汶川地震动衰减新模型研究及与其它地震区衰减函数的衍生关系

Because of few strong-motion records obtained in China, the attenuation models used in the past design code are modified attenuation models for the western part of the United States based on the relationships between the seismic intensity attenuations in the two regions. Since 1995, China has been building up a ground-motion recording network and accumulated a significant number of records from small earthquakes in many seismically active regions in the recent history. During the 2008 Wenchuan earthquake and its aftershocks, a large number of strong-motion records were obtained. The proposed project will make use this invaluable set of records to study the source, path and site effects of these earthquakes. Based on the source, path and site effects and their standard deviations from small earthquakes in Sichuan area and point-source random vibration theory, a response spectrum attenuation model for the simulated response spectra will be established. In order to correct the effect from the poor record distribution with respect to source distance, an adjustment will be made to achieve consistent calculated spectrum between the random vibration model and the model from Wenchuan earthquake and its aftershocks at all distances. Finally, the attenuation model developed from the records obtained in the 2008 Wenchuan earthquake and its aftershocks will be modified for the use in the other seismically active regions but without strong motion records. Together with seismicity models, the new model can be used for a probabilistic seismic hazard evaluation for important engineering applications and for a future revision of code seismic design spectrum for all seismically active regions in China.

由于我国没有足够的强震记录，制定地震荷载规范所用的反应谱衰减模型主要是通过对比中国与美国西部的地震烈度衰减模型的参数映射关系来修正美国西部的地震动衰减模型。自1995年，我国逐步建立了一批地震观测站，积累了大批的小震和弱震记录。2008年汶川大地震又获得了一批主震和余震记录。本项目将利用这些宝贵的数据，对汶川主余震的震级效应、路径效应、场地效应等进行系统研究，建立汶川主余震地震动衰减新模型；根据四川地区弱震、小震记录得出的震源、路径、场地参数及各个参数的方差和随机振动经典理论，建立四川小震、中震的随机振动模拟反应谱衰减模型，并调整与汶川模型的远近场一致性，克服记录随震源距离的不良分布；最后通过对全国其它地震活动区的弱震、小震参数和非弹性衰减率的统计分析，映射衍生出适合这些地区的地震动衰减模型。研究成果将为全国各地震活动区重大工程建设的地震安全概率评估和抗震设防规范制定提供理论基础和参考。

本项目利用我国西南地区近二十年来积累的大量地震记录，反演了该地区的介质品质因子Q值，通过数值计算的方法建立了非线性场地放大模型，最终，建立了两个适用于西南地区的地震动衰减模型并给出了将衰减模型映射衍生至国内其它地震区的一个简单方法。主要取得以下成果：.① 按照地质构造的不同，将我国西南地区分为四川盆地、青藏高原和云贵高原三个区域，利用这些区域内的中小震记录，反演了这些区域的介质品质因子Q值，计算了这些区域内的地震事件的震源参数和场地响应；.② 利用日本Kik-net台站的场地钻孔数据，建立了大量一维场地模型，采用等效线性化的方法求得了一维场地的非线性反应；建立了一维非线性场地放大比的随机效应模型，并提出了一种调整此模型的简单方法，将其应用于地震动衰减模型中；.③ 对比了国际著名的五个衰减模型在我国西南地区的适用性，结果表明：对于该地区，五个模型均存在不足之处；在模型中额外加入震源项、路径项和场地项后，拟合效果有明显提高。总体来讲，Zhao2016模型拟合效果最好，如需将国外已有的衰减模型不经修改而直接用于国内，可优先选择此模型；.④ 参考Zhao2016衰减模型的方程形式，利用西南地区的中强震记录，建立了两个地震动衰减模型：模型I和模型II。两模型采用相近的震源项和场地项、不同的几何衰减项，模型I的几何衰减项为简单衰减函数，而模型II为三段几何衰减函数，结果表明：两个衰减模型对2008年汶川地震的拟合效果很好；.⑤ 给出了由衰减模型II映射衍生至国内其它地震区的一个简单方法，为国内其它地震区的抗震设防工作提供参考，但该方法目前还不够完善，有待进一步的修正。.本项目的研究成果可为我国各地区的大型结构地震荷载的计算、重大建设工程的地震灾害概率安全评估和抗震设计规范的制定提供应用参考。