地震地质 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (5): 1085-1100.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.05.004
• 云南漾濞6.4级地震与青海玛多7.4级地震研究专题 • 上一篇 下一篇
收稿日期:
2021-06-15
修回日期:
2021-07-30
出版日期:
2021-10-20
发布日期:
2021-12-06
通讯作者:
王宏伟
作者简介:
李春果, 女, 1995年生, 2019年于中国地震局工程力学研究所获防灾减灾工程与防护工程专业硕士学位, 现为中国地震局工程力学研究所防灾减灾工程与防护工程专业在读博士研究生, 主要研究方向为地震动数值模拟及场地效应, E-mail: lcggzl007@163.com。
基金资助:
LI Chun-guo(), WANG Hong-wei(), WEN Rui-zhi, QIANG Sheng-yin, REN Ye-fei
Received:
2021-06-15
Revised:
2021-07-30
Online:
2021-10-20
Published:
2021-12-06
Contact:
WANG Hong-wei
摘要:
2021年5月22日青海省玛多县发生MS7.4地震, 这是2008年汶川MS8.0地震后中国发生的震级最大的地震。 由于该地区强震动观测台站稀疏, 在此次地震中仅获得少量远场强震动记录。 为评估此次地震的地震动影响场, 文中利用青海玛多MS7.4地震的多个震源破裂模型、 断层滑动模型以及震源破裂随机模型, 基于随机有限断层三维地震动模拟方法给出了震中附近一定区域内4 461个虚拟观测点的模拟地震动三分量加速度时程。 与远场观测记录峰值(PGA、 PGV)及青藏地震区地震动峰值预测方程的预测中位值进行对比, 发现模拟记录峰值及其距离衰减与预测中位值基本一致, 但远场模拟记录峰值普遍低于观测值。 文中给出了典型场点(震中、 玛多县城、 果洛藏族自治州市区等)的加速度时程、 速度时程及拟加速度反应谱(PSA)。 最后基于模拟记录峰值计算给出了地震烈度的空间分布。 基于模拟记录的地震烈度长轴方向与破裂面走向一致, 极震区沿破裂面分布, 局部场地效应导致烈度等震线呈不规则的椭圆形。 与正式发布的地震烈度图进行对比可知, 基于模拟记录的地震烈度整体上偏低1~2度, 极震区烈度仅为Ⅸ或Ⅷ度。 我们推断模拟中采用的统计平均应力降可能导致模拟地震动普遍偏小, 考虑地震应力降的不确定性及其与地震动不确定性的关系, 模拟记录估计的地震烈度的标准差约为1.2。
中图分类号:
李春果, 王宏伟, 温瑞智, 强生银, 任叶飞. 2021年青海玛多MS7.4地震随机有限断层三维地震动模拟[J]. 地震地质, 2021, 43(5): 1085-1100.
LI Chun-guo, WANG Hong-wei, WEN Rui-zhi, QIANG Sheng-yin, REN Ye-fei. THREE-COMPONENT GROUND MOTION SIMULATIONS BASED ON THE STOCHASTIC FINITE-FAULT METHOD FOR THE 2021 MADUO MS7.4 EARTHQUAKE, QINGHAI PROVINCE[J]. SEISMOLOGY AND EGOLOGY, 2021, 43(5): 1085-1100.
图 2 青海玛多MS7.4地震的震源破裂模型 a USGS模型; b 北京大学张勇教授模型; c 中国地震局地质研究所模型; d 第1、 2个破裂随机模型
Fig. 2 The source rupture models of the Maduo MS7.4 earthquake in Qinghai Province.
参数 | 模型1 | 模型2 | 模型3 | 模型4 |
---|---|---|---|---|
震源破裂模型 | USGS | 张勇 | 地震局地质所 | 10个破裂随机模型 |
破裂面长度L×宽度W/km | 182×31.5 | 195×20 | 160×20 | 104×16.8 |
子断层尺寸/km | 3.5×3.5 | 5.0×5.0 | 约5.0×5.0 | 2.0×2.1 |
应力降Δσ/MPa | 3.413 | 5.189 | 4.406 | 3.597 |
动破裂面积比例 | 50% | |||
P波、 S波波速 /km·s-1 | 6.10、 3.52 | |||
密度/g·cm-3 | 2.72 | |||
几何扩散模型 | R-1(1~97.5km); R0(97.5~162.5km); R-0.5(>162.5km) | |||
P波、 S波品质因子 | QP(f)=128f0.56、 QS(f)=191.8f0.56 | |||
路径持时 | ACR模型 | |||
场地放大 | NEHRP B、C类场地分界对应的场地条件(VS30=760m/s); 场地放大效应经验模型 | |||
高频衰减参数κ/s | 0.02 |
表1 地震动模拟参数
Table1 Input parameters for the stochastic finite-fault simulation of the Maduo earthquake
参数 | 模型1 | 模型2 | 模型3 | 模型4 |
---|---|---|---|---|
震源破裂模型 | USGS | 张勇 | 地震局地质所 | 10个破裂随机模型 |
破裂面长度L×宽度W/km | 182×31.5 | 195×20 | 160×20 | 104×16.8 |
子断层尺寸/km | 3.5×3.5 | 5.0×5.0 | 约5.0×5.0 | 2.0×2.1 |
应力降Δσ/MPa | 3.413 | 5.189 | 4.406 | 3.597 |
动破裂面积比例 | 50% | |||
P波、 S波波速 /km·s-1 | 6.10、 3.52 | |||
密度/g·cm-3 | 2.72 | |||
几何扩散模型 | R-1(1~97.5km); R0(97.5~162.5km); R-0.5(>162.5km) | |||
P波、 S波品质因子 | QP(f)=128f0.56、 QS(f)=191.8f0.56 | |||
路径持时 | ACR模型 | |||
场地放大 | NEHRP B、C类场地分界对应的场地条件(VS30=760m/s); 场地放大效应经验模型 | |||
高频衰减参数κ/s | 0.02 |
图 5 基于不同地震破裂模型模拟记录给出的青海玛多MS7.4地震的地震烈度分布 a USGS模型; b 北京大学张勇教授模型; c 中国地震局地质研究所模型; d 破裂随机模型
Fig. 5 Seismic intensity estimated by the simulated ground motions based on various source rupture models.
图 6 应力降提高1倍标准差后, 基于USGS震源破裂模型的地震烈度估计值
Fig. 6 Seismic intensity estimated by the simulated ground motions based on the USGS model with the stress drop increased to mean plus one standard deviation.
[1] | 陈长云, 任金卫, 孟国杰, 等. 2013. 巴颜喀拉块体东部活动块体的划分、 形变特征及构造意义[J]. 地球物理学报, 56(12): 4125-4141. |
CHEN Chang-yun, REN Jin-wei, MENG Guo-jie, et al. 2013. Division, deformation and tectonic implication of active blocks in the eastern segment of Bayan Har block[J]. Chinese Journal of Geophysics, 56(12): 4125-4141. (in Chinese) | |
[2] | 陈立春, 王虎, 冉勇康, 等. 2010. 玉树MS7.1地震地表破裂与历史大地震[J]. 科学通报, 55(13): 1200-1205. |
CHEN Li-chun, WANG Hu, RAN Yong-kang, et al. 2010. The MS7.1 Yushu earthquake surface rupture and large historical earthquakes on the Garzê-Yushu Fault[J]. Chinese Science Bulletin, 55(13): 1200-1205. (in Chinese) | |
[3] |
梁明剑, 杨耀, 杜方, 等. 2020. 青海达日断裂中段晚第四纪活动性与1947年M7¾地震地表破裂带再研究[J]. 地震地质, 42(3): 703-714. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.011.
DOI |
LIANG Ming-jian, YANG Yao, DU Fang, et al. 2020. Late Quaternary activity of the central segment of the Dari Fault and restudy of the surface rupture zone of the 1947 M7¾ Dari earthquake, Qinghai Province[J]. Seismology and Geology, 42(3): 703-714. (in Chinese) | |
[4] | 吕红山, 赵凤新. 2007. 适用于中国场地分类的地震动反应谱放大系数[J]. 地震学报, 29(1): 67-76. |
LÜ Hong-shan, ZHAO Feng-xin. 2007. Site coefficients suitable to China site category[J]. Acta Seismologica Sinica, 29(1): 67-76. (in Chinese) | |
[5] |
孙鑫喆, 徐锡伟, 陈立春, 等. 2010. 青海玉树MS7.1地震2个典型地点的地表破裂特征[J]. 地震地质, 32(2): 338-344. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2010.02.017.
DOI |
SUN Xin-zhe, XU Xi-wei, CHEN Li-chun, et al. 2010. Characteristics of surface rupture of the MS7.1 Yushu, Qinghai Province earthquake at two representative places[J]. Seismology and Geology, 32(2): 338-344. (in Chinese) | |
[6] | 王宏伟, 任叶飞, 温瑞智. 2021. 一种随机有限断层的三维地震动模拟方法: 鲁甸地震为例[J]. 地震工程与工程振动, 41(2): 181-191. |
WANG Hong-wei, REN Yei-fei, WEN Rui-zhi. 2021. A modified stochastic finite-fault method for simulating ground motions in three dimensions: A case study of Ludian earthquake[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 41(2): 181-191. (in Chinese) | |
[7] | 王勤彩, 刘杰, 郑斯华, 等. 2005. 云南地区与频率有关的P波、 S波衰减研究[J]. 地震学报, 27(6): 588-597. |
WANG Qin-cai, LIU Jie, ZHENG Si-hua, et al. 2005. Frequency-dependent attenuation of P and S waves in Yunnan region[J]. Acta Seismologica Sinica, 27(6): 588-597. (in Chinese) | |
[8] | 王未来, 房立华, 吴建平, 等. 2021. 2021年青海玛多MS7.4地震序列精定位研究[J]. 中国科学(D辑), 51(7): 1193-1202. |
WANG Wei-lai, FANG Li-hua, WU Jian-ping, et al. 2021. Study in precise location of the 2021 Maduo, Qinghai MS7.4 earthquake sequence[J]. Science in China(Ser D), 51(7): 1193-1202. (in Chinese) | |
[9] | 尹欣欣, 王维欢, 蔡润, 等. 2021. 2021年青海玛多MS7.4地震精定位和发震构造初探[J]. 地震工程学报, 43(4): 834-839. |
YIN Xin-xin, WANG Wei-huan, CAI Run, et al. 2021. Precise location of the 2021 Maduo, Qinghai MS7.4 earthquake and its seismogenic structure[J]. China Earthquake Engineering Journal, 43(4): 834-839. (in Chinese) | |
[10] | 俞言祥, 李山有, 肖亮. 2013. 为新区划图编制所建立的地震动衰减关系[J]. 震灾防御技术, 8(1): 24-33. |
YU Yan-xiang, LI Shan-you, XIAO Liang. 2013. Development of ground motion attenuation relations for the new seismic hazard map of China[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 8(1): 24-33. (in Chinese) | |
[11] | 詹艳, 梁明剑, 孙翔宇, 等. 2021. 2021年5月22日青海玛多MS7.4地震深部环境及发震构造模式[J]. 地球物理学报, 64(7): 2232-2252. |
ZHAN Yan, LIANG Ming-jian, SUN Xiang-yu, et al. 2021. Deep structure and seismogenic pattern of the 2021.5.22 Madoi (Qinghai) MS7.4 earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics, 64(7): 2232-2252. (in Chinese) | |
[12] | 赵翠萍, 陈章立, 华卫, 等. 2011. 中国大陆主要地震活动区中小地震震源参数研究[J]. 地球物理学报, 54(6): 1478-1489. |
ZHAO Cui-ping, CHEN Zhang-li, HUA Wei, et al. 2011. Study on source parameters of small to moderate earthquakes in the main seismic active regions, China mainland[J]. Chinese Journal of Geophysics, 54(6): 1478-1489. (in Chinese) | |
[13] | Allmann B P, Shearer P M. 2009. Global variations of stress drop for moderate to large earthquakes[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 114(B1): B01310. |
[14] |
Atkinson G M, Boore D M. 2006. Earthquake ground-motion prediction equations for eastern North America[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 96(6): 2181-2205.
DOI URL |
[15] |
Atkinson G M, Mereu R F. 1992. The shape of ground motion attenuation curves in southeastern Canada[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 82(5): 2014-2031.
DOI URL |
[16] |
Baltay A S, Hanks T C, Abrahamson N A. 2019. Earthquake stress drop and Arias intensity[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(4): 3838-3852.
DOI URL |
[17] | Bodin P, Brune J N. 1996. On the scaling of slip with rupture length for shallow strike-slip earthquakes: Quasi-static models and dynamic rupture propagation[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 86(5): 1292-1299. |
[18] |
Boore D M. 2009. Comparing stochastic point-source and finite-source ground-motion simulations: SMSIM and EXSIM[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 99(6): 3202-3216.
DOI URL |
[19] |
Boore D M. 2003. Simulation of ground motion using the stochastic method[J]. Pure and Applied Geophysics, 160(3-4): 635-676.
DOI URL |
[20] |
Boore D M, Thompson E M. 2015. Revisions to some parameters used in stochastic-method simulations of ground motion[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 105(2A): 1029-1041.
DOI URL |
[21] |
Dalguer L A, Miyake H, Day S M, et al. 2008. Surface rupturing and buried dynamic rupture models calibrated with statistical observations of past earthquakes[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 98(3): 1147-1161.
DOI URL |
[22] |
Graves R W, Pitarka A. 2010. Broadband ground-motion simulation using a hybrid approach[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 100(5A): 2095-2123.
DOI URL |
[23] |
Graves R, Pitarka A. 2015. Refinements to the Graves and Pitarka(2010)broadband ground-motion simulation method[J]. Seismological Research Letters, 86(1): 75-80.
DOI URL |
[24] |
Graves R, Pitarka A. 2016. Kinematic ground-motion simulations on rough faults including effects of 3D stochastic velocity perturbations[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 106(5): 2136-2153.
DOI URL |
[25] |
Heath D C, Wald D J, Worden C B, et al. 2020. A global hybrid VS30 map with a topographic-slope-based default and regional map insets[J]. Earthquake Spectra, 36(3): 1570-1584.
DOI URL |
[26] |
Manighetti I, Campillo M, Bouley S, et al. 2007. Earthquake scaling, fault segmentation, and structural maturity[J]. Earth and Planet Science Letters, 253(3-4): 429-438.
DOI URL |
[27] |
Motazedian D, Atkinson G M. 2005. Stochastic finite-fault modeling based on a dynamic corner frequency[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 95(3): 995-1010.
DOI URL |
[28] |
Pacheco J F, Scholz C H, Sykes L R. 1992. Changes in frequency-size relationship from small to large earthquakes[J]. Nature, 355(2): 71-73.
DOI URL |
[29] |
Saragoni G R, Hart G C. 1973. Simulation of artificial earthquakes[J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2(3): 249-267.
DOI URL |
[30] |
Seyhan E, Stewart J P. 2014. Semi-empirical nonlinear site amplification from NGA-West2 data and simulations[J]. Earthquake Spectra, 30(3): 1241-1256.
DOI URL |
[31] |
Shaw B E, Scholz C H. 2001. Slip-length scaling in large earthquakes: Observations and theory and implications for earthquake physics[J]. Geophysical Research letters, 28(15): 2995-2998.
DOI URL |
[32] |
Shaw B E, Wesnousky S G. 2008. Slip-length scaling in large earthquakes: The role of deep-penetrating slip below the seismogenic layer[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 98(4): 1633-1641.
DOI URL |
[33] |
Somerville P, Irikura K, Graves R, et al. 1999. Characterizing crustal earthquake slip models for the prediction of strong ground motion[J]. Seismological Research Letters, 70(1): 59-80.
DOI URL |
[34] |
Wang H, Ren Y, Wen R. 2019. Investigating the contribution of stress drop to ground-motion variability by simulations using the stochastic empirical Green’s function method[J]. Pure and Applied Geophysics, 176(10): 4415-4430.
DOI URL |
[35] | Wells D L, Coppersmith K J. 1994. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 84(4): 974-1002. |
[1] | 何欣娟, 潘华. 2021年云南漾濞MS6.4地震的强地面运动模拟[J]. 地震地质, 2021, 43(4): 920-935. |
[2] | 王宏伟, 温瑞智, 任叶飞. 考虑区域特征的地震动模拟——以2020年伽师MS6.4地震为例[J]. 地震地质, 2021, 43(2): 430-446. |
[3] | 郭建兴, 张宇翔, 姬建中, 袁小祥, 肖本夫. 利用居民地建筑物数据和高分遥感影像评估地震烈度的方法初探[J]. 地震地质, 2020, 42(4): 968-980. |
[4] | 陈鲲, 俞言祥, 高孟潭, 亢川川. 中国西部地区利用烈度数据估计地震动参数的方法[J]. 地震地质, 2014, 36(4): 1043-1052. |
[5] | 冯蔚, 姜立新, 杨天青, 李洋, 郑通彦. 芦山7.0级地震强震台仪器烈度与调查点烈度的对比分析[J]. 地震地质, 2014, 36(1): 222-229. |
[6] | 吕坚, 俞言祥, 汤兰荣, 高建华, 卢福水. 江西省及邻区地震动参数衰减关系[J]. 地震地质, 2009, 31(1): 122-132. |
[7] | 杨主恩, 邓志辉, 马文涛, 孙谦, 陈桂华. 汶川8级强震极震区破坏情况与烈度[J]. 地震地质, 2008, 30(2): 349-354. |
[8] | 吴中海, 吴珍汉, 胡道功, 彭华, 叶培盛. 2004年西藏懂错MS 5.6地震的宏观烈度调查与控震构造分析[J]. 地震地质, 2007, 29(1): 63-76. |
[9] | 徐锡伟, 冉勇康, 周本刚, 尹功明, 李建华, 刘五洲. 张北-尚义地震的地震构造环境与宏观破坏特征[J]. 地震地质, 1998, 20(2): 135-145. |
[10] | 王海岗, 封胜利. 南通市场地综合区划[J]. 地震地质, 1994, 16(3): 238-242. |
[11] | 时振梁, 王健. 核电厂选址中历史地震最大烈度[J]. 地震地质, 1993, 15(4): 323-326. |
[12] | 潘建雄, 吴业彪, 张玉岫, 薛佳谋. 关于1556年华县大地震及岳阳地震的讨论[J]. 地震地质, 1993, 15(3): 261-267. |
[13] | 李家灵, 晁洪太. 1992年1月23日南黄海5.3级地震[J]. 地震地质, 1993, 15(1): 57-60. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||