地震动的空间相关性——以纳帕地震为例
发布时间：2021-10-21 08:35
在区域地震危险性分析或者损失评估中,需要量化同一次地震中的多场点地震动强度被联合超越的概率。常规的特定场点地震危险性分析方法并不能处理场点间地震动的空间相关性问题。文中利用收集到的2014年8月24日美国加州纳帕MW6.0地震的344组强震记录,初步研究了地震动在空间上的相关性。利用半变异函数方法计算获得了峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）及3个特定周期（0.3s、1.0s和3.0s）反应谱谱值的空间相关性函数,通过指数模型拟合得到了其对应的连续的空间相关性函数,并与先前的研究结果进行了比较。研究结果表明,地震动参数存在空间相关性,且随着距离的增大呈指数衰减;地震动的空间相关性随着反应谱周期的增大而增大;同时,地震动的空间相关性存在区域性的特征,峰值加速度的空间相关性在南加州地区比在日本和中国台湾地区更弱（衰减更快）。文中所得结论可为区域地震危险性分析、损失评估以及减小震后快速产出震动图（Shake Map）的不确定性等提供理论依据和参考。
【文章来源】：地震地质. 2020,42(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
2014年8月24日纳帕MW6.0地震的地震动观测值与BSSA14衰减关系的比较
由此即可从有限的相距距离为h的场点对中估计出γ^(h)的值。连续半变异函数γ^(h)可以从不同相隔距离的估计值中拟合得出。选择各向同性的指数模型作为最终的拟合函数:这里，a和b分别是半变异函数的台基值和变程。台基值等于变量Z的方差，变程指半变异函数等于0.95倍的台基值所对应的分隔距离。将地震事件间残差的标准差进行归一化处理，则式(3)可简化为
不同场点的地震动强度的空间相关性(地震事件间残差的协方差)可以由半变异函数表示。图4为纳帕地震观测台站对的数目相对于台间距的直方图。台站间的距离间隔Δh取为2km，则各个距离间隔内至少有120多对数据，可保证数据计算统计的可靠性。此外，本研究也使用了1km的台站间最小距离间隔进行了统计计算(最少的台站对数目为40个)，但所得结果显示台站间距离间隔的减小并没有显著改善纳帕地震观测数据地震动空间相关性的统计结果，因此本文还是以台站间距离间隔为2km的结果进行说明。图5给出了依据式(2)构建纳帕地震台站观测峰值加速度、峰值速度以及3个特定周期反应谱谱值的半变异函数以及利用手工方法依据指数模型拟合的结果。指数模型拟合的变程值示于表1。图5的结果表明，PGA、PGV及3个特定周期的反应谱谱值存在空间相关性，且近似服从指数分布。利用纳帕地震观测的不同地震动参数构建的半变异函数的比较结果示于图6。比较PGA、PGV和Sa(3s)的结果可以看出，随着反应谱周期的增大，半变异函数γ(h)的增长速率变小，空间相关性变大。地震动的长周期成分比短周期(高频)成分具有更强的空间相关性，这也与以前的研究结果一致(Der Kiureghian,1996)。这种空间上的相关性也可以被近似地认为是空间分布的地震动时程的相似性。地震波在传播过程中，由于波的散射作用，使得地震波的相似性降低。传播过程中，高频的地震波相似性减小的幅度更大，可能是因为短波长成分更容易被小尺度的异质体所影响或改变，因此高频地震波的空间相关性没有长周期地震波显著。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同约束条件下2014年8月24日纳帕MW6.0地震峰值加速度震动图的对比[J]. 陈鲲,俞言祥,高孟潭,亢川川. 地震地质. 2018(02)
[2]考虑场地效应的ShakeMap系统研究[J]. 陈鲲,俞言祥,高孟潭. 中国地震. 2010(01)
本文编号：3448627
【文章来源】：地震地质. 2020,42(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
2014年8月24日纳帕MW6.0地震的地震动观测值与BSSA14衰减关系的比较
由此即可从有限的相距距离为h的场点对中估计出γ^(h)的值。连续半变异函数γ^(h)可以从不同相隔距离的估计值中拟合得出。选择各向同性的指数模型作为最终的拟合函数:这里，a和b分别是半变异函数的台基值和变程。台基值等于变量Z的方差，变程指半变异函数等于0.95倍的台基值所对应的分隔距离。将地震事件间残差的标准差进行归一化处理，则式(3)可简化为
不同场点的地震动强度的空间相关性(地震事件间残差的协方差)可以由半变异函数表示。图4为纳帕地震观测台站对的数目相对于台间距的直方图。台站间的距离间隔Δh取为2km，则各个距离间隔内至少有120多对数据，可保证数据计算统计的可靠性。此外，本研究也使用了1km的台站间最小距离间隔进行了统计计算(最少的台站对数目为40个)，但所得结果显示台站间距离间隔的减小并没有显著改善纳帕地震观测数据地震动空间相关性的统计结果，因此本文还是以台站间距离间隔为2km的结果进行说明。图5给出了依据式(2)构建纳帕地震台站观测峰值加速度、峰值速度以及3个特定周期反应谱谱值的半变异函数以及利用手工方法依据指数模型拟合的结果。指数模型拟合的变程值示于表1。图5的结果表明，PGA、PGV及3个特定周期的反应谱谱值存在空间相关性，且近似服从指数分布。利用纳帕地震观测的不同地震动参数构建的半变异函数的比较结果示于图6。比较PGA、PGV和Sa(3s)的结果可以看出，随着反应谱周期的增大，半变异函数γ(h)的增长速率变小，空间相关性变大。地震动的长周期成分比短周期(高频)成分具有更强的空间相关性，这也与以前的研究结果一致(Der Kiureghian,1996)。这种空间上的相关性也可以被近似地认为是空间分布的地震动时程的相似性。地震波在传播过程中，由于波的散射作用，使得地震波的相似性降低。传播过程中，高频的地震波相似性减小的幅度更大，可能是因为短波长成分更容易被小尺度的异质体所影响或改变，因此高频地震波的空间相关性没有长周期地震波显著。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同约束条件下2014年8月24日纳帕MW6.0地震峰值加速度震动图的对比[J]. 陈鲲,俞言祥,高孟潭,亢川川. 地震地质. 2018(02)
[2]考虑场地效应的ShakeMap系统研究[J]. 陈鲲,俞言祥,高孟潭. 中国地震. 2010(01)
本文编号：3448627
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