震断层模型，利用广义反射-透射系数矩阵和离散波数法，给出了唐山及周边地区地震动时程的数值模拟结果。罗奇峰和胡聿贤（1997）通过建立非均匀的唐山地震断层模型，基于改进的经验格林函数法，利用唐山余震记录模拟了唐山主震近场及远场台的加速度时程。蔡永恩等（1999）利用LDDA方法，模拟了唐山地震断层的破裂、错动和应力释放的整个动力过程。Robinson和Zhou（2021）研究了唐山地震主震和余震之间的静态应力相互作用。杜晨晓等（2021）利用三维有限差分断层瞬态破裂动力学模型，对唐山地震发震断层的动态破裂及近断层地表运动特征进行了仿真模拟和计算。刘启方和李雪强（2021）基于显式并行有限元方法，利用有限移动源模型和随机地震动合成方法模拟了高频地震动，利用宽频带地震动模拟技术，估计了唐山近场地震动分布，给出了极震区加速度时程和反应谱。 　　在总结前人研究的基础上，本文基于强震近场地震动特征，将1976年7月28日唐山大地震极震区作为研究区，考虑到强震近场特征及近断层效应，利用Motazedian和Atkinson（2021）基于随机有限断层方法合成地震动的Exsim-Beta程序，给出唐山大地震近场强地面运动模拟结果，并与实际的宏观烈度进行对比，印证该方法的可靠性和适用性。 　　1随机有限断层模型方法 　　随机有限断层模型方法的基本思路是将地震断层面视为由若干个（NL×NW）个子断层的集合，每个子断层即为一个点源（或子源）。地震的破裂过程