2024 年 06 月 25 日
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科研亮点:日本海沟S-NET台网水平向海域板内地震动预测模型
发布时间:2024/06/10
      地震动衰减关系是地震灾害研究和评估建筑结构可能遭受地震作用的一个重要工具。基于日本大型海底观测台网S-net的海域水平向地震动记录,应用随机效应模型和回归分析构建了日本海沟地区的水平向海域板内地震动预测模型,对比了海域和陆地板内地震动预测模型在反应谱和衰减率上的差异。
      通过数据筛选、基线修正和滤波建立了海域板内地震动数据库(见图1),利用随机效应模型进行回归分析和参数平滑,建立了海域水平向板内地震动预测模型。通过部分非遍历假设分析了该区域的单台标准差,对比了该模型在给定条件下的预测反应谱并与日本陆地预测模型的差异,本文主要结论如下:
      (1)建立了海域水平向板内预测模型,考虑了震源的深度项、震级的一次项;通过几何衰减项中考虑大震近场的饱和效应,在中远场复杂路径的影响,考虑中远场几何衰减率的修正系数项;按照埋设和未埋设考虑埋置方式的影响,并利用水深和沉积层厚度表征场地效应。在海域场地效应模型中,未埋设台站的场地放大在整个周期段都显著高于埋设台站,这一结果表明台站的埋设方式对于海域地震动的场地效应影响很大,按照台站埋设方式对海底台站进行区分是必要的。
      (2)单台标准差的计算结果表明(见图2),本研究区域的部分非遍历假设较遍历性假设的标准差减少了10% - 20%。事件修正后的单台标准差φss值范围在0.36-0.47,整体低于大部分陆地地区研究结果(0.4-0.5),表明海域地区的传播介质引起的地震动不确定性相比于陆地区域更小,海域区域性差异没有陆地显著。
      (3)海域和陆地板内模型的对比结果表明,台站的埋设方式的影响很大,未埋设台站的反应谱值在整个周期段都远大于埋设台站的反应谱值(见图3和4)。短周期段,海域模型的衰减率更慢,长周期段时相接近;海域地震动的反应谱峰值位置明显后移;在长周期段,海域埋设和未埋设台站的反应谱值都显著大于陆域4类场地下的谱值,表明海域地震动的长周期分量异常丰富。

      该成果发表在国际权威期刊《Earthquake Spectra》(Jingyang Tan, Jinjun Hu*. Horizontal ground-motion model for subduction slab earthquakes using offshore ground motions in the Japan Trench area. Earthquake Spectra. 2024;0(0). doi:10.1177/87552930241237546)。

图1 日本海沟地区海域板内地震动数据分布图

图2 本研究海域板内地震动的标准差分布图

图3 日本海沟海域和日本陆域地震动模型震源项比较

图4 本研究中海底台站埋设和未埋设对反应谱值影响对比