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延庆—怀来盆地地面运动的理论模拟与研究

白石羽  
【摘要】:延庆一怀来断陷盆地位于山西裂谷系北部晋冀蒙盆岭构造区东端与北西向张家口—蓬莱断裂带的交汇地段,地质构造颇为复杂,发育有NE向、NW向和近EW向等多组活动断层,长期以来是首都圈内中强地震较为集中、地震活动性较高的一个地区。在延庆一怀来盆地已开展过的大规模地质调查和地震观测研究为研究该地区的场地效应以及评估未来地震危险性提供了较为有利的条件。 本文在前人工作的基础上,将混杂法应用于该地区的地震振动的研究。混杂法是在综合应用振型叠加法和有限差分法的基础上发展而来的,允许同时考虑到震源、传播路径以及局部场地的影响,震中距可以由数公里扩展至上百千米,该方法适于二维横向非均匀介质复杂模型的地面振动的真实性模拟。一旦获得了某次地震事件的震源参数、震源到沉积区的结构、力学参数(密度、波速,衰减等),以及沉积盆地的几何参数(比如层厚)等资料,便可以通过理论模拟给山特定台站或是地区的地面运动。 2002年8月3日,在怀来—涿鹿次级盆地北缘发生了一次M_L4.2地震,布设于延怀盆地边缘的中德合作数字地震台阵记录到了这次地震事件,并且进行了精确定位。本文的理论模拟就是针对该次地震事件的。根据需要,研究区域按0.02°×0.02°的水平网格划分,第四纪沉积层的厚度分布数据也是依据上述网格间距提取的。利用现有的物性资料以及沉积层的厚度分布,线性插值得到各网格点的密度、波速以及Q值的深度分布,在此基础上建立二维横向非均匀结构模型。有限差分计算的网格大小选为10m×10m,理论计算的频率上限为4Hz。 通过三条特征剖面(SC01、SC02和SC03)的理论模拟,得到如下结果: (1) 通过理论计算,得出在延庆—矾山盆地有比较明显的盆地效应,特别是盆地的边缘效应。由加速度波形可以看出,与其它地区(例如基岩出露的山区)相比,第四纪沉积层的分布有效地放大了地震波信号,延长了波列的持续时间。 (2) 对比各剖面三个分量的峰值加速度的最大值,可以看到,P-SV波的径向分量的最大值近似为垂直分量的2倍。考虑到数值模拟中所采用的震源机制以及方位差异,剖面SC01同SC02、SC03之间在切向分量最大值的差异是可以理解的。SC01的峰值加速度的最大值并没有出现于切向分量,径向分量(4.26cm/s~2)只是略高于切向分量(3.89cm/s~2)。对于SC02和SC03,峰值加速度的最人值都山现在切向分量,而且切向分量近似为径向分量的2倍。 (3)给出了有一定「程意义的峰值加速度(PGA)、峰值加速度的比值 注max(20)加max(10)以及Arias强度的比值叫ZD)/叭10)沿各剖面的分布图。 由于在研究区域沉积分布的差异(例如延庆一矾山盆地的西南缘浅部沉积区和 盆地的深沉积中心附近区域),同一地震事件在不同区域产生的影响是不同 的,接近于沉积中心的区域所遭受的地震破坏有可能比其他区域大得多。 (4)横向非均匀结构对于SH波和P一SV波的影响存在着比较大的差异。从径向分量 的频谱特征可以看出模型结构的整体变化趋势,这是因为被放大的主要是其低 频部分。对比SC02和SC03的频谱特征可以看出,由于垂直分量被放大的主要 是高频成份,其频谱特征能够提供更多关于模型结构局部变化的信息。同样, 切向分量(SH波)也表现出与横向非均匀结构的空间变化相应的特征,只是放 人效应出现的频段较宽(0.05一4Hz),频谱特征也相对复杂的多。 (5)针对不同剖面局部二维结构的差异(底部界面的起伏变化等)作了数值模拟和 进一步的讨论,验证了三条剖面合成地面振动特征差异的合理性。沉积深度和 界面的倾斜度对于波形的影响存在着一定的规律性,一般地,深度越深,放人 率效应越明显,随着深度的变化,峰值出现的位置也随深度变化发生了一定的 偏移,这与入射波场的在不同界面的衍射和多次反射特征的差异相一致。 (6)通过与台站记录的对比,验证数值模拟的有效性和正确性,继而将己经获得的 结果从有台站记录的区域(延怀盆地边缘布设的地震台站)推厂’到缺乏记录的 其它区域(盆地内部)。


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