1976年M_s7.8唐山地震断层动态破裂及近断层强地震动研究

论文摘要

本文采用美国南加州地震委员会（SCEC）Steven Day博士提供的三维有限差分断层自发破裂动力学模型（3D-FDM）,以1976年唐山Mw7.6地震为例,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,地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,在一定程度上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。其主要工作和结果如下:（1）定量地给出了唐山地震近断层地表运动的分布特征。结果显示,唐山断裂西南端的质点运动的速度和加速度总体大于其东北端的质点运动的速度和加速度;断层两侧地震动衰减速度也不相同,断层右侧,即断层的东南部分速度衰减较慢,断层左侧衰减较快;结果还显示在断层破裂的端点附近质点运动的速度和加速度均较大,所以对于走滑型断层而言也可能应该在断层的端点加大抗震设防系数;（2）着重讨论了三维速度结构和有限断层破裂方向性对地表运动的影响。三维速度结构的横向不均性也使得地震造成的近断层地震动也出现了横向的不均匀性。断层的破裂方向性效应也会对地面运动的分布产生影响,且对于走滑断层而言,这种影响主要源于与断层面垂直的运动分量。（3）根据初步研究结果结合京津唐地区活动断层构造特征,对唐山Ms7.8级主震后随之而来的1976滦县Ms7.1级余震及宁河Ms6.9级余震的动态触发机制提出了新的解释。唐山主震对后续余震的发生有促发作用,峰值动态应力在断层的走滑方向上为23MPa,在逆冲方向上为0.10.2 MPa。（4）本文工作的另外一个重要性还在于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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 断层动态破裂及近断层强地震动研究现状与发展及重要意义
• 1.3 断层动态破裂及近断层强地震动研究内容与方法
• 1.4 本文工作的研究内容与思路
• 第二章 唐山（京津唐）地区区域概况
• 2.1 唐山概况与1976 年唐山地震
• 2.2 唐山区域构造背景
• 2.3 唐山断裂地震活动性
• 第三章 震源及计算模型的建立
• 3.1 震源动态破裂过程与模型建立原则
• 3.2 3D 有限差分模型
• 3.3 唐山主震的震源及计算模型
• 3.4 唐山地区三维速度结构的嵌入
• 第四章 模拟结果的分析与可视化
• 4.1 速度结构对地表运动的影响
• 4.2 破裂方向性对地表运动的影响
• 4.3 破裂方向性作用解释唐山地震余震的触发
• 4.4 三维可视化技术的应用
• 第五章 主要结论与存在的问题
• 5.1 结论与结语
• 5.2 存在问题与展望
• 参考文献
• 致谢