斷陷盆地及斷層破碎帶場地地震動效應

劉必燈

1)中國地震局工程力學研究所，哈爾濱 150080 2)防災科技學院，燕郊 065201

地震動輸入場的確定一直是工程地震學界的主要研究內容之一，而除了發(fā)震斷層的震源效應和地震動衰減規(guī)律影響著地震動輸入場的確定以外，局部場地條件也是一個非常重要的影響因素。局部場地條件包括局部地基土、局部地形和局部構造，而局部斷層構造對地震動輸入場的研究國內外意見還不統(tǒng)一。

“九五”、“十五”期間在中國西南的重點監(jiān)視防御區(qū)的鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶周邊布設了大量臺站，盡管自臺站建設以來，這些區(qū)域的活斷層還沒有發(fā)生大規(guī)模的強震，但是處于其周邊的龍門山斷裂帶上的汶川地震的發(fā)生，使這一地區(qū)的強震臺站獲得的記錄對于研究非發(fā)震斷層對場地地震動的影響提供了依據。

本文以汶川地震中的非發(fā)震斷層鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶、渭河斷裂帶周邊所獲取的加速度記錄為依據，研究了這些記錄在峰值、頻譜之間的差異，并通過這些地區(qū)的局部場地條件差異進行了合理解釋，在此基礎上通過數值試驗的方法，利用二維動力有限元對這幾個地區(qū)的地面運動進行了模擬，對出現這一地區(qū)地面運動差異的機理進行了解釋，并就斷層參數對場地地震動影響方面進行了大量工作，得到了若干結論。

通過西昌地區(qū)地震動記錄差異性結果揭示了由深部斷層構造所控制的斷陷盆地對地震動影響顯著;通過對寶雞地區(qū)地震動記錄差異性結果揭示了由斷層控制的斷陷盆地及斷層陡坎地形對地震動影響顯著;通過對石棉地區(qū)地震動記錄差異性結果揭示了非發(fā)震斷層中的上下盤地震動的差異，指出了上下盤效應不僅僅存在于波源問題中，也存在于散射問題中;通過對石棉地區(qū)一次近場余震的地震動記錄差異性結果揭示了近垂直斷層對斜入射的地震波具有阻隔作用。

通過模型計算揭示了以斷層破碎帶為表征的斷層的各種參數對場地地震動的影響，研究結果表明:斷層低速度破碎帶的存在產生了大量的轉換波，包括Love面波;介質波速差異較大時(3倍以上)斷層破碎帶中產生了斷層陷波;斷層低速度破碎帶的存在使輸入場地恒定的能量出現向低速度帶中集聚的特點;隨著破碎帶寬度的增大，這種集聚效應也增大;傾滑斷層破碎帶模型對場地地震動影響分析表明，除震源問題中存在上下盤效應以外，散射問題中也存在上下盤效應，且隨著斷層傾角變小，上下盤效應越來越明顯;豎向斷層破碎帶能阻隔斜入射地震波，在入射角所指向的一側地面運動要更小，且隨著入射角度增加，這種阻隔效應更明顯。

通過對變寬度和變介質波速模型研究表明，斷層場地對地震動的放大效應是與頻率相關的，模型放大效應對輸入不同頻段地震動具有選擇性，寬度較窄的模型和介質波速較高的模型對頻率較高的地震動放大顯著，而寬度較寬的模型和介質波速較低的模型對頻率較低的地震動放大顯著，這說明放大效應與由介質波速和破碎帶寬度決定的場地卓越頻率有關，破碎帶寬度越寬，波速越低，則場地卓越頻率越低，所對應的主要放大頻段的頻率就越低。

通過對有覆蓋層斷層場地的地面運動規(guī)律的分析表明:隨著深度的增大，主運動和轉換運動分量在整體上逐漸變小，且振動頻率越來越低，主運動分量在大約70m深度后達到趨于平穩(wěn)的常值，這一數據可以界定為場地的影響范圍;覆蓋層厚度越大，對水平向地表峰值的影響范圍越大，地震動能量越分散，但地震動隨深度衰減越快，地震動影響深度越小;覆蓋層傾滑斷層場地也顯示出較強的上下盤效應，隨著覆蓋層厚度增大，上下盤效應趨于不明顯;一定埋藏深度的斷層場地地震動要明顯小于未埋藏的斷層場地，一定厚度的覆蓋層對地震動有阻隔作用，但當覆蓋層達到一定厚度后這種效應將不再增大，即隨埋藏深度增大，這種對地震動的隔離效率變低。

非發(fā)震斷層;斷陷盆地;斷層陡坎;陷波;上下盤效應;頻率相關;斜入射;覆蓋層