三維沉積盆地地震效應研究.pdf

1、震害實例及觀測記錄表明沉積盆地對其內(nèi)部的地震動有顯著影響。國外已開展大量三維盆地地震響應的數(shù)值模擬工作，并取得豐碩成果，但在我國相關的研究還較少。本文綜合既有資料建立考慮盆地基底深度分布的三維模型，并基于高精度的并行譜元方法對我國的兩個典型盆地——施甸盆地與四川盆地的地震效應進行詳細研究，主要工作如下：
　　1.對三維沉積盆地的各種地震效應，如盆地的次生面波、邊緣效應、聚焦效應、共振效應等的形成原因以及相關的研究現(xiàn)狀作出詳細總結(jié)。

2、
　　2.將多階精度的多次透射邊界（MTF）結(jié)合到高精度的譜元方法中，給出具體的結(jié)合過程，并在通用的并行譜元程序SPECFEM2D和SPECFEM3D中實現(xiàn)。利用改進后的譜元程序模擬了二維和三維波源問題的響應，結(jié)果表明：結(jié)合MTF的譜元程序顯著提高了對面波及大角度入射的體波的吸收效果，消除了原程序中粘性邊界存在的漂移現(xiàn)象。
　　3.利用最新的三維施甸盆地模型，研究了設定地震下盆地內(nèi)地震波的傳播特點，以及盆地基底的幾何形狀和盆

3、地內(nèi)外介質(zhì)阻抗比的變化對地震動的影響。結(jié)果表明：
　?。?）在盆地的東西、南北邊緣處均有較大幅值的次生面波產(chǎn)生，面波與經(jīng)松散的第四系覆蓋層放大的直達體波之間的干涉導致盆地邊緣區(qū)域形成條帶狀強地震動帶。此外，施甸盆地的狹長拐角處也是捕捉地震能量較多的區(qū)域之一。
　?。?）沿東西及南北向傳播的面波及被捕捉在盆地中來回傳播的體波使得盆地內(nèi)強震動持時大幅延長。
　?。?）橫向傳播的面波間的干涉導致盆地內(nèi)的小型凹陷處易出現(xiàn)一維或

4、多維的橫向共振，共振頻率由凹陷橫向的尺寸決定。共振現(xiàn)象使得凹陷處地震動被強烈放大，盡管覆蓋層厚度中等，但幅值顯著大于未發(fā)生共振的覆蓋層厚度最大的區(qū)域。此外，多維共振的幅值大于一維共振，而具體出現(xiàn)哪種共振與面波的波長和凹陷的尺寸相關。
　?。?）對三維盆地，不同模態(tài)的Rayleigh波和 Love波的激發(fā)頻率不同?；A和一階的Rayleigh波的激發(fā)頻率為等效土層的基階自振頻率，二階模態(tài)的Rayleigh波的激發(fā)頻率為等效土層的一階

5、自振頻率。對于Love波，不同模態(tài)的激發(fā)頻率為同等階等效土層的自振頻率。此外，無論 Rayleigh波還是 Love波，不同模態(tài)面波的幅值與剖面位置和盆地內(nèi)外介質(zhì)阻抗比有關。
　?。?）覆蓋層波速盆地內(nèi)影響高階模態(tài)面波的產(chǎn)生。相同的輸入下，低波速模型中會形成更高階模態(tài)的面波，高階面波的出現(xiàn)使得盆地內(nèi)的地震動分布更加復雜；而高波速模型僅出現(xiàn)基階面波，地震動分布較為平滑。
　?。?）盆地內(nèi)的地震動分布受震源輻射方式及地震波的入射

6、方向影響明顯。
　?。?）對于施甸盆地，其內(nèi)部的三個局部凹陷及盆地邊緣區(qū)域是放大作用最強烈的區(qū)域，在抗震設計中應予以考慮。
　　4.考慮四川盆地的第四系及盆地結(jié)晶基底深度的分布，并綜合地表地形、近地表沉積層及地殼分層構(gòu)造等資料，建立較細化的三維四川盆地模型，為開展四川盆地三維地震效應的模擬提供基礎。
　　5.利用以上盆地模型模擬了汶川地震中四川盆地對于低頻地震波（<0.5Hz）的放大效應。結(jié)果表明：（1）第四系成都平原

7、和四川盆地基底深度的分布對盆地內(nèi)強地震動分布有顯著影響。（2）斷層面上不同位置輻射的地震波在盆地內(nèi)的干涉使得盆地內(nèi)形成兩個條狀強地震動帶，是影響盆地內(nèi)地震動分布的重要因素。（3）盆地邊緣效應、破裂方向性效應及斷層面上不同子源輻射的地震波的干涉三者間的共同作用導致在四川盆地邊緣的都江堰、綿竹、安縣等地產(chǎn)生強烈地震動。（4）相比不考慮盆地存在的基巖場地模型，四川盆地對于水平分量的最大放大系數(shù)為9.6，若考慮盆地內(nèi)外介質(zhì)波阻抗差異的影響，則盆