海域俯冲带高频地震动模拟−以2021年2月13日日本福岛<i>M</i><sub>S</sub>7.1地震为例

李宗超; 高孟潭; 孙吉泽; 司洁戈; 吴清; 李奇

doi:10.11899/zzfy20220311

海域俯冲带高频地震动模拟−以2021年2月13日日本福岛M_S7.1地震为例

doi: 10.11899/zzfy20220311

1.
中国地震局地球物理研究所, 北京100081
2.
深圳防灾减灾技术研究院, 深圳518003
3.
中国电子科技集团公司第三研究所, 北京100015

基金项目: 国家重点研发计划（2019YFC1511004-02）；科技部基础资源调查专项（2018FY100504）；中国地震局地球物理研究所基本科研业务费专项（DQJB22B21，DQJB22R30）

详细信息

作者简介:
李宗超，男，生于1989年。博士，副研究员。主要从事强地震动预测及其不确定性因素研究。E-mail：lizongchaoigo@163.com

通讯作者:
孙吉泽，男，生于1982年。博士，高级工程师。主要从事强地面运动观测、数据分析及模拟、复杂场址地震动参数评价、城市及工程震害预测等研究。E-mail：sun_jize@126.com

计量
- 文章访问数: 363
- HTML全文浏览量: 80
- PDF下载量: 29
- 被引次数: 2
出版历程
- 收稿日期: 2021-09-06
- 刊出日期: 2022-09-30

Simulation of High-frequency Ground Motions in the Subduction Zone of the Sea Area−Taking the Fukushima M_S7.1 Earthquake on February 13, 2021 as an Example

Li Zongchao^1
,,
Gao Mengtan¹,
Sun Jize^{2
, ,},
Si Jiege³,
Wu Qing¹,
Li Qi¹

1.
Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China
2.
Shenzhen Academy of Disaster Prevention and Reduction, Shenzhen 518003, China
3.
The 3rd Research Institute of CETC, Beijing 100015, China

摘要

摘要: 2021年2月13日，日本福岛近海发生M_S7.1地震，震中距海岸线约70 km，震源深度接近60 km，造成了较大范围的震害影响。考虑地震应急及地震动强度特征预测的应用前景等，利用经验格林函数法快速估计了本次地震的高频地震动（1.0～20.0 Hz）空间分布特征及加速度时程，并结合实际地形、场地覆盖层等信息对部分台站地震动模拟结果进行修正，最终获得较可靠的地震动预测结果。研究结果表明，在具备合适小震记录时（余震及前震），可较准确地再现大震的高频地震动主要特征，模拟结果与真实记录拟合较好；地震动模拟过程中需考虑盆地等特殊地形及覆盖土层对地震动的放大作用影响，这也是未来利用经验格林函数法合成大震时需重点考虑的因素。
- 高频地震动评估 /
- 小震记录 /
- 经验格林函数法 /
- 地震动修正系数 /
- 应用可行性
Abstract: On February 13, 2021, an M_S7.1 earthquake occurred in the coast of Fukushima, Japan. The epicenter was about 70 km away from the coastline and the focal depth was nearly 60 km, resulting in a wide range of earthquake damage. From the perspective of earthquake emergency and the application prospect of ground motion evaluation, this paper attempts to quickly evaluate the spatial distribution characteristics and acceleration time history of high-frequency ground motion of this earthquake based on the empirical Green's function method, and modifies the ground motion simulation results of some stations in combination with the actual terrain, deep-thickness overburden layer and other information. Finally, more reliable ground motion evaluation results are obtained. The results show that the main characteristics of high-frequency ground motion of large earthquakes can be accurately reproduced when appropriate small earthquake records (aftershocks and foreshocks) are available, and the simulation results are also well fitted with the real records; In the process of ground motion simulation, the influence of basin and other special terrain and thick overburden on the amplification of ground motion need to be considered, which is also the key factor to be considered when synthesizing large earthquakes by empirical Green's function method in the future.
- Ground motion simulation of high frequency /
- Data of small earthquake /
- Green's function /
- Ground motion correction /
- Application feasibility

HTML全文

引言

据中国地震台网正式测定，当地时间2021年2月13日23时7分（北京时间2021年2月13日22时7分）在日本本州福岛东岸近海发生M_S7.1地震，震源深度50 km，震中位于（37.745°N，141.749°E）（图1），震中5 km范围内平均海拔约−356 m。此次地震记录到的最大峰值加速度PGA出现在震中距约70 km处的MYGH010台站（图2），其NS向分量的PGA为1 450 cm/s²，明显高于相同震级的大陆浅地壳地震在70 km处的PGA强度。

图 1 研究区域基本信息

Figure 1. Basic information of study area

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 最大峰值加速度出现的台站MYGH10各分量时程

Figure 2. Time history of each component of station MYGH10 with maximum peak ground acceleration

下载: 全尺寸图片幻灯片

本次地震的震源深度较深且发生在海中，由于俯冲带地区地壳介质的特殊性，地震波能量衰减慢，在地下介质中传播较远，导致在近海岸处仍呈现出较强的地面震动现象。本文从地震应急和地震动评估角度，对本次地震峰值加速度的空间分布特征及加速度时程进行快速评估，并结合实际的地形、厚场地覆盖层等信息对部分台站地震动模拟结果进行修正，以期获得较可靠的高频地震动评估结果。本文将经验格林函数法作为地震动评估工具，选择与主震震中和震源深度相同的M_S4.8小震作为格林函数（图1），快速合成此次M_S7.1大震的高频地震动。

1. 研究方法与数据

1.1 经验格林函数法

Hartzell（1978）最早提出了经验格林函数法，利用大震的前震或余震记录作为格林函数合成大震。由于小震记录本身已包含了传播介质的影响，所以用小震记录合成的大震时程也考虑了传播介质的复杂性，并能克服计算理论格林函数的困难。Irikura等（1994，2011，2017）系统性地提出了利用经验格林函数法模拟未来地震动的方法，并结合多个震例验证了该方法的可靠性，总结了利用该方法模拟地震动的一般步骤。经众多学者的不断努力，经验格林函数法已发展为较完善和成熟的模拟强地震地面运动的方法，已被广大学者认可（Hartzell，1978；Kanamori，1979；Irikura，1983，1986；Boore，2003；罗奇峰，1989；Irikura等，1994，2011，2017；Kamae等，1998；Miyake等，2003；李宗超，2017；李宗超等，2016，2019 a，2019 b；Li等，2018，2021 a，2021 b，2022）。

经验格林函数法将大震震源看作由一系列子震震源构成，选择大小合适的余震或前震记录作为格林函数（Irikura，1986；Miyake等，2003），如图3所示，将小震等同于子震，按照一定的破裂方式，将这些经验格林函数叠加得到大震地震动时程（Irikura，1986；Miyake等，2003；李宗超等，2019 a，2019 b）。

图 3 经验格林函数法用到的有限断层震源模型

Figure 3. Finite fault source model

注：r_ij为第（i，j）个子断层到观测点的距离,r₀为破裂初始点到观测点的距离;ξ_ij为第（i，j）个子断层到初始破裂位置的距离，W和L分别为大震断层面的长度和宽度，w和l分别为小震断层面的长度和宽度

下载: 全尺寸图片幻灯片

1.2 地震数据与基本震源参数

本文所用的加速度记录全部来自于日本NIED强震台网（K-NET和KiK-net台网）的加速度记录，选用M_S4.8余震作为格林函数，震中位置位于（37.6°N，141.63°E），与主震的初始破裂位置一致，保证了大、小地震传播路径的高度一致性。根据日本NIED强震台网信息，记录到本次M_S7.1主震波形的日本境内台站有930多个，记录到M4.8地震的台站共122个（图1）。如果全部台站均模拟，工作量大，目前的计算程序未达到并行计算的能力，因此本文从日本福岛县境内靠近震中的陆上区域选择离散分布的18个台站作为研究对象，包括15个K-NET台站和3个KiK-net台站（图1）。本文对选择的格林函数进行了数据基线校正、去除波形的数据头和尾等初步处理。

本文所用的主要震源参数如表1所示，破裂面积、地震矩、破裂速度数据来自于李宗超（2017，2019）的研究，震源深度数据来自于日本NIED强震台网信息，剪切波速数据来自于Wang（2014）的研究，震源上升时间数据来自于Geller（1976）的研究。断层破裂面积和地震矩等参数根据李宗超（2017）更新后的震源参数经验关系式计算得到：

表 1 震源参数

Table 1. Parameters of related source

参数	震级
参数	M_S7.1	M_S4.8
破裂面积/km²	6.29×10³	2.76×10²
地震矩/dyne·cm	1.54×10²⁶	7.26×10²³
震源深度/km	50.7	50.0
剪切波速/km·s⁻¹	4.2	4.2
破裂速度/km·s⁻¹	3.3	3.3
震源上升时间/s	3.04	3.04

下载: 导出CSV

| 显示表格

$$ {\mathrm{lg}}{M}_{0}=1.057{M}_{{\rm{S}}}+11.787 $$

(1)

$$ {\mathrm{lg}}S=0.542{\rm{lg}}{M}_{0}-0.6 $$

(2)

式中，M_S为面波震级；M₀为地震的地震矩；S为地震的破裂面积。

凹凸体参数如表2所示，凹凸体面积、凹凸体地震矩数据来自于Somerville等（1999）和李宗超（2017）的研究，划分子断层的数量N及大、小地震应力降比值C数据来自于Miyake等（2003）和李宗超（2017）的研究。凹凸体面积约占整个断层破裂面积的22%，凹凸体地震矩约占整个断层地震矩的44%，破裂速度取S波剪切波速的0.78倍（李宗超等，2019 a，2019 b）。凹凸体区域既是强震生成区，又是产生高频地震动的主要区域，其产生的地震动峰值加速度与整个地震产生的地震动峰值加速度的强度基本相当（Miyake等，2003），因此本文主要模拟凹凸体区域产生的地震动。计算过程中采用“布龙模型”，将地震断层面等效为圆盘模型（Brune，1970），将地震视为圆盘形断层面上剪切应力的突然释放。C、N计算如下（Kanamori等，1975；Kanamori，1979；李宗超，2017；李宗超等，2019 a，2019 b）：

表 2 凹凸体参数

Table 2. Parameters of the asperity

参数	数值
凹凸体面积/m²	1.38×10⁹
凹凸体地震矩/dyne·cm	3.40×10²⁵
大、小地震应力降比值C	5.45
划分子断层数量N	4.13
子断层长度d_x/km	10.52
子断层宽度d_w/km	5.26

下载: 导出CSV

| 显示表格

$$ \Delta {\sigma }_{\mathrm{A}\mathrm{s}\mathrm{p}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{y}}=\frac{7{M}_{\mathrm{A}\mathrm{s}\mathrm{p}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{y}}}{16R{r}_{\mathrm{A}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{p}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{y}}^{2}} $$

(3)

$$ \Delta {\sigma }_{\mathrm{s}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{l}}=\frac{7{M}_{\mathrm{s}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{l}}}{16{r}_{\mathrm{s}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{l}}^{3}} $$

(4)

$$ C=\frac{\Delta {\sigma }_{\mathrm{A}\mathrm{s}\mathrm{p}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{y}}}{\Delta {\sigma }_{\mathrm{s}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{l}}} $$

(5)

$$ N=\sqrt[\uproot{18}{\scriptstyle{3}}]{\frac{{M}_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{g}\mathrm{e}}}{C{M}_{\mathrm{s}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{l}}}} $$

(6)

式中，M_Large为主震的地震矩，M_Asperity为凹凸体的地震矩，M_small为小震的地震矩；R为主震的等效半径；r_Asperity为凹凸体的等效半径，r_small为小地震的等效半径；Δσ_Asperity为凹凸体的应力降；Δσ_small为小震的应力降；C为大、小地震应力降的比值；N为划分子断层的数量。

震源上升时间计算如下（Geller，1976）：

$$ {\tau }^{*}=16{S}^{1/2}/(7{{\text{π}} }^{3/2}\beta ) $$

(7)

式中，S为主震的破裂面积，β为S波的剪切波速。本文计算得到的震源上升时间为3.04 s。

2. 地震动初步模拟结果

经初步模拟，得到了18个强震台站的模拟加速度时程，并与本次地震的观测值进行了初步对比分析，结果如图4、5所示。由图4、5可知，大部分台站地震动加速度时程初步模拟值与观测值拟合结果较好，包括11个K-NET台站和2个KiK-net台站，PGA和有效时程基本一致，有效时程为30～40 s。初步模拟结果表明经验格林函数法合成的地震动加速度时程可基本代表真实的地震动时程，同时也可验证表1中的震源参数基本准确。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 初步模拟结果较好的部分台站地震动加速度时程

Figure 4. Acceleration time history of some stations with good initial simulation results

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 初步模拟结果欠佳的5个台站地震动加速度时程

Figure 5. Acceleration time history of 5 stations with poor initial simulation results

下载: 全尺寸图片幻灯片

部分台站地震动加速度时程模拟结果欠佳（图5），包括4个K-NET台站和1个KiK-net台站，模拟值的加速度幅值小于观测值的加速度幅值，有效持时较短。

将18个台站PGA空间分布特征对比如图6所示，由图6可知，观测值与模拟值的PGA空间分布在局部区域存在明显差异。

图 6 初步模拟后观测值与模拟值的PGA空间分布特征对比

Figure 6. After the preliminary simulation, the spatial distribution characteristics of PGA between the observed valuesand the simulated values were compared

下载: 全尺寸图片幻灯片

3. 部分台站地震动结果的修正

由于大、小地震来自相同的台站，其传播路径、场地条件、震源位置具备较高的一致性，本文认为初期的参数（如地震矩、断层破裂尺度、震源深度、划分子断层的数量、凹凸体参数等）选取是合理的，且选取M_S4.8小震作为格林函数是合适的。主震与小震震中在同一位置，本文选取的18个台站震中距均＞70 km，震源距均＞92 km，主震与小震传播路径较一致，因此地震波从初始破裂点到台站接收点的传播路径差异是可接受的。因此造成部分台站地震动模拟结果欠佳的原因可能为场地因素的影响，大震在部分台站处表现出了不同的非线性特性，而经验格林函数法无法考虑局部区域特殊地形及场地的影响，获得的结果仅为台站场址处的水平地震动场。对模拟结果欠佳的台站进行检查，结果表明存在特殊地形和场地条件，如FKS002、FKS017和FKS019台站地处两山脉间的峡谷地带（图1），MYG014台站靠近山脉，位于山脚处，因此地震波传至台站时有可能发生盆地的放大效应，增加了PGA强度。本文选取的M_S4.8地震震源深度达50 km，由于地震较小，地震总能量有限，小震地震波传至FKS002、FKS017、FKS019、MYG014台站时，自身高频成分已大部分衰减，即使遇见盆地峡谷地形，也难以起到与主震相同的地震动放大效应，因此难以利用M_S4.8地震在FKS002、FKS017、FKS019和MYG014台站的小震记录直接合成经盆地放大效应后的M_S7.1地震在对应台站处的地震动。MYGH10台站虽在平原地带，无特殊地形影响，但该场址覆盖土层剪切波速较低，覆盖层厚度为34 m（表3），根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010），场地类别为Ⅱ类，因此，相对于基岩场地，主震的地震波在此处会受到较大的场地放大效应影响，PGA强度会增大。然而，对于小震的情况，由于震源深度较大且距MYGH10台站较远，所以小震受场地放大效应的影响较小。

表 3 MYGH10台站波速结构

Table 3. The velocity structure of station MYGH10

土层编号	厚度/m	深度/m	P波速度 V_P/m·s⁻¹	剪切波速V_S/m·s⁻¹
1	1	1	500	110
2	2	3	1 750	250
3	31	34	1 750	390
4	80	114	1 830	590
5	—	—	1 920	770

下载: 导出CSV

| 显示表格

对M_S4.8地震在FKS002、FKS017、FKS019、MYG014、MYGH10等台站处的加速度时程幅值进行修正，将每个台站的加速度幅值乘以修正系数（表4），使其适当体现盆地放大效应或场地放大效应的影响，然后重新模拟修正后的地震动时程，如图7所示，部分台站地震动傅氏谱如图8所示，修正后的18个台站PGA空间分布特征如图9所示。结果表明，修正后合成的地震动时程、PGA强度空间分布特征与观测值的地震动时程、PGA强度空间分布特征的拟合质量得到提升，傅氏谱在1.0～20.0 Hz，尤其是3.0 Hz以上时，观测值与模拟值拟合结果更好，各台站地震动反应谱在较短周期拟合效果较好，验证了经验格林函数法在大震后快速产出地震动时程及PGA强度的可行性，这也为依托经验格林函数法评估已发生中小地震地区未来发生破坏性大震时可能出现的地震动强度特征奠定了基础。

表 4 台站加速度时程幅值修正系数

Table 4. Correction coefficient of acceleration time history amplitude of each station

台站编号	初始PGA（EW向）/ cm·s⁻²	初始PGA（NS向）/ cm·s⁻²	修正系数	修正后PGA（EW向）/ cm·s⁻²	修正后PGA（NS向）/ cm·s⁻²
FKS002	12.7	17.5	1.4	17.78	24.5
FKS017	3.9	3.5	3.5	13.65	12.3
FKS019	10.3	11.5	1.8	18.54	20.7
MYG014	5.7	6.3	1.5	8.55	9.5
MYGH10	20.1	29.5	2.1	42.21	61.9

下载: 导出CSV

| 显示表格

图 7 修正后的5个台站地震动时程

Figure 7. the corrected ground motion time histories of 5 stations

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 部分台站（1.0～20.0 Hz）观测值与模拟值的地震动傅氏谱对比

Figure 8. The fourier spectra of some stations （1.0～20 Hz） are compared with the simulated values

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 修正后的PGA空间分布

Figure 9. The spatial distribution of PGA after correction

下载: 全尺寸图片幻灯片

通过对本次地震的快速模拟评估，意识到特殊地形、场地可能对地震强度产生放大影响，而选取实际小震记录作为格林函数时难以直接考虑特殊场地、地形等因素的影响，因此需合理修正特殊位置的小震记录。本文针对评估结果欠佳的5个台站，将观测值地震动作为参照时程，初步采用试错法得到了特殊场地台站的小震记录修正系数（表4）。而评估未来设定震级地震动时程时无参照时程，因此需给出一定范围的修正系数，获得的地震动应为一定合理取值范围的结果。实际的特殊地形、场地对地震动放大作用的影响较复杂，但基于震后地震动快速产出可知，如果能给出大致的地震动放大效应取值范围，表征主要的地震动强度特征，即可满足震后应急产品的要求。另外，一般的盆地区域是人口较密集的区域，从安全角度考虑，建议在盆地区域内采用较高的修正系数。

在工程实际应用中，场地放大效应主要通过场地峰值加速度调整系数进行考虑，该系数受场地类别和输入地震动强度影响（吕红山等，2007；高孟潭等，2009；李小军，2013）。基于《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2016）表E.1可得不同场地相对于Ⅱ类场地的地震动峰值加速度调整系数，其值为0.72～1.25，转换为不同场地相对于I₁类场地，即硬基岩场地为1.0～1.8。而日本KiK-net台站所有类型场地的场地放大系数主要集中于2～8，占比为80.7%，PGA放大系数主要集中在2～4，占比为41.7%（王亮，2014）。

综合已有盆地放大效应及场地放大效应的研究成果（吕红山等，2007；胡进军等，2017；付长华，2012；王建龙等，2014；于彦彦，2016；李春果等，2020；张龙飞，2020），并结合本文5个台站的修正系数（表4）、《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2016）、日本KiK-net台站统计的场地放大系数，认为利用经验格林函数法快速合成地震动时，将小震记录在盆地及覆盖层较厚处的地震动修正系数界定在1.0～3.0是有实际效果的，可满足小震合成大震的地震动强度要求。关于调整系数问题，本文结果是相对保守的。仅依靠当前5个台站的结果和有限的文献资料难以准确表达特殊地形及场地的地震动非线性特征，但本文给出的修正系数可在一定程度上优化地震动的快速模拟结果。当评估某地区不同设定震级的破坏性地震的地震动时，对于特殊地形及厚覆盖层区域的修正系数，除可参考较保守的1.0～3.0范围外，还可补充更多的当地已有地震地质资料及钻孔勘探资料，进而获得更精确的修正系数。场地或盆地放大效应的影响是复杂的问题，需进行大量补充研究，以给出相对准确的修正系数。

4. 结论和讨论

采用经验格林函数法快速合成日本福岛M_S7.1地震，得出以下结论：

（1）因俯冲带地区地壳介质的特殊性，地震波衰减较慢，70 km外的地震动强度较大，表明M_S7.1地震在较大的震源深度时，其影响范围将扩大较多，高频地震波辐射范围更广；

（2）经验格林函数法可利用震后的小震记录快速模拟主震的加速度时程及PGA空间分布特征，可用于震后地震动强度空间分布的快速产出；

（3）经验格林函数法合成的地震动是台站所处位置的地震动，包含各种场地类别，不单纯是基岩层面上的地震动；

（4）主震与小震在盆地等特殊地形及有较厚覆盖层处的地震动放大倍数不同，因此利用余震快速合成主震时，需在盆地等特殊地形和厚覆盖层处考虑小震的修正系数，本文建议修正系数取值为1.0～3.0。

（5）本研究验证了经验格林函数法评估某地破坏性地震的地震动特征的可行性，为地震区划、建筑物震害分析所用的地震动输入等奠定基础。

俯冲带地震震源深度较深，但该区域地震波衰减较慢，导致强地震动影响范围较广，在近海区域可能造成严重的危害。我国有较长的海岸线，部分省市靠近板块俯冲带区域，俯冲带区域发生的大震可能造成较大影响，本研究认为下一代地震区划图（第六代）应针对沿海区域重点考虑类似海域俯冲带大震的影响，尤其是大震长周期地震动与沿海深厚覆盖土层放大效应的双重影响。

图 1 研究区域基本信息

Figure 1. Basic information of study area

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 最大峰值加速度出现的台站MYGH10各分量时程

Figure 2. Time history of each component of station MYGH10 with maximum peak ground acceleration

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 经验格林函数法用到的有限断层震源模型

Figure 3. Finite fault source model

下载: 全尺寸图片幻灯片

4 初步模拟结果较好的部分台站地震动加速度时程

4. Acceleration time history of some stations with good initial simulation results

下载: 全尺寸图片幻灯片

5 初步模拟结果欠佳的5个台站地震动加速度时程

5. Acceleration time history of 5 stations with poor initial simulation results

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 初步模拟后观测值与模拟值的PGA空间分布特征对比

Figure 6. After the preliminary simulation, the spatial distribution characteristics of PGA between the observed valuesand the simulated values were compared

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 修正后的5个台站地震动时程

Figure 7. the corrected ground motion time histories of 5 stations

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 部分台站（1.0～20.0 Hz）观测值与模拟值的地震动傅氏谱对比

Figure 8. The fourier spectra of some stations （1.0～20 Hz） are compared with the simulated values

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 修正后的PGA空间分布

Figure 9. The spatial distribution of PGA after correction

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 震源参数

Table 1. Parameters of related source

参数	震级
参数	M_S7.1	M_S4.8
破裂面积/km²	6.29×10³	2.76×10²
地震矩/dyne·cm	1.54×10²⁶	7.26×10²³
震源深度/km	50.7	50.0
剪切波速/km·s⁻¹	4.2	4.2
破裂速度/km·s⁻¹	3.3	3.3
震源上升时间/s	3.04	3.04

下载: 导出CSV

表 2 凹凸体参数

Table 2. Parameters of the asperity

参数	数值
凹凸体面积/m²	1.38×10⁹
凹凸体地震矩/dyne·cm	3.40×10²⁵
大、小地震应力降比值C	5.45
划分子断层数量N	4.13
子断层长度d_x/km	10.52
子断层宽度d_w/km	5.26

下载: 导出CSV

表 3 MYGH10台站波速结构

Table 3. The velocity structure of station MYGH10

土层编号	厚度/m	深度/m	P波速度 V_P/m·s⁻¹	剪切波速V_S/m·s⁻¹
1	1	1	500	110
2	2	3	1 750	250
3	31	34	1 750	390
4	80	114	1 830	590
5	—	—	1 920	770

下载: 导出CSV

表 4 台站加速度时程幅值修正系数

Table 4. Correction coefficient of acceleration time history amplitude of each station

台站编号	初始PGA（EW向）/ cm·s⁻²	初始PGA（NS向）/ cm·s⁻²	修正系数	修正后PGA（EW向）/ cm·s⁻²	修正后PGA（NS向）/ cm·s⁻²
FKS002	12.7	17.5	1.4	17.78	24.5
FKS017	3.9	3.5	3.5	13.65	12.3
FKS019	10.3	11.5	1.8	18.54	20.7
MYG014	5.7	6.3	1.5	8.55	9.5
MYGH10	20.1	29.5	2.1	42.21	61.9

下载: 导出CSV

参考文献(36)

付长华, 2012. 北京盆地结构对长周期地震动加速度反应谱的影响. 北京: 中国地震局地球物理研究所.

Fu C. H., 2012. A study on long-period acceleration response spectrum of ground motion affected by basin structure of Beijing. Beijing: Institute of Geophysics, China EarthquakeAdministration. (in Chinese)

高孟潭, 陈学良, 肖和平等, 2009. 湖南中强地震活动地区Ⅱ类场地放大效应研究. 中国地震, 25（2）: 140—150 doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2009.02.004

Gao M. T. , Chen X. L. , Xiao H. P. , et al. , 2009. Study on amplification effect of type Ⅱ sites in moderate earthquake area of Hunan. Earthquake Research in China, 25(2): 140—150. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2009.02.004

胡进军, 郑鹏, 2017. 基于日本滨海强震数据的不同震源类型的衰减关系比较. 建筑结构, 47（S1）: 669—677 doi: 10.19701/j.jzjg.2017.s1.149

Hu J. J. , Zheng P. , 2017. Comparison of attenuation relationships of different seismic types based on strong earthquake data in coastal areas Japan. Building Structure, 47(S1): 669—677. (in Chinese) doi: 10.19701/j.jzjg.2017.s1.149

李春果, 王宏伟, 温瑞智等, 2020. 地震动残差分析盆地附加放大效应: 日本关东盆地为例. 震灾防御技术, 15（4）: 684—695 doi: 10.11899/zzfy20200403

Li C. G. , Wang H. W. , Wen R. Z. , et al. , 2020. Basin extra amplification effects from seismic ground-motion residual analysis: a case study of Kanto Basin, Japan. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 15(4): 684—695. (in Chinese) doi: 10.11899/zzfy20200403

李小军, 2013. 地震动参数区划图场地条件影响调整. 岩土工程学报, 35（S2）: 21—29

Li X. J. , 2013. Adjustment of seismic ground motion parameters considering site effects in seismic zonation map. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 35(S2): 21—29. (in Chinese)

李宗超, 陈学良, 高孟潭等, 2016. 经验格林函数方法模拟强地面运动的研究进展. 世界地震工程, 32（2）: 209—216

Li Z. C. , Chen X. L. , Gao M. T. , et al. , 2016. Research progress of empirical Green function method simulation strong ground motion. World Earthquake Engineering, 32(2): 209—216. (in Chinese)

李宗超, 2017. 大震近场地震动数值模拟不确定性研究. 北京: 中国地震局地球物理研究所.

Li Z. C., 2017. The uncertainty factors research of near-field ground motion numerical simulation. Beijing: Institute of Geophysics, China Earthquake Administration. (in Chinese)

李宗超, 高孟潭, 陈学良等, 2019 a. 九寨沟MS7.0地震强地震动模拟及漳扎镇地震动强度预测. 地球物理学报, 62（7）: 2567—2581

Li Z. C. , Gao M. T. , Chen X. L. , et al. , 2019 a. Simulation of ground motion by the 2017 Jiuzhaigou M_S7.0 earthquake and estimation of ground motion intensity in the Zhangzha Town. Chinese Journal of Geophysics, 62(7): 2567—2581. (in Chinese)

李宗超, 高孟潭, 陈学良等, 2019 b. 2016年熊本MJ7.3地震的工程地震动参数模拟及分布特征分析. 地震学报, 41（1）: 100—110

Li Z. C. , Gao M. T. , Chen X. L. , et al. , 2019 b. Engineering ground motion parameters simulation and distribution characteristics analysis of Kumamoto M_J7.3 earthquake in 2016. Acta Seismologica Sinica, 41(1): 100—110. (in Chinese)

罗奇峰, 1989. 近场加速度的半经验合成. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所.

Luo Q. F., 1989. Semi empirical synthesis of near field acceleration. Harbin: Institute of engineering mechanics. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Seismological Bureau. (in Chinese)

吕红山, 赵凤新, 2007. 适用于中国场地分类的地震动反应谱放大系数. 地震学报, 29（1）: 67—76 doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.2007.01.008

Lü H. S. , Zhao F. X. , 2007. Site coefficients suitable to China site category. Acta Seismologica Sinica, 29(1): 67—76. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.2007.01.008

王建龙, 陈学良, 高孟潭等, 2014. 地震动峰值放大与盆地深度关系的初步数值模拟. 地震工程与工程振动, 34（S1）: 167—172 doi: 10.13197/j.eeev.2014.S0.167.wangjl.025

Wang J. L. , Chen X. L. , Gao M. T. , et al. , 2014. Preliminary numerical simulation of the dependence of the peak ground motion amplification on the basin depth. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 34(S1): 167—172. (in Chinese) doi: 10.13197/j.eeev.2014.S0.167.wangjl.025

王亮, 2014. 基于KiK-net强震台网的土层地震动特性研究. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所.

Wang L., 2014. The research of soil layer seismic characteristic based on KiK-net strong-motion network. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration. (in Chinese)

于彦彦, 2016. 三维沉积盆地地震效应研究. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所.

Yu Y. Y., 2016. Research on seismic effects of three-dimensional sedimentary basins. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration. (in Chinese)

张龙飞, 2020. 基于V_s30及PGA放大效应的大同盆地土地防震减灾适宜性规划. 地震工程与工程振动, 40（5）: 216—223

Zhang L. F. , 2020. Suitability planning of land earthquake prevention and mitigation in Datong basin based on V_s30 and PGA amplification effect. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 40(5): 216—223. (in Chinese)

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会, 2016. GB 18306—2015 中国地震动参数区划图. 北京: 中国标准出版社.

General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China, 2016. GB 18306—2015 Seismic ground motion parameters zonation map of China. Beijing: Standards Press of China. (in Chinese)

中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2010. GB 50011—2010 建筑抗震设计规范. 北京: 中国建筑工业出版社.

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, 2010. GB 50011—2010 Code for seismic design of buildings. Beijing: China Architecture & Building Press. (in Chinese)

Boore D. M., 2003. Simulation of ground motion using the stochastic method. Pure and Applied Geophysics, 160(3—4): 635—676.

Brune J. N. , 1970. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. Journal of Geophysical Research, 75(26): 4997—5009. doi: 10.1029/JB075i026p04997

Geller R. J. , 1976. Scaling relations for earthquake source parameters and magnitudes. Bulletin of the Seismological Society of America, 66(5): 1501—1523.

Hartzell S. H. , 1978. Earthquake aftershocks as Green's functions. Geophysical Research Letters, 5(1): 1—4. doi: 10.1029/GL005i001p00001

Irikura K., 1983. Semi-empirical estimation of strong ground motions during large earthquakes. Bulletin of Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, 33(298): 63—104.

Irikura K. , 1986. Prediction of strong acceleration motion using empirical Green’s function. In: Proceedings of the 7 th Japan Earthquake Engineering Symposium. Japan, 151—156.

Irikura K. , Kamae K. , 1994. Estimation of strong ground motion in broad-frequency band based on a seismic source scaling model and an empirical Green's function technique. Annals of Geophysics, 37(6): 1721—1743.

Irikura K., Miyake H., 2011. Recipe for predicting strong ground motion from crustal earthquake scenarios. Pure and Applied Geophysics, 168(1—2): 85—104.

Irikura K., Miyakoshi K., Kamae K., et al., 2017. Applicability of source scaling relations for crustal earthquakes to estimation of the ground motions of the 2016 Kumamoto earthquake. Earth, Planets and Space, 69(1): 10.

Kamae K. , Irikura K. , Pitarka A. , 1998. A technique for simulating strong ground motion using hybrid Green's function. Bulletin of the Seismological Society of America, 88(2): 357—367. doi: 10.1785/BSSA0880020357

Kanamori H. , Anderson D. L. , 1975. Theoretical basis of some empirical relations in seismology. Bulletin of the Seismological Society of America, 65(5): 1073—1095.

Kanamori H. , 1979. A semi-empirical approach to prediction of long-period ground motions from great earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America, 69(6): 1645—1670. doi: 10.1785/BSSA0690061645

Li Z. C. , Gao M. T. , Jiang H. , et al. , 2018. Sensitivity analysis study of the source parameter uncertainty factors for predicting near-field strong ground motion. Acta Geophysica, 66(4): 523—540. doi: 10.1007/s11600-018-0171-9

Li Z. C. , Sun J. Z. , Chen X. L. , et al. , 2021 a. Predicting the near-field strong ground motion based on uncertainties in asperities: an opportunity to reproduce the characteristics of the 1970 Tonghai earthquake (M_S 7.8). Journal of Seismology, 25(3): 875—898. doi: 10.1007/s10950-021-09997-w

Li Z. C. , Chen X. L. , Chen K. , et al. , 2021 b. Predicting near-field strong ground motion of the Huaxian M_S8.5 earthquake based on uncertainty factors of asperities. Pure and Applied Geophysics, 178(3): 889—906. doi: 10.1007/s00024-021-02682-6

Li Z. C. , Sun J. Z. , Fang L. H, et al. , 2022. Reproducing the Spatial Characteristics of High‐Frequency Ground Motions for the 1850 M 7.5 Xichang Earthquake. Seismological Research Letters, 93 (1): 100–117. doi: 10.1785/0220210076

Miyake H. , Iwata T. , Irikura K. , 2003. Source characterization for broadband ground-motion simulation: kinematic heterogeneous source model and strong motion generation area. Bulletin of the Seismological Society of America, 93(6): 2531—2545. doi: 10.1785/0120020183

Somerville P. , Irikura K. , Graves R. , et al. , 1999. Characterizing crustal earthquake slip models for the prediction of strong ground motion. Seismological Research Letters, 70(1): 59—80. doi: 10.1785/gssrl.70.1.59

Wang Z. , 2014. Joint inversion of P-wave velocity and Vp-Vs ratio: imaging the deep structure in NE Japan. Applied Geophysics, 11(2): 119—127. doi: 10.1007/s11770-014-0437-1

施引文献

期刊类型引用(1)

Zongchao Li，Zhiwei Ji，Jize Sun，Hiroe Miyake，Yanna Zhao，Hongjun Si，Mengtan Gao，Yi Ding. High-Probability Ground Motion Simulation in Maduo County for the Maduo M_S7.4 Earthquake in 2021:A Possible Supershear Earthquake. Journal of Earth Science. 2025(02): 781-800 .

必应学术