应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进.pdf

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1、地震地质Vo1．37．No．2第37卷第2期2015年6月SEISM0L0GYANDGE0L0GYJun．，2015doi：10．3969／j．issn．0253—4967．2015．02．015应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进夏晨赵伯明(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要针对大小震拐角频率的差异，假设大震断层上每个子源的拐角频率与已破裂的子源个数平方根成反比，基于∞震源谱模型，通过理论推导构建了一个函数，将动力学拐角频率引入经验格林函数法。以汶川地震余震记录为格林函数，分别用改进前和引入动力学拐角频率后的经验格林函数法合成5·l2汶川大地震强地面运动。对比合成结果

2、与观测记录，结果表明改进前经验格林函数法合成的地震动在低频部分相对实际记录偏低；引入动力学拐角频率之后的经验格林函数法合成的结果在高频基本保持不变，低频部分得到提高，并与实际记录符合。引入动力学拐角频率后，大部分合成结果很好地符合实际记录。说明动力学拐角频率可有效改善经验格林函数法的低频合成结果，同时验证了经验格林函数法对肼7．9特大地震地震动合成的有效性。关键词汶川地震经验格林函数法动力学拐角频率地震动合成震源谱模型中图分类号：P3l5．0文献标识码：A文章编号：0253—4967(20l5)02—0529—12O引言近年来全球范围大地震频发，比如1989年美国LamaPrieta地震、1

3、995年日本Kobe地震、1999年台湾集集地震、1999年土耳其Kocaeli地震、2005年印尼苏门答腊岛地震、2008年中国汶川大地震以及2011年东日本大地震。这些地震给人类带来巨大灾难的同时，也极大丰富了近场强震记录。地震学及地震工程学界普遍认识到，近场强地面预测对减轻未来大地震造成的灾害和指导工程建设的抗震设计具有重要作用。如何对未来大地震的强地面运动进行可靠预测，是地震学和地震工程所面临的重大挑战之一，也是地震学发展的成果应用到地震工程的一个桥梁。经验格林函数法是地震动数值模拟计算中常用的方法之一，其基本思想是：大震产生的地面运动是由大震断层中一系列子源所产生的地面运动叠加而成

4、，子源的地震动由大震附近的余震记录表示。该方法由Hartzell(1978)首次提出，其优点在于余震记录包含震源、传播路径和场地效应(地震动模拟中最重要的3个要素)的影响，避免理论数值计算的复杂过程以及对地下传播介质信息的依赖。运用经验格林函数法合成强地震动，关键在于小震记录的选取，作为格林函数的小震应与大震震源位置相近，震源机制解相似。从理论上考虑，小震的震级越小越接近点源，叠加合成时越符合大震的震源时间函数。但在实际应用中，小震级的地震记录是[收稿日期]2014—03-14收稿，2014—10-16改回。[基金项目]国家自然科学基金(51278045，51378058)资助。530地震地

5、质有限的，另外，震级太小时，记录的信噪比不高，将会影响结果的可靠性。Hartzell提出经验格林函数法之后，得到广泛关注，多位学者对此方法进行改进并用于近场强地震动模拟(Kanamori，1979；Tanaka，1982；Irikura，1983，1986；Joynereta1．，1986；Heatoneta1．，1989；Hutehings，1991；Kamaeeta1．，1992；Frankel，1995；Hough，2001；罗齐峰等，1994；金星等，2002)。在叠加小震记录时，对于所叠加的小震记录数量选取，有2种常用的准则。第1种是所叠加的小震数为Ⅳ(假设大小震地震矩之比为N)；

6、第2种是所叠加的小震数为Ⅳ，即等于大小震的断层面面积之比。为后文表述方便，记第1种为A方法，第2种为B方法。在实际应用中，这2种方法均有缺陷。A方法合成的地震动在低频部分符合观测记录，但是高频部分偏高；B方法合成的地震动在高频部分符合观测记录，但是低频部分偏低。对这些缺陷，Joyner等(1986)提出随机叠加Ⅳ个小震记录，对叠加后的结果乘以系数Ⅳ，以便得到高频和低频均较为理想的结果。一些学者提出将小震记录与随机震源时间函数求卷积，再叠加Ⅳ个小震记录，不改变低频结果，降低高频结果。另一些学者提出叠加Ⅳ个记录，再采用相应的过滤器在不改变高频结果的情况下提高低频结果(Frankel，1995)。

7、在传统经验格林函数方法中，未考虑大小地震拐角频率的差异，由经验格林函数法合成的大震记录，其拐角频率等于所用的小震拐角频率，而实际中拐角频率随地震震级的增大而减小。这是引起经验格林函数法合成结果不能在高频和低频同时符合观测记录的一个重要因素。考虑大小震拐角频率的不同，基于震源谱模型，通过理论推导构建一个新的函数，将动力学拐角频率引入到经验格林函数法(B方法)中，改进其合成的结果，并运用改进后的方法合成汶川大地震