广义线性反演方法的改进及其在川滇地区的应用

The determination of ground-motion parameters is one of the key scientific issues in anti-seismic design. Both because of very few recorded historical cases exist and the inherent limitation of empirical attenuation relationships, in seismic performance analysis of major infrastructure, using seismology-theory-based simulation method to estimate ground-motion parameters has become the focus of many researchers. In this method, appropriateness of selected ground-motion modeling parameters could determine the quality of the simulation results directly. In among the methods used to estimate ground-motion modeling parameters, the generalized inversion technique is one of the most popular. It is the most important assumption of this method that assumes the site amplification coefficients as 1. Under the influence of weathering effects, however, even the hard-rock site is usually of a certain extent of amplification, which phenomenon may cause bias in the inverted results. Therefore, the development of the generalized inversion technique has been limited. In this regards, based on abundant accelerograms of Sichuan and Yunnan, China, by developing a new high-frequency attenuation parameter model as well as calculating the average site amplification coefficients of different site condition, this project intends to propose a new selection technique of reference site and improve the generalized inversion technique. The improved method would be used in cases that the reference site is hard to find. Meanwhile, the high-frequency attenuation parameter model, the average site amplification coefficients and other ground-motion modeling parameters obtained in this project would provide reasonable parameter selection basis for ground-motion simulation in the study area.

地震动参数的确定是工程抗震设防的关键科学问题。由于历史震害少和经验衰减关系的局限性，通过基于地震学理论的模拟方法确定地震动参数并用于重大工程的抗震性能分析已成为很多学者关注的焦点。该方法中地震动模型参数的选择是否恰当直接决定了模拟结果的质量。广义线性反演法是计算地震动模型参数的重要手段，其中最重要的假设是参考场地的场地放大系数为1。但是受风化作用的影响，即使是硬基岩场地通常也有一定的场地放大效应。所以理想的参考场地较难找到，导致了反演结果的偏差，限制了广义线性反演法的发展。本项目以川滇地区为例，通过建立一种新的高频衰减参数模型和计算不同类型场地的平均场地放大系数，提出一种新的参考场地的选择方式以对广义线性反演法进行改进。改进后的广义线性反演法适用于真实参考场地难以找到的情况，得到的高频衰减参数模型、平均场地放大系数和其它地震动模型参数，能为川滇地区的地震动模拟提供合理可靠的参数选择依据。

广义线性反演法是反演地震动模型参数的重要手段。传统的广义线性反演法假设参考场地的场地放大系数为1，所以需要寻找适当的基岩场地作为参考场地。但是在风化作用和基岩裂隙的影响下，即使是坚硬基岩场地也存在一定的场地放大效应，导致了反演结果的偏差，限制了该方法的发展。本项目对广义线性反演法的反演策略和参考场地的选择方法开展研究，通过建立高频衰减参数模型和计算不同场地类型的平均场地放大系数，对广义线性反演法进行了改进。改进的广义线性反演法适用于参考场地难以选择的情况，并能够计算目标区域平均的品质因子。 通过强震动记录和测震记录建立区域的高频衰减参数模型，通过结合地壳S波速度模型和局部场地钻孔资料计算不同场地类型的平均场地放大系数，本项目提出了一种基于经验参考场地的广义线性反演方法。相对于传统方法，该方法一定程度上克服了传统方法中理想的基岩参考场地难以找到的局限性，并能够计算目标区域的平均品质因子。本项目将该方法成功应用于陆域和海域的区域性地震动特性研究中，得到了以下创新性的研究成果：（1）通过研究四川地区基岩场地的场地效应，我们发现在0.1-20 Hz频率范围内，川西高原的平均场地放大系数在1左右波动，四川盆地的平均场地放大系数在大于8 Hz时与川西高原相似，在小于8 Hz时最大放大达到4；（2）研究了川西高原、四川盆地和云南地区的地震动高频衰减特性，建立了以上区域的高频衰减参数模型，发现了地震动高频衰减特性与地形高程和地壳S波速度异常之间的相关性，为基于随机性方法的强地震动模拟提供了参数选择依据；（3）将改进的广义线性反演方法应用于海域地震动特性的研究之中，揭示了不同震源深度俯冲带地震的震源特性差异，并通过采用反演参数成功实现了俯冲带地震的宽频带模拟；（4）改进的广义线性反演方法在2019年6月17日的长宁地震序列中得到成功应用，为强震动数据产品快速产出提供了新技术。