强地震动场的理论预测模型与数值预测方法

汶川地震的观测资料和调查结果显示，震源破裂方式、近场地下结构和场地地质结构对强地震动场的分布有极大的影响。本申请重点研究强震复杂破裂过程和复杂场地结构环境情况下强地震动场的理论预测及数值模拟问题。研究内容包括：（1）改进强震震源破裂过程的反演方法，对汶川地震的震源破裂过程进行精细成像；（2）利用区域地震台网进行地下结构的反演成像，结合深钻钻探结果，建立区域地壳及近地表的三维地震波速度结构模型；（3）建立强地震动波场的全尺度、全频带理论预测模型，完善复杂震源过程、传播路径及局部非均匀场地结构及地表起伏条件下的地震波传播理论；（4）实现对强地震动场的高仿真数值模拟，分析研究震源破裂方式、场地地下结构及地形等因素对强地震动场的影响特性；（5）对汶川地震的强地震动场分布进行数值模拟计算，分析复杂震源及场地结构的波场效应，并利用实际地震记录对模拟方法进行检验，为重大工程建设的抗震设防提供科学依据。

本项目以汶川地震为例，研究强震复杂破裂过程和复杂场地结构环境情况下强地震动场的理论预测及数值模拟问题。基于有限断层破裂模型，分别建立了地震资料和大地测量资料对破裂过程的反演方程，并得到了联合反演方程。独立发展和设计了基于线性反演技术的联合反演方法， 以及将联合反演技术应用于近年来的数次典型的灾害性大地震的震源性质研究中。针对汶川地震，采用了远震资料、近场GPS同震形变资料和InSAR资料，联合反演得到了这次地震的破裂过程结果。在地形起伏强烈的龙门山及其周边地区，利用谱元法研究了地震波场的地形效应，地震波波长与界面起伏尺度相当时，波场会因此而发生强烈散射和衍射，山峰上地震动振幅增加，在山谷中振幅减小，模拟了汶川地震和芦山地震的地震波场的地形效应。基于新的强震台阵的观测资料，分析大震远场、中震近场条件下地震动空间变化规律，给出适合于工程应用的空间变化描述模型，并建立能够考虑地震动非平稳特性的空间相关多点地震动的拟合方法。综合考虑复杂震源、传播路径和场地的影响．利用确定性方法模拟近断层宽频强地面运动，模拟汶川8.0级地震在强震动分布，并与强震台的记录进行了对比研究。