华北地区地震危险性分析研究

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由于我国华北地区地理位置十分重要,自近代以来地震活动比较频繁,因而该地区的地震危险性分析一直是我国地震工作者关注的焦点之一.本文综合了作者在硕士学习期间对该地区地震危险性分析研究的结果,从两个方面对这一地区的地震危险性进行分析研究.  第一,利用两个不同的有限差分动力学模型DFM和SORD对近代以来发生在华北地区最具破坏性的地震唐山大地震进行建模研究.  DFM(Dynamic Fault Model,动态破裂模型)由Steven Day博士发展,使用并行有限差分计算方法模拟地震的瞬态破裂.从简化的双侧断层破裂模式出发,对该地震发震断层的动态破裂过程及近断层地表运动特征进行了仿真模拟和计算.研究区域为围绕发震断层200km×140km×40km(深度)的长方形块体组成,计算网格结点的空间分辨率和时间分辨率分别为200米和0.012秒,形成的空间网格节点为1051×701×201,总共的计算节点数达1.48×108个,计算长度为4000个时间步长.在DELL小型工作站上,实现了对源程序的移植和并行计算.并对源程序进一步完善修改,成功地实现了对京津唐地区三维地壳速度结构的嵌入,增强了对地震波传播以及地面运动模拟的真实性.  通过三维断层自发破裂模拟,本文对唐山地震的破裂过程和由此造成的近断层地表运动有了一个更为清晰的认识.我们还通过三维可视化手段将地形数据和断层的破裂过程及其对地表的运动特征结合起来,通过可视化得到的2D和3D的图片及动画很好的反馈了模拟结果中蕴含的信息,直观的反映了断层的动态破裂过程和唐山地震近断层地表运动的分布特征,推动了计算机技术与地震学的进一步融合.  SORD(Supporting Operator Rupture Dynamics,支持算子动态模型),由Geoffrey Ely博士开发.该程序在DFM的基础上进一步引进了支持算子技术和边界吸收技术,使得模拟更加灵活和高效.本文中,我们尝试建立了唐山地震的弯曲断层模型.这一更加接近真实的模型为我们更深刻的了解这一地区大震发生的机制,并为预测今后该地区发生大地震时的强地面提供帮助.我们还对比了DFM和SORD模型模拟的结果,通过对比显示了弯曲断层和平直断层对地表运动所造成的不同影响.  第二,从观测地震学的角度对华北地区的历史大震进行统计分析.利用地震烈度资料定量估算历史地震震中区域和震级的方法是由Bakun和Wentworth于1997年首先提出的.该方法定量程度高,对烈度数据较少或发生在近海的历史地震的定位和震级估算尤为有效.按照Bakun和Wentworth给出的思路,笔者尝试了对我国华北地区的历史和近代地震的震中和震级进行初步分析.首先,选取20世纪以来发生在该地区的10次有仪器记录的地震(5.3<Ms<7.8),对该地区的烈度-震级-震中距衰减关系进行标定并给出了烈度衰减模型,表明华北地区烈度随震中距增大而衰减的速率明显小于美国加州地区(约50%).在此衰减模型的基础上,提出了确定震级和震中区域的网格搜索试算方法(GSTSL),并给出了适用于华北地区的圈定震中区域和烈度震级的等值线置信值.最后,讨论了计算震中区域等值线时所引进的权因子Wi及其中参数b对震中区域等值线圈闭性的影响.利用该方法,对发生在1668年莒县—郯城地震,1679年三河—平谷地震,以及1966年隆尧地震和1969年渤海地震进行了分析.需要指出的是,该方法也可推广应用于我国其它历史地震资料丰富的地区.
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