地震地质 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (5): 1091-1105.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.05.006
郑兴群1,2,3)(), 陶正如1,2),*(), 白凯1,2)
收稿日期:
2023-07-17
修回日期:
2024-02-28
出版日期:
2024-10-20
发布日期:
2024-11-22
通讯作者:
陶正如, 女, 1978年生, 博士, 研究员, 主要从事工程地震方面的研究工作, E-mail: 作者简介:
郑兴群, 男, 1997年生, 现为北京交通大学土木工程防灾减灾专业在读博士研究生, 主要从事工程地震方面的研究工作, E-mail: 1754453830@qq.com。
基金资助:
ZHENG Xing-qun1,2,3)(), TAO Zheng-ru1,2),*(), BAI Kai1,2)
Received:
2023-07-17
Revised:
2024-02-28
Online:
2024-10-20
Published:
2024-11-22
摘要:
地震动估计是抗震设计和风险评估的重要输入来源。地震动估计中, 地震波在地壳介质中的传播可用几何扩散项和非弹性衰减项表达。文中针对这2项区域传播介质特性, 从几何扩散项和非弹性衰减项2个角度分别开展研究。首先, 以地震记录丰富的日本东北部地区为研究区, 使用遗传算法反演几何扩散项参数并讨论震级、 震源深度及莫霍面深度的影响。结果表明: 莫霍面埋深对几何扩散项参数的影响最大。将此结果用于中国西部的四川、 新疆和云南地区, 按照莫霍面深度分区并分段拟合几何扩散项参数。在此基础上, 从地质学的角度重新划分区域, 借助遗传算法反演得到不同分区的非弹性衰减项参数Q0和η等。结果表明: 在大地热流数值较高、 莫霍面较浅、 上地壳剪切波速较低、 地震活动较强烈的地区, 地震波衰减较快, 通常Q值较低; 在地质年代由古及今、 高程增加的情况下, Q值逐渐减小。面向地震动估计所需的区域地壳介质参数Q值, 给出了反演区域范围的划分方案, 即四川的东部地区和新疆天山地区为高Q值区域, 云南、 四川中西部地区和新疆喀什地区为低Q值区域。其中, 云南西北部和四川中西部为Q值相对更低的地区。
郑兴群, 陶正如, 白凯. 面向地震动估计需求的区域传播介质参数[J]. 地震地质, 2024, 46(5): 1091-1105.
ZHENG Xing-qun, TAO Zheng-ru, BAI Kai. REGIONAL PROPAGATION MEDIUM PARAMETERS FOR GROUND MOTION ESTIMATION[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2024, 46(5): 1091-1105.
反演参数 | 取值范围 |
---|---|
R1/km | 20~80 |
R2/km | 80~150 |
b1 | 0.8~1.5 |
b2 | -0.3~0.7 |
b3 | 0.49~0.51 |
Q0 | 90~300 |
η | 0.6~1.0 |
表1 日本东北部地区各区域参数反演范围
Table 1 Inversion range of regional parameters in northeastern Japan
反演参数 | 取值范围 |
---|---|
R1/km | 20~80 |
R2/km | 80~150 |
b1 | 0.8~1.5 |
b2 | -0.3~0.7 |
b3 | 0.49~0.51 |
Q0 | 90~300 |
η | 0.6~1.0 |
MW | R1/km | R2/km | b1 | b2 | b3 | Q0 | η |
---|---|---|---|---|---|---|---|
3.5~4.5 | 32 | 100 | 1.43 | -0.05 | 0.50 | 168 | 0.80 |
4.5~5.5 | 30 | 148 | 1.40 | 0.10 | 0.50 | 167 | 0.79 |
5.5~6.5 | 29 | 147 | 1.34 | 0.20 | 0.50 | 165 | 0.81 |
≥6.5 | 30 | 148 | 1.10 | 0.28 | 0.50 | 170 | 0.77 |
表 2 各震级子集的参数反演结果
Table 2 Parameter inversion results of each magnitude subsets
MW | R1/km | R2/km | b1 | b2 | b3 | Q0 | η |
---|---|---|---|---|---|---|---|
3.5~4.5 | 32 | 100 | 1.43 | -0.05 | 0.50 | 168 | 0.80 |
4.5~5.5 | 30 | 148 | 1.40 | 0.10 | 0.50 | 167 | 0.79 |
5.5~6.5 | 29 | 147 | 1.34 | 0.20 | 0.50 | 165 | 0.81 |
≥6.5 | 30 | 148 | 1.10 | 0.28 | 0.50 | 170 | 0.77 |
H/km | R1/km | R2/km | b1 | b2 | b3 | Q0 | η |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0~8 | 27 | 147 | 1.44 | -0.18 | 0.50 | 178 | 0.81 |
8~16 | 29 | 145 | 1.42 | 0.14 | 0.50 | 170 | 0.81 |
16~30 | 25 | 148 | 1.36 | 0.21 | 0.50 | 182 | 0.85 |
表 3 各震源深度子集的参数反演结果
Table 3 Parameter inversion results of focal depth subsets
H/km | R1/km | R2/km | b1 | b2 | b3 | Q0 | η |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0~8 | 27 | 147 | 1.44 | -0.18 | 0.50 | 178 | 0.81 |
8~16 | 29 | 145 | 1.42 | 0.14 | 0.50 | 170 | 0.81 |
16~30 | 25 | 148 | 1.36 | 0.21 | 0.50 | 182 | 0.85 |
D/km | R1/km | R2/km | b1 | b2 | b3 | Q0 | η |
---|---|---|---|---|---|---|---|
≤25 | 25 | 82 | 1.03 | 0.08 | 0.50 | 168 | 0.74 |
25~29 | 30 | 95 | 1.40 | 0.02 | 0.50 | 173 | 0.78 |
≥29 | 35 | 100 | 1.38 | 0.11 | 0.50 | 170 | 0.75 |
表 4 各莫霍面深度子集的参数反演结果
Table 4 Parameter inversion results of Moho depth subsets
D/km | R1/km | R2/km | b1 | b2 | b3 | Q0 | η |
---|---|---|---|---|---|---|---|
≤25 | 25 | 82 | 1.03 | 0.08 | 0.50 | 168 | 0.74 |
25~29 | 30 | 95 | 1.40 | 0.02 | 0.50 | 173 | 0.78 |
≥29 | 35 | 100 | 1.38 | 0.11 | 0.50 | 170 | 0.75 |
莫霍面埋深/km | 频率/Hz | R1/km | R2/km |
---|---|---|---|
25~35 | 1 | 45 | 104 |
25~35 | 2 | 45 | 104 |
25~35 | 4 | 45 | 109 |
25~35 | 8 | 45 | 109 |
35~45 | 1 | 64 | 119.5 |
35~45 | 2 | 64 | 119.5 |
35~45 | 4 | 64 | 119.5 |
35~45 | 8 | 64 | 119.5 |
45~60 | 1 | 79 | 139 |
45~60 | 2 | 79 | 139 |
45~60 | 4 | 79 | 139 |
45~60 | 8 | 71 | 139 |
表5 拟合结果
Table 5 Fitting results
莫霍面埋深/km | 频率/Hz | R1/km | R2/km |
---|---|---|---|
25~35 | 1 | 45 | 104 |
25~35 | 2 | 45 | 104 |
25~35 | 4 | 45 | 109 |
25~35 | 8 | 45 | 109 |
35~45 | 1 | 64 | 119.5 |
35~45 | 2 | 64 | 119.5 |
35~45 | 4 | 64 | 119.5 |
35~45 | 8 | 64 | 119.5 |
45~60 | 1 | 79 | 139 |
45~60 | 2 | 79 | 139 |
45~60 | 4 | 79 | 139 |
45~60 | 8 | 71 | 139 |
/bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|
1~220 | 0.01~0.08 | 90~500 | 0.2~1.1 |
表6 中国西部各参数的反演范围
Table 6 Inversion range of parameters in western China
/bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|
1~220 | 0.01~0.08 | 90~500 | 0.2~1.1 |
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
古生代区 | 87.295 | 0.0506 | 340.08 | 0.801 |
中生代区 | 98.386 | 0.0572 | 321.41 | 0.580 |
新生代区 | 82.590 | 0.0555 | 283.37 | 0.958 |
表7 按照地质年代分区反演得到的参数
Table 7 Regional parameters in areas divided by geological age
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
古生代区 | 87.295 | 0.0506 | 340.08 | 0.801 |
中生代区 | 98.386 | 0.0572 | 321.41 | 0.580 |
新生代区 | 82.590 | 0.0555 | 283.37 | 0.958 |
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
低热区 | 52.172 | 0.0395 | 381.33 | 0.735 |
高热区 | 104.096 | 0.0304 | 220.58 | 0.852 |
表8 按照大地热流值划分区域反演得到的参数
Table 8 Regional parameters in areas divided by terrestrial heat flow
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
低热区 | 52.172 | 0.0395 | 381.33 | 0.735 |
高热区 | 104.096 | 0.0304 | 220.58 | 0.852 |
区域高程 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
<1000m | 88.567 | 0.0399 | 362.68 | 0.601 |
1000~3000m | 128.183 | 0.0522 | 335.59 | 0.654 |
>3000m | 69.119 | 0.0517 | 281.47 | 0.715 |
表9 按照高程划分区域反演得到的参数结果
Table 9 Regional parameters in areas divided by elevation
区域高程 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
<1000m | 88.567 | 0.0399 | 362.68 | 0.601 |
1000~3000m | 128.183 | 0.0522 | 335.59 | 0.654 |
>3000m | 69.119 | 0.0517 | 281.47 | 0.715 |
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
浅埋深区 | 81.507 | 0.0242 | 222.10 | 0.671 |
深埋深区 | 110.338 | 0.0346 | 301.64 | 0.591 |
表10 按照莫霍面埋深划分区域反演得到的参数结果
Table10 Regional parameters in areas divided by depth of Moho surface
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
浅埋深区 | 81.507 | 0.0242 | 222.10 | 0.671 |
深埋深区 | 110.338 | 0.0346 | 301.64 | 0.591 |
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
低速区 | 30.866 | 0.0379 | 227.16 | 0.882 |
高速区 | 80.874 | 0.0459 | 344.92 | 0.620 |
表11 按照上地壳剪切波速划分区域反演得到的参数
Table11 Regional parameters in areas divided by shear wave velocity in the upper crust
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
低速区 | 30.866 | 0.0379 | 227.16 | 0.882 |
高速区 | 80.874 | 0.0459 | 344.92 | 0.620 |
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
弱活动区 | 34.027 | 0.0425 | 291.43 | 0.751 |
强活动区 | 82.740 | 0.0526 | 237.80 | 0.555 |
表12 按照地震活动性划分区域反演得到的参数
Table12 Regional parameters in areas divided by seismic activity
分区 | /bar | κ0/s | Q0 | η |
---|---|---|---|---|
弱活动区 | 34.027 | 0.0425 | 291.43 | 0.751 |
强活动区 | 82.740 | 0.0526 | 237.80 | 0.555 |
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