隨機有限斷層法模擬中強地震近場地震動的研究及應(yīng)用

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隨機有限斷層法模擬中強地震近場地震動的研究及應(yīng)用

高陽

(中國地震局地球物理研究所，北京100081)

核工程是對地震安全性要求極高的工程，在其工程場地地震危險性評價工作中，彌散地震地震動估計往往對廠址設(shè)計基準地震動具有關(guān)鍵性影響。然而，彌散地震不是由特定構(gòu)造引起的，因此，評定其地震影響時會遇到較大困難。常規(guī)方法是采用適當?shù)乃p關(guān)系來計算工程場地震級5.0和5.5的彌散地震在距離廠址5 km處的地震動參數(shù)。本文針對核電廠地震危險性評價需求，探討彌散地震評價的新方法，即通過隨機有限斷層法來模擬中強地震近場地震動參數(shù)。通過參數(shù)敏感性分析技術(shù)篩選了對擬合結(jié)果有決定性影響的關(guān)鍵模型參數(shù)； 研究并改善了有限斷層模型擬合中強地震模型應(yīng)力降參數(shù)的方法，并基于多個國家和地區(qū)中強地震近場加速度記錄估算了應(yīng)力降參數(shù)值； 此外，通過建立中強地震類屬模型來模擬特定震級-距離的地震動，從而對經(jīng)驗統(tǒng)計方法進行補充和驗證。

(1) 詳細研究了模擬地震動時程的隨機有限斷層法以及近年來對該方法的改進，改進后的隨機有限斷層法適合模擬中強地震。

(2) 對隨機有限斷層法模擬中強地震近場強震動的參數(shù)影響情況進行了分析。將隨機有限斷層法應(yīng)用于中強地震時，由于震源信息的準確性較差從而使模型參數(shù)具有較大的不確定性。為此，本文首先比較了不同場地方位角中強地震近場地震動的時程和平均擬加速度反應(yīng)譜(PSA)，并定量分析了模型主要參數(shù)對中強地震近場地震動模擬結(jié)果的參數(shù)敏感性。結(jié)果表明： 不同場地方位角的中強地震近場PSA在短周期部分差別較大； 應(yīng)力降是模型最重要的參數(shù)，它對反應(yīng)譜短周期部分影響最大； 幾何擴散系數(shù)對PSA的整體影響也較為明顯。將隨機有限斷層方法應(yīng)用到工程安全性評價工作時，應(yīng)當重點關(guān)注對反應(yīng)譜短周期部分影響較大的應(yīng)力降和該區(qū)域的幾何擴散系數(shù)，同時要調(diào)查該區(qū)域優(yōu)勢場地方位角的分布，從而更合理地控制中強地震近場強震動的模擬。

(3) 開展了中強地震模型應(yīng)力降參數(shù)值的估算?；诿绹☆^骨山(Little Skull Mountain)MW5.6地震兩個近場臺站記錄的地震動模擬，詳細研究并改善了采用隨機有限斷層法擬合中強地震地震動擬加速度反應(yīng)譜(PSA)來確定應(yīng)力降參數(shù)值的方法。結(jié)果表明： 采用不同頻段反應(yīng)譜殘差和計算得到的應(yīng)力降值差別較大，確定中強地震應(yīng)力降較為合適的反應(yīng)譜頻段是中高頻，采用該頻段確定的應(yīng)力降參數(shù)值模擬的反應(yīng)譜和峰值加速度與實際記錄較為符合。基于該方法并根據(jù)美國西部、日本、意大利以及汶川等國家和地區(qū)的淺源中強地震近場加速度時程記錄，估算了相應(yīng)的模型子斷層應(yīng)力降參數(shù)值。結(jié)果表明： 各個國家和地區(qū)計算得到的中強地震隨機有限斷層模型應(yīng)力降參數(shù)具有地區(qū)差異性； 模擬的峰值加速度大致上正確反映了實際記錄PGA的衰減規(guī)律，并且模擬結(jié)果在近場隨距離的衰減較快，這可能與計算所使用的中強地震高頻成分豐富有關(guān)。

(4) 針對中強地震震源及路徑參數(shù)難以準確確定的情況，提出了通過建立隨機有限斷層類屬模型參數(shù)來考慮隨機不確定性，從而進行中強地震近場地震動模擬的方法，即在考慮區(qū)域特定參數(shù)、選擇具有代表性的震源參數(shù)的同時，考慮關(guān)鍵參數(shù)隨機不確定性，開展大量模擬計算。完成了對核電廠工程彌散地震地震動參數(shù)評價的工程應(yīng)用分析。對模擬PGA的統(tǒng)計結(jié)果表明： 考慮核電廠彌散地震時，MS5.0地震震中距5 km處0.15g的峰值加速度是合適的；MS5.5地震震中距5 km處0.2g的峰值加速度是合適的；MS6.0地震震中距5 km處0.3g的峰值加速度是合適的。該結(jié)果為現(xiàn)有彌散地震地震動評價提供了驗證信息。模擬PSA統(tǒng)計結(jié)果與衰減關(guān)系PSA的比較表明，模擬的平均PSA大致上是保守的，可以作為隨機有限斷層法模擬結(jié)果的推薦反應(yīng)譜。

關(guān)鍵詞隨機有限斷層法； 中強地震； 近場； 地震動模擬； 應(yīng)力降； 參數(shù)敏感性； 不確定性

(作者電子信箱，高陽： 22gy200809@163.com)

中圖分類號：P315；

文獻標識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.01.011