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隨機(jī)有限斷層法模擬中強(qiáng)地震近場地震動(dòng)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(duì)地震安全性要求極高的工程，在其工程場地地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作中，彌散地震地震動(dòng)估計(jì)往往對(duì)廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震動(dòng)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(píng)定其地震影響時(shí)會(huì)遇到較大困難。常規(guī)方法是采用適當(dāng)?shù)乃p關(guān)系來計(jì)算工程場地震級(jí)5.0和5.5的彌散地震在距離廠址5 km處的地震動(dòng)參數(shù)。本文針對(duì)核電廠地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)需求，探討彌散地震評(píng)價(jià)的新方法，即通過隨機(jī)有限斷層法來模擬中強(qiáng)地震近場地震動(dòng)參數(shù)。通過參數(shù)敏感性分析技術(shù)篩選了對(duì)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(qiáng)地震模型應(yīng)力降參數(shù)的方法，并基于多個(gè)國家和地區(qū)中強(qiáng)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(qiáng)地震類屬模型來模擬特定震級(jí)-距離的地震動(dòng)，從而對(duì)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行補(bǔ)充和驗(yàn)證。

(1) 詳細(xì)研究了模擬地震動(dòng)時(shí)程的隨機(jī)有限斷層法以及近年來對(duì)該方法的改進(jìn)，改進(jìn)后的隨機(jī)有限斷層法適合模擬中強(qiáng)地震。

(2) 對(duì)隨機(jī)有限斷層法模擬中強(qiáng)地震近場強(qiáng)震動(dòng)的參數(shù)影響情況進(jìn)行了分析。將隨機(jī)有限斷層法應(yīng)用于中強(qiáng)地震時(shí)，由于震源信息的準(zhǔn)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(qiáng)地震近場地震動(dòng)的時(shí)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(duì)中強(qiáng)地震近場地震動(dòng)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(qiáng)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(duì)反應(yīng)譜短周期部分影響最大； 幾何擴(kuò)散系數(shù)對(duì)PSA的整體影響也較為明顯。將隨機(jī)有限斷層方法應(yīng)用到工程安全性評(píng)價(jià)工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)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(kuò)散系數(shù)，同時(shí)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(qiáng)地震近場強(qiáng)震動(dòng)的模擬。

(3) 開展了中強(qiáng)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(gè)近場臺(tái)站記錄的地震動(dòng)模擬，詳細(xì)研究并改善了采用隨機(jī)有限斷層法擬合中強(qiáng)地震地震動(dòng)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(jì)算得到的應(yīng)力降值差別較大，確定中強(qiáng)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(shí)際記錄較為符合?；谠摲椒ú⒏鶕?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(qiáng)地震近場加速度時(shí)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(gè)國家和地區(qū)計(jì)算得到的中強(qiáng)地震隨機(jī)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(shí)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(jì)算所使用的中強(qiáng)地震高頻成分豐富有關(guān)。

(4) 針對(duì)中強(qiáng)地震震源及路徑參數(shù)難以準(zhǔn)確確定的情況，提出了通過建立隨機(jī)有限斷層類屬模型參數(shù)來考慮隨機(jī)不確定性，從而進(jìn)行中強(qiáng)地震近場地震動(dòng)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(shí)，考慮關(guān)鍵參數(shù)隨機(jī)不確定性，開展大量模擬計(jì)算。完成了對(duì)核電廠工程彌散地震地震動(dòng)參數(shù)評(píng)價(jià)的工程應(yīng)用分析。對(duì)模擬PGA的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明： 考慮核電廠彌散地震時(shí)，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(dòng)評(píng)價(jià)提供了驗(yàn)證信息。模擬PSA統(tǒng)計(jì)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(jī)有限斷層法模擬結(jié)果的推薦反應(yīng)譜。

關(guān)鍵詞隨機(jī)有限斷層法； 中強(qiáng)地震； 近場； 地震動(dòng)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(hào)：P315；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.01.011