基于运动学和动力学震源模型的近断层地震动研究

摘要

近断层地震动是近十多年地震学和地震工程学中非常活跃的研究领域。由于距离发震断层很近，近断层地震动是地面运动中最为复杂的一个区域，它强烈地依赖于断层的破裂过程、断层面上位错的发展过程、破裂速度、滑动方向、以及观测点与断层的相对位置等。断层的破裂细节对它有重要影响，因此需要研究断层的破裂过程对近断层地震动的影响。本文利用数值模拟技术和运动学震源模型对近断层方向性速度脉冲、近断层地震动的预测方法进行了深入细致的研究，同时对断层的破裂过程进行了初步研究。得到了以下的结论和认识：1.在均匀弹性全空间内对方向性速度脉冲和震源参数值的定性关系作了系统研究，指出了近断层区域方向性速度脉冲主要与位于观测点与初始破裂点间一部分破裂面的位错大小、方向、上升时间等因素有关。2.在基岩半空间内详细分析了方向性速度脉冲的峰值、周期和分布区域与震源参数之间的关系。本文以一个均匀走滑的6.5级地震为基本算例，给出方向性速度脉冲的峰值和周期的近似估计关系式，包括了破裂速度和断层埋深的影响。3.给出了近断层地震动预测的完整工作框架，包括全局和局部震源参数的确定、格林函数的计算以及宽频带地震动的模拟与预测。4.讨论了近断层区域利用小震合成大震的问题，认为在近断层区域利用小震合成大震时存在以下困难。5.在近场波动有限元的基础上，根据摩擦模型，推导出了断层面上节点的显式解耦计算公式，并与并行计算技术和透射边界结合，给出了一种模拟断层动力破裂过程的显式解耦有限元解法。利用此技术，可以模拟复杂场地条件下的断层动力破裂过程，以及由此产生的近场地面运动和地表破裂等问题。6.利用解耦显式有限元方法求解断层动力破裂过程，分析了当前广泛接受的滑动弱化模型的参数对破裂速度、断层面位错分布、震源时间函数、和近断层地震动的影响。同时分析Asperity对破裂速度的影响，地表破裂和非地表破裂过程的差异。

目录

文摘

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第一章前言

第二章近断层地震动的基本特征

§2.1引言

§2.2近断层地震动的含义

§2.3近断层地震动的基本特征

§2.4小结

第三章均匀弹性全空间方向性速度脉冲研究

§3.1引言

§3.2计算模型和方法

§3.3结果分析

§3.4小结

第四章基岩半空间究方向性速度脉冲研究

§4.1引言

§4.2计算模型和方法

§4.3算例分析

§4.3.1方向快速度脉冲的峰值、周期和分布区域的一般特征

§4.3.2破裂速度对方向性速度脉冲的影响

§4.3.3断层的埋深对方向快速度脉冲的影响

§4.3.4初始破裂点位置对近断层方向性速度脉冲的影响

§4.3.5位错方向的影响

§4.3.6Asperity的分布对方向性速度脉冲的影响

§4.3.7震级大小和方向性速度脉冲和峰值的关系

§4.3.8倾向滑动的方向性速度脉冲

§4.4脉冲峰值和周期的近似估计

§4.5小结

第五章近断层地震动时程模拟与预测

§5.1引言

§5.2近断层地震动时程的模拟和预测

§5.3近断层利用小震合成大震问题的讨论

§5.4近断层地震动时程预测示例

§5.4.1近断层地震动时程预测过程

§5.4.2近断层地震动时程预测实例

§5.5小结

第六章断层的动力破裂研究简要综述

§6.1引言

§6.2动力破裂问题的描述和求解方法

§6.3固定破裂速度下断层的破裂研究

§6.4断层的自发破裂研究

§6.5类破裂和自愈合

§6.6地震动力破裂过程模拟和利用动力学模型研究近断层地震动

第七章断层动力破裂的显式并行有限元解法

§7.1引言

§7.2断层动力破裂模型

§7.3断层动力破裂问题的基本方程和边界条件

§7.4断层动力破裂的显式有限元技术

§7.5并行计算

§7.6方法的验证

§7.7小结

附图

第八章断层动力破裂的若干问题研究

§8.1引言

§8.2临界破裂应力、初始应力和滑动弱化距离对破裂速度的影响

§8.3 Asperity对破裂速度的影响

§8.4地表和非地表破裂的差异及一个复杂破裂的例子

§8.5滑动弱化距离对位错过程和近断层地震动的影响

§8.6小结

第九章结语与展望

附录均匀弹性全空间中位错源产生的永久位移

参考文献

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致谢