基于我国强震动数据Flatfile的地震动不确定性研究

论文摘要

众所周知,同一地震不同场地上的地震动不同;相同场地不同地震得到的地震动也有差异。因此,利用衰减关系预测某一场地的地震动强度存在很大不确定性。地震动不确定性的结果会直接影响到地震危险性分析的可靠程度。近年来,随着数字强震动仪器的飞速发展,获得了大量高质量的强震动记录,为研究地震动不确定性提供了基础数据。我国数字强震动观测台网自2007年底试运行以来,收集到了大量的高质量强震动记录,为我国地震工程领域的相关研究提供了充分的数据资料。本文以我国强震动数据为研究对象,构建了我国强震动数据Flatfile文件,并在此数据库的基础上对地震动强度指标的不确定性进行了研究,具体的内容如下:（1）构建了我国强震动数据Flatfile文件。将我国2005年至2015年间收集到的10000余条强震动记录进行了统计和整理,构建了我国首个强震动数据Flatfile文件,包含震源元数据、地震事件元数据、台站元数据、传播路径元数据、地震动强度指标元数据和地震记录信息元数据六个模块。给出了明确的不同震级形式（Mw、ML、Ms和Mb）和不同距离表达方式之间（Rrup和Rhyp、RJB和Repi）的经验转换关系;给出了缺乏钻孔资料等信息的台站VS30推荐值;给出了不同震级档范围内强震动记录进行滤波处理时的高通截止频率的推荐值。（2）分析了水平向地震动方位性。基于我国强震动数据Flatfile文件,以不受观测仪器布设方向影响的RotD50谱定义为参考,统计了不同定义的水平向地震动强度Sai之间的关系,给出了Sai/SaRotD50的经验模型,用于不同定义水平向地震动强度之间的转换。回归分析得到的不同定义水平向地震动预测方程的事件间、事件内和总标准差的对比结果（τSai/τSaRotD50、（?）Sai/（?）SaRotD50和σSai/σSaRotD50）表明,不同定义形式的标准差之间存在差异,事件内的不确定性显著大于事件间的不确定性。还给出了周期依赖性的最大谱值RotD100和RotD50之间的经验转关系。（3）分析了场地效应的不确定性。本研究以我国四川地区为研究对象,对该区域进行了非遍历假设标准差各分量的评估。目前,已发布的适用于四川地区的地震动预测方程由于其预测变量或数据的限制,均不适用于非遍历假设标准差的相关分析。因此,构建了消除观测仪器布设方向影响的RotD50预测模型,并通过了预测变量标定误差、预测方程系数相关性以及事件间和事件内不确定性的检验,确保了预测模型适用于研究区域的非遍历假设分析。研究区域非遍历假设标准差σss比遍历假设标准差减少了约10%-20%;事件修正后单位台标准差（?）ss值与其他地区（加州、希腊、智利、伊朗、日本、意大利和新西兰等）（?）ss值对比结果表明,四川地区（?）ss、加州地区（?）ss以及伊朗（?）ss显著大于其它区域,这一结果颠覆了目前国际上对（?）ss区域不相关的固有认识。（4）建立了地震动显著持时预测模型,并分析了相关的不确定性。本研究给出了适用于我国的水平向和竖向地震动显著持时（D5-75、D5-95和D20-80）预测方程,预测变量的标定误差和分布假设检验结果证实了预测模型的可靠性。不同定义形式的地震动显著持时不确定性分析结果表明,D5-75、D5-95和D20-80水平向和竖向地震动显著持时总不确定性大小依次为D5-95<D5-75<D20-30,且竖向地震动显著持时的不确定性要略小于水平向地震动显著持时。（5）分析了地震动不确定性的区域特征。地震动方位性的不确定性区域特征分析结果表明,近场SaENV/SaGM在短周期的区域依赖性较弱,而在长周期则存在有强烈的区域依赖性。地震动显著持时不确定性的区域特征分析表明,震级Mw<5.75时,事件内的不确定性存在着更大的差异。南北地震带Mw～6.0级地震（鲁甸、景谷、康定、岷县地震以及2次2008年汶川地震余震）地震动不确定性区域特征分析结果表明,该区域Mw～6.0地震的平均震源效应对地震动的影响弱于BSSA14模型（Boore et al.,2014）所考虑的全球浅层地壳地震的平均水平;研究区域较大的非弹性衰减系数⊿c3表明,BSSA14模型中非弹性衰减的区域调整系数仅适用于某些局部区域（即龙门山断裂带）,并不适用于整个南北地震带范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景
•   1.2 强震动数据Flatfile研究现状
•     1.2.1 Flatfile介绍
•     1.2.2 研究现状
•   1.3 水平向地震动方位性的研究现状
•   1.4 地震动预测方程研究现状
•   1.5 地震动不确定性研究现状
•     1.5.1 场地效应的不确定性
•     1.5.2 地震动不确定性的区域特征
•   1.6 本文的主要工作
• 第二章 我国强震动数据Flatfile构建
•   2.1 引言
•   2.2 Flatfile框架
•   2.3 地震元数据
•     2.3.1 震源元数据
•     2.3.2 地震事件元数据
•   2.4 台站元数据
•   2.5 传播路径元数据
•   2.6 地震动强度指标
•   2.7 强震动记录处理
•     2.7.1 场地
•     2.7.2 传播路径
•     2.7.3 震源
•   2.8 本章小结
• 第三章 水平向地震动方位性
•   3.1 引言
•   3.2 消除观测仪器布设方向影响的地震动强度
•     3.2.1 旋转角度依赖周期的几何平均
•     3.2.2 旋转角度不依赖周期的几何平均
•     3.2.3 旋转角度依赖周期的非几何平均
•   3.3 不同定义水平向地震动强度转换关系
•     3.3.1 理论介绍
•     3.3.2 数据选取
•     3.3.3 不同定义的地震动强度幅值中位值比率
•     3.3.4 不同定义的强震动参数标准差比率
•   3.4 最大谱值RotD100
• RotD100/Sa_RotD50对地震动影响因素的依赖性'>    3.4.1 Sa_RotD100/Sa_RotD50对地震动影响因素的依赖性
• RotD100的方向性关系'>    3.4.2 不同周期Sa_RotD100的方向性关系
•     3.4.3 RotD100与五代区划衰减关系对比
•   3.5 本章小结
• 第四章 场地效应的不确定性
•   4.1 引言
•   4.2 非遍历假设理论
•     4.2.1 遍历假设
•     4.2.2 非遍历假设
•   4.3 地震动预测模型的建立
•     4.3.1 数据集
•     4.3.2 回归分析
•   4.4 单台标准差相关分析
• s'>    4.4.1 场地项δS2S_s
• ss,s'>    4.4.2 单个台站的事件修正后单台标准差φ_ss,s
• ss'>    4.4.3 事件修正后单台标准差φ_ss
•     4.4.4 与基于BSSA14模型的单台标准差分量对比
•   4.5 本章小结
• 第五章 显著持时预测模型及其不确定性
•   5.1 引言
•   5.2 数据选取
•   5.3 回归分析
•     5.3.1 水平向地震动显著持时
•     5.3.2 竖向地震动显著持时
•     5.3.3 水平向与竖向显著持时的差异
•   5.4 与其它研究对比
•   5.5 本章小结
• 第六章 地震动不确定性的区域特征
•   6.1 引言
•   6.2 地震动方位性的区域性特征
• ENV/Sa_RotD50'>    6.2.1 Sa_ENV/Sa_RotD50
• ENV/Sa_GM'>    6.2.2 Sa_ENV/Sa_GM
• RotD100/Sa_RotD50'>    6.2.3 Sa_RotD100/Sa_RotD50
•   6.3 显著持时的区域性特征
• w～6.0区域特征'>  6.4 南北地震带M_w～6.0区域特征
•     6.4.1 数据集
•     6.4.2 强震动的区域性差异
•     6.4.3 事件间和事件内不确定性
•   6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 全文结论
•   7.2 研究展望
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 附录Ⅲ
• 附录Ⅳ
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读博士期间发表的文章
• 攻读博士期间参与的科研项目

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐培彬

导师: 温瑞智

关键词: 强地震动,地震动方位性,地震动预测模型,地震动不确定性,地震动区域性,地震动显著持时,单台标准差

来源: 中国地震局工程力学研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 中国地震局工程力学研究所

分类号: P315.7

DOI: 10.27490/d.cnki.ggjgy.2019.000057

总页数: 186

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