基于FK方法和GP14.3震源模型的2023年土耳其M(w)7.8级地震宽频地震动合成.pdf
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1、本文合成了土耳其7.8地震的地震动时空场 首先依据 网站提供的 数据和全球地壳模型.数据构建了土耳其南部地区的地下一维速度结构模型其次依据美国地质调查局()发布的断层滑动量及破裂前端分布结果构建了此次地震的.运动学混合震源模型然后采用作者提出的 方法对本次地震进行了 的宽频三分量地震动合成 通过合成结果与距离震中 范围内地震动较强的 个台站强震记录及相应反应谱的比较检验了方法的可靠性和模型的适用性最后重点分析了土耳其东南部的加济安泰普市及附近地区地震动时空场特征 结果表明:)本文计算的加济安泰普市区范围内的 向 接近/、接近 /伊斯拉希耶镇地区的 向 高达 /、高达 /地震动强度比较大)基于本
2、文强地面运动合成结果得到的加济安泰普市区范围内的地震烈度为 度伊斯拉希耶镇地区的地震烈度高达 度与 给出的结果一致)此次土耳其.地震呈现明显的近断层地震动集中性效应、地面永久位移以及破裂方向性效应关键词:土耳其.地震宽频地震动合成近断层地震动特性频率波数域方法运动学混合震源模型中图分类号:.文献标识码:.(.().):.().:第 期巴振宁等:基于 方法和.震源模型的 年土耳其.级地震宽频地震动合成 /./.:.引言图 土耳其地震的震中及其相关的构造环境.北京时间 年 月 日 时 分土耳其发生.地震震源深度.最高烈度为度震中(北纬.、东经.)位于东南部的东安纳托利亚断裂带()东安纳托利亚断裂带
3、位于安纳托利亚板块(亚欧板块内部的次级板块)和阿拉伯板块的交界处如图 所示是土耳其境内的一条主干左旋走滑断裂带 起于西南的哈塔伊()终止于东北的卡利若瓦()三联结点位置 东安纳托利亚断裂带地震活动频繁 世纪以来多次发生 级以上强震 同日下午 时 分再次发生.地震震源深度 最高烈度亦为度震中位于首次地震震中东北部 处 这两次地震构成了典型且罕见的“双震”地震序列此次地震震级大、震源浅和地面运动强度大造成了惨重的人员伤亡和严重的建筑结构破坏:人死亡、人受伤、超过.万栋建筑倒塌和严重受损或急需拆除 其中:位于土耳其东南部的人口密集的工业城市加济安泰普距离此次.地震震中仅 是此次地震中受影响最为严重的
4、城市之一 针对该.地震本文采用作者提出的 方法开展 的近断层宽频地震动合成并重点分析加济安泰普地区的地震动时空场分布特征以期为该地区的震害原因分析和地震区划等工作提供参考地下结构与震源模型建立确定性物理宽频地震动模拟依赖于能激发宽频地震波的合理震源模型和能模拟宽频地震波传播的精确高效方法 震源模型采用的是.运动学混合震源模型该模型由 和()宽频带地面运动模拟方法()改进后得到(.为在当前南加州地震中心宽带平台上的更新版本名称)其能够同时考虑破裂面上低波数的确定性错动和高波数的随机性错动具备激发宽频地震波场的能力 地震波传播模拟方面采用作者提出的 法该方法是一种具有严密理论基础的地震动合成方法其
5、适用于跨尺度一维速度结构宽频带地震波的传播模拟 本节详细介绍一维波速结构和运动学混合震源的构建.加济安泰普地区地下一维速度结构模型的构建考虑到后续分析主要针对加济安泰普市地下一维速度结构基于该市进行构建相应参数表 对应的示意图如图 所示该一维地下结构模型包括 部分:)依据 网站提供的 数据确定.深度范围内的世 界 地 震 工 程第 卷一维速度结构参数其中剪切波速 取为加济安泰普市界范围内 的平均值)依据 等给出的伊斯坦布尔地区波速模型确定方法确定.及 深度范围内的一维速度结构参数:在.之间随深度 的增加以().的速率增加在 之间假定 呈线性增加通过对更密集的深度点进行线性插值、分层取均值得到每
6、层土体的 )依据全球地壳模型.确定大于 深度范围内的一维速度结构参数:包括上地壳(.)、中地壳(.)、下地壳(.)以及地幔层(.)的、和密度 在整个地下一维速度结构模型中除.直接给出的大于 深度范围的 和密度之外、密度和品质因子的取值方式如下:的值为.土层密度的取值参考文献 波和 波的品质因子分别由/和/(的单位为/)确定表 加济安泰普地区的地下一维速度结构 地层深度范围/(/)/(/)密度/(/)(.(.(.(.(.(.(.(.(.图 加济安泰普地区的一维速度结构模型示意图.运动学混合震源模型的构建本文采用能同时考虑破裂面上低波数确定性错动和高波数随机性错动的.运动学混合震源模型该模型的建立
7、过程如下:)基于 发布的震源机制(见表)和断层滑动量分布结果(见图)建立低波数确定性的凹凸体震源模型 震源参数包括全局震源参数、局部震源参数和其他震源参数其中:全局震源参数表示断层的形状、大小和位置等如断层走向、倾角和滑动角断层面沿走向长度、沿倾向宽度断层顶面深度断层面平均滑动量断层面划分的矩形子源尺寸等局部震源参数表示震源内部的滑动不均匀性如凹凸体的面积、凹凸体的滑动量等这些参数由断层的滑动量和分布结果来确定其他震源参数表示破裂的形成和终止如破裂起始点和破裂传播方式这些参数由破裂前端分布结果来确定其中:破裂传播方式为由破裂起始点向四周传播 以上参数详见表)在低波数确定性的凹凸体震源模型中引入
8、高波数随机性错动确保合成宽频地面运动的带宽有效性进而构建.运动学混合震源模型 首先将已有的凹凸体断层面上滑动量的空间分布经二维傅里叶变换至波数域得到断层面上确定性的滑动波数谱 其次采用波数衰减满足 自相关函数的波数谱并引入随机数 表达断层破裂面上小尺度的随机变量 然后在波数域中结合确定性的低波数谱和随机高波数谱并利用二维逆傅里叶变换至空间域中表 发布的震源机制参数 矩震级 震源位置经纬度/()深度/矩心参数经纬度/()深度/震源机制走向/()倾角/()滑动角/().第 期巴振宁等:基于 方法和.震源模型的 年土耳其.级地震宽频地震动合成图 所给的断层破裂面上的滑动量及破裂前端分布(色谱表示滑动
9、量幅值五角星表示破裂起始点灰色箭头表示滑动矢量等值虚线表示破裂起始时间(以秒为单位).(.)表 土耳其.地震的震源参数 .参数类型物理量单位数值全局震源走向 倾角 滑动角 沿走向长度 沿倾向宽度 断层顶面深度断层面平均滑动量子源尺寸局部震源凹凸体 面积 平均错动量 长度 宽度 沿走向中心 沿倾向中心 凹凸体 面积 平均错动量 长度 宽度 沿走向中心 沿倾向中心 其他震源破裂起始点 破裂起始点 以上引入高波数随机性错动的过程中所涉及的 指数、控制结合的锐度、沿断层走向和倾向的拐角波数 与 均参考文献进行取值进而确定断层面上的滑动量分布如图()所示 关于破裂前端的分布首先确定破裂速度的初始分布根据
10、子源位置、初始破裂速度分布以及各子源滑动量对破裂起始时刻的时间扰动得到破裂起始时刻的空间分布(图()等值线表示间隔 的破裂前端分布)上升时间表征子源完成破裂过程所需时间本文采用 矩率函数得到各子源的上升时间后根据断层面上的平均上升时间按比例调整各子源上升时间可得其在断层面上的空间分布如图()所示世 界 地 震 工 程第 卷图 运动学混合震源.模型的适用性验证分析本节通过将地震动合成结果与 个台站的观测记录对比有效检验了宽频地震动模拟的可靠性和模型参数(包括地下一维速度结构模型和混合震源模型)的适用性且 法的精度及高频稳定性本文作者在文献中已广泛验证 首先基于建立的.运动学混合震源模型采用 法计
11、算了距离此次.地震的震中 范围内地震动较强的 个台站的加速度时程(台站位置信息见图 和表)其次将地震动合成结果和 提供的强震记录及其反应谱进行对比 该次计算的时间步距取为.时间步的数量为 这里需要说明的是:本文所选取的台站记录来源于 网站截止至 月 日的强震记录数据图 所验证的 个台站的位置.表 所验证的 个台站的信息 台站代码位置震中距/(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).图 对比了本文计算的 个台站的三分量加速度时程和强震记录黑线代表强震记录红线代表本文合成结果每条加速度时程的时长均为 均标注于曲线的右上方单位为/强震记录及本文计算结果均经 阶 低通滤波至 从地
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