海域复杂地震地质环境下的地震动特征及其传播机制研究

With the rapid development of coastal economic and implementation of national marine developing strategy in China, a large number of marine projects are under construction. These projects play a huge role in promoting China's economy, thus their safety are very important. Most of the sea areas of China are located in the circum-Pacific seismic belt, so the seismic safety issue is particularly important. Currently, seismic input for marine engineering often refers to the criterion of inland, but there is a great difference in the generation, propagation and site condition between the offshore and onshore ground motions. Thus the current seismic input for marine engineering seriously lacks of basis. Herein, in this study, the seismic ground motion under complex ocean seismologic and geological environment is studied by using a combined method of real data analysis, theoretical derivation and numerical modeling. The following aspects are conducted: ①study of difference for offshore and onshore ground motions based on the real observation recordings; ②analysis of ground motion characteristics and propagation mechanisms based on different focal mechanisms, subduction zone earthquake, interface and intraslab earthquake and different propagation path models by using numerical method; ③establishment of offshore ground motion attenuation model and the decision of model coefficients; ④study of seismic response of typical sea soil and engineering geological body in the sea. Through this study, we hope to reveal the essential characteristics of offshore ground motion, and to provide basis for seismic design of marine engineering. So this study has important theoretical significance and application value.

随着我国沿海经济高速发展和国家海洋开发战略的实施，大量近海和海域工程开始兴建，这些工程对我国经济起着巨大的推动作用，其安全性至关重要。我国海域多处于环太平洋地震带，地震安全问题尤为突出。目前海域工程的抗震输入往往参照陆地的相关规定，但由于海域地震动在产生、传播和场地条件上与陆地地震动存在较大差异，因而目前海域工程的地震动输入严重缺乏依据。基于此，本研究以海域地震地质环境下的地震动为研究对象，采用实际数据分析、理论推导和数值模拟的方法，系统开展如下研究：①基于强震观测资料，分析海域和陆地地震动特征的差异；②采用数值方法，基于不同震源机制、俯冲带板内、板缘地震震源和传播路径模型，分析海域地震动特征和传播机理；③建立海域地震动衰减模型，确定模型系数；④研究典型海洋土和海洋工程地质体的场地地震反应。通过本研究以揭示海域地震动的本质特征，为海域工程抗震设计提供依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。

海洋工程的开发和建设必须考虑地震的影响，本研究以复杂海域环境下的地震为研究对象，取得了一系列有创新意义和应用前景的研究成果：1）研究了海底观测地震动参数和弹塑性反应谱，分析了断层类型、震级和距离对地震动参数及频谱变异系数的影响。结果表明距离和震级对幅值的影响随其增大而逐渐减弱；距离较小时，其对阿里亚斯强度的影响很大，较大时其对阿里亚斯强度的影响小于震级的影响。海底动力放大系数谱最大值大于抗震规范值。2）采用随有限断层数值模拟方法，分析和探讨了俯冲带板内、板缘地震与浅地壳地震的地震动特征和衰减规律的区别。结果表明俯冲带地震动存在区域性差异，在地震动衰减特征方面，同一区域的俯冲带板缘地震要比浅地壳地震衰减慢，俯冲带板内地震要比浅地壳地震衰减得快；数值模拟分析不同深度海水对地震动的影响表明，地震动水平分量几乎不受海水介质的影响，但是竖向分量随海水深度的增加有减小的趋势。3）研究了俯冲带地震动衰减关系的方法，提出了一种基于数值模拟结合其他区域已有经验衰减关系建立本地衰减关系的方法。结果表明不同类型的地震的衰减特征存在一定的差异性，俯冲带板内地震的衰减速率要快于我国陆地地区的汶川地震的浅地壳地震；数值模拟结合经验关系的混合方法得到的南海俯冲带板内地震动衰减关系具有一定的应用价值。4）基于我国南海岛礁工程地质剖面图，建立了岛礁场地二维简化模型，采用二维非线性有限元分析方法，采用多屈服面塑性本构模型模拟，考虑该岛礁礁灰岩盆地构造和潟湖区与礁坪外海水对场地地震反应的影响。结果表明：对于同一水平向剖面，岛礁盆地砂层场地的水平向加速度峰值在岛礁边缘处最大，向场地中央过渡的过程中逐渐减小；在低水平地震动输入下没有出现液化现象。