強(qiáng)地震動(dòng)基礎(chǔ)研究進(jìn)展與研究方向

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1.強(qiáng)地震動(dòng)基礎(chǔ)研究進(jìn)展
    地震動(dòng)研究的視野關(guān)注更長(zhǎng)的周期范圍和轉(zhuǎn)動(dòng)分量，地震動(dòng)的空間變化性(空間相關(guān)性或相干性)、地震動(dòng)隨機(jī)性以及隨機(jī)場(chǎng)理論等，涌現(xiàn)出一些新的研究成果。以波形包絡(luò)擬合反演方法為代表的震源反演技術(shù)在20世紀(jì)80年代后期有了迅速發(fā)展，利用近場(chǎng)強(qiáng)地震動(dòng)觀測(cè)記錄在頻率低于1Hz的范圍內(nèi)取得了很好的效果。缺乏強(qiáng)震記錄的地區(qū)，地震動(dòng)衰減的研究在有限的經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)(小震或遠(yuǎn)場(chǎng))與地震學(xué)理論結(jié)合的研究途徑上取得喜人的進(jìn)展。發(fā)展了經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)法估計(jì)近場(chǎng)地震動(dòng)，用在震源區(qū)小地震中記錄的地震動(dòng)作為經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)合成大地震引起的強(qiáng)烈地震動(dòng)。指出大地震近斷裂的破裂方向性效應(yīng)、上盤效應(yīng)、地殼波導(dǎo)效應(yīng)、大型沉積盆地邊緣效應(yīng)等都對(duì)地震動(dòng)有重要的影響。
    地震動(dòng)估計(jì)的隨機(jī)方法取得可喜進(jìn)展，將地震動(dòng)模擬為有限帶寬白噪聲的一個(gè)時(shí)間序列，用震源譜代替震級(jí)、用表示地震波傳播效應(yīng)因子修正譜的形狀。寬頻帶格林函數(shù)的研究逐漸深人，震源表達(dá)為在一個(gè)延伸的斷裂面上的剪切位錯(cuò)，它的輻射模式和它在短于0.5s周期段變得壓低的趨勢(shì)被精確地表示出來(lái)，斷裂面上滑動(dòng)空間和時(shí)間變化用離散的方法表示。波的傳播由對(duì)包括斷裂和場(chǎng)地的地震波速度結(jié)構(gòu)所計(jì)算的格林函數(shù)表達(dá)。用理論或數(shù)值計(jì)算的格林函數(shù)模擬低頻的地震動(dòng)，與用隨機(jī)法估計(jì)的高頻地震動(dòng)在時(shí)域疊加，形成一個(gè)值得探索的新途徑。
    重視大型沉積盆地對(duì)地震動(dòng)的影響，采用強(qiáng)震或地脈動(dòng)觀測(cè)分析與簡(jiǎn)化場(chǎng)地盆地模型的數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究盆地及盆地邊緣效應(yīng)。場(chǎng)地條件影響研究與震源破裂過(guò)程模擬、地震波傳播研究的緊密結(jié)合，成了最近地震動(dòng)研究的最大熱門。對(duì)地震地表破裂參數(shù)建立了一些和震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，借助固體力學(xué)一些新進(jìn)展,例如應(yīng)變的局部化、位移的強(qiáng)間斷等研究巖土體剪切帶的萌生和發(fā)展。
2.地震動(dòng)基礎(chǔ)研究方向
　  強(qiáng)地震動(dòng)基礎(chǔ)研究既是人類認(rèn)識(shí)、探索地震和地震動(dòng)之間的因果關(guān)系、地震波產(chǎn)生與傳播機(jī)理的努力，也是了解分析地震對(duì)工程結(jié)構(gòu)物作用的過(guò)程。強(qiáng)地震動(dòng)研究中的震源模擬以觀測(cè)為基礎(chǔ)揭示震源破裂的復(fù)雜過(guò)程，與強(qiáng)震機(jī)理、震源物理研究結(jié)合，使地震學(xué)中震源破裂過(guò)程研究大大深化。傳播介質(zhì)的影響則是不均勻介質(zhì)中波傳播的一個(gè)最復(fù)雜的問(wèn)題，既涉及地殼介質(zhì)參數(shù)的不均勻性、各向異性、非線性，又要考慮地殼中各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)面，還要考慮地下水的作用。局部場(chǎng)地條件的影響又與數(shù)值模擬技術(shù)中的許多基本理論問(wèn)題緊密聯(lián)系，如多相介質(zhì)中波的傳播理論與數(shù)值模擬、近場(chǎng)波動(dòng)離散模擬的理論基礎(chǔ)與技術(shù)的精度、穩(wěn)定性和效率，各種表現(xiàn)計(jì)算域與外無(wú)限域之間波動(dòng)能量交換的人工邊界建立及精度、穩(wěn)定性和效率等。
　　目前我國(guó)工程地震研究應(yīng)充分吸收大陸強(qiáng)震機(jī)理與預(yù)測(cè)的研究成果，以強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)記錄和大城市地震活動(dòng)斷層探查資料為依托，將震源破裂過(guò)程的模擬、地震波傳播的研究與場(chǎng)地條件影響的研究緊密結(jié)合、連成一條主線；細(xì)化震源的尺寸和幾何形態(tài)，探討斷裂面上錯(cuò)動(dòng)的空間分布和錯(cuò)動(dòng)的時(shí)間函數(shù)，與國(guó)內(nèi)外強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)記錄反演標(biāo)定的震源參數(shù)對(duì)照，探討震源參數(shù)估值可利用的信息、原則和方法；有限帶寬白噪聲隨機(jī)振動(dòng)法和寬頻帶格林函數(shù)數(shù)值模擬法結(jié)合發(fā)展，徹底更新我國(guó)目前廣泛采用經(jīng)驗(yàn)衰減關(guān)系估計(jì)近場(chǎng)地震動(dòng)的局面；改善人工邊界，借助并行算法完善大型沉積盆地對(duì)地震動(dòng)影響的數(shù)值模擬技術(shù)。經(jīng)過(guò)五年的努力,發(fā)展與震源過(guò)程緊密結(jié)合的強(qiáng)地震動(dòng)預(yù)測(cè)理論，在強(qiáng)度、譜特征的空間分布和時(shí)變特征上取得突破性的進(jìn)展。以下為四個(gè)重點(diǎn)研究課題。
　  (1)強(qiáng)地震動(dòng)特征的研究。研究對(duì)工程結(jié)構(gòu)破壞起主要作用的強(qiáng)地震動(dòng)時(shí)空特征，探討地震動(dòng)破壞勢(shì)理論、提取特征參數(shù)、歸納主要影響因素。
　  研究強(qiáng)地震動(dòng)的強(qiáng)度和頻率非平穩(wěn)特征，地震動(dòng)三分量間的關(guān)系，地震動(dòng)的隨機(jī)特征，以及長(zhǎng)周期地震動(dòng)的主要影響因素。利用密集強(qiáng)震臺(tái)陣的強(qiáng)震及微震觀測(cè)記錄資料，探討地震動(dòng)的空間相關(guān)性，將研究的重點(diǎn)置于高頻成分的隨機(jī)性和中低頻成分相關(guān)性方面。
　  (2)近場(chǎng)強(qiáng)地震動(dòng)的研究。研究大地震近斷裂的破裂方向性效應(yīng)、上盤效應(yīng)、長(zhǎng)周期大脈沖的分布規(guī)律和生成機(jī)理。研究整個(gè)震源破裂面上錯(cuò)動(dòng)的不均勻分布特征和破裂過(guò)程，重點(diǎn)研究粗糙面的位置、尺寸的分布規(guī)律及隨機(jī)性，探討動(dòng)力學(xué)模型。
　  研究地震波在地殼速度成層介質(zhì)中的傳播規(guī)律及對(duì)地表地震動(dòng)的影響。建立并論證震源、區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)、局部工程場(chǎng)地條件相關(guān)的地震動(dòng)場(chǎng)理論方法。
　　(3)大型沉積盆地對(duì)地震動(dòng)影響的研究。研究盆地場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)的影響，包括場(chǎng)地近地表土層特性、地表和土層下臥基巖地形以及盆地邊緣效應(yīng)的影響。
　　利用密集強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)陣所獲得的強(qiáng)震動(dòng)記錄和地脈動(dòng)觀測(cè)資料，開(kāi)展三維地震波動(dòng)的數(shù)值模擬，研究強(qiáng)地震動(dòng)輸入下盆地場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)影響的特征和規(guī)律，并且探討基于強(qiáng)震動(dòng)記錄和地脈動(dòng)觀測(cè)資料反演盆地場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析方法。