Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp đơn giản hóa để mô phỏng chuyển động mặt đất mạnh sử dụng mô hình đứt gãy hữu hạn của nguồn động đất
Tóm tắt
Chúng tôi trình bày một phương pháp đơn giản hóa để mô phỏng chuyển động mặt đất mạnh nhằm đại diện thực tế cho một nguồn động đất hữu hạn nằm trong lớp đất. Phương pháp này dựa trên phương pháp mô phỏng ngẫu nhiên của Boore (Boore, D. M., 1983, Bull. Seism. Soc. Am. 73, 1865–1894) và phương pháp Hàm xanh thực nghiệm (EFG) của Irikura (Irikura, K., 1986, Kỷ yếu hội thảo động đất Nhật Bản lần thứ 7, trang 151–156). Đứt gãy chịu trách nhiệm cho một trận động đất được đại diện bởi nhiều đoạn đứt gãy nhỏ. Hình học của các đoạn đứt gãy và số lượng của chúng được quyết định bởi các mối quan hệ tương đồng. Để mô phỏng chuyển động mặt đất bằng kỹ thuật mô phỏng ngẫu nhiên, chúng tôi đã sử dụng cửa sổ hình dạng dựa trên mô hình nguồn động năng của mặt phẳng đứt gãy. Cửa sổ hình dạng phụ thuộc vào hình học của nguồn động đất và các đặc điểm lan truyền của năng lượng được phát hành từ các đoạn đứt gãy khác nhau. Việc chia một đứt gãy lớn thành các đoạn đứt gãy nhỏ và phương pháp tính toán sự đóng góp của chúng tại bề mặt là giống như EGF. Cửa sổ hình dạng đã được điều chỉnh để xem xét tác động của việc truyền năng lượng phát hành từ đứt gãy hữu hạn tại các ranh giới khác nhau của mô hình lớp đất phía trên nguồn. Trong phương pháp hiện tại, chúng tôi đã áp dụng hệ số hiệu chỉnh để điều chỉnh chức năng thời gian trượt của các trận động đất nhỏ và lớn. Hệ số hiệu chỉnh được sử dụng để mô phỏng các bản ghi chuyển động mạnh có hình dạng phổ cơ bản của mô hình nguồn ω2 trong dải tần số rộng. Để thử nghiệm phương pháp này, chúng tôi đã sử dụng dữ liệu chuyển động mạnh của trận động đất Geiyo vào ngày 24 tháng 3 năm 2001, Nhật Bản ghi nhận bởi mạng lưới KiK. Nguồn của trận động đất này được mô hình hóa bằng một đứt gãy hình chữ nhật đơn giản có kích thước 24 × 15 km, nằm ở độ sâu 31 km trong một mô hình đất đa lớp. Mặt phẳng đứt gãy này được chia thành 16 đoạn đứt gãy hình chữ nhật có kích thước 6.0 × 3.75 km mỗi đoạn. Các bản ghi chuyển động mạnh tại tám trạm gần vùng tâm địa được mô phỏng và so sánh với các bản ghi quan sát được về gia tốc và vận tốc cùng với phổ phản ứng của chúng. Sự so sánh xác nhận khả năng phù hợp của mô hình đứt gãy được đề xuất chịu trách nhiệm cho trận động đất này và hiệu quả của phương pháp trong việc dự đoán kịch bản chuyển động mạnh của các trận động đất trong vùng đứt gãy. Sử dụng cùng một mô hình đứt gãy của trận động đất Geiyo, chúng tôi đã so sánh các bản ghi mô phỏng từ chúng tôi và kỹ thuật EGF tại một trạm gần vùng tâm địa. Sự so sánh cho thấy kỹ thuật này cung cấp các bản ghi phù hợp trong một dải tần số rộng và thuận lợi từ các tham số đơn giản và dễ tiếp cận của đứt gãy nằm dưới đất.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Aki, K., 1967, Scaling laws of seismic spectrum, J. Geophys. Res. 72, 1217–1231.
Atkinson, G.M. and Silva, W., 2000, Stochastic modelling of California ground motions, Bull. Seismol. Soc. Am. 90, 255–274.
Beresnev, Igor A. and Atkinson, Gail M., 1997, Modeling finite fault radiation from ωn spectrum, Bull. Seismol. Soc. Am. 87, 67–84.
Boore, D.M., 1983, Stochastic simulation of high frequency ground motion based on Seismological Models of Radiated Spectra, Bull. Seismol. Soc. Am. 73, 1865–1894.
Boore, D.M. and Atkinson, G.M., 1987, Stochastic prediction of ground acceleration and spectral response parameters at hard rock sites in Eastern North America, Bull. Seismol. Soc. Am. 77, 440–467.
Boore, D.M., 1987, The Prediction of Strong Ground Motion. In: Erdik, M. and Toksoz, M.N. eds., Strong Ground Motion Seismology, NATO Advanced Studies Institute series, D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, The Netherlands.
Brune, J.N., 1970, Tectonic stress and spectra of seismic shear waves from earthquakes, J. Geophys. Res. 75, 4997–5009.
Brune, J.N, 1971, Correction, J. Geophys. Res. 76, 5002.
Coats, D.A., Kanamori, H. and Houston, H., 1984, Simulation of strong ground motion from the 1964 Alaskan earthquake (Abs.), Earthquake Notes 55, 18.
EIC, 2001, EIC Seismology Notes 103, Earthquake Research Institute, University of Tokyo, (Address of the quoted website: http://wwweic.eri.u-tokyo.ac.jp/EIC/EICNews/010403.html) (In Japanese).
EQE website, 2001, M6.9 Geiyo earthquake strikes southwest Japan (Address of the website quoted in the text: http://www.eqe.com/revamp/HiroshimaEW.htm).
Hadley, D.M., Helmberger, D.V., 1980, Simulation of strong ground motions, Bull. Seismol. Soc. Am. 70, 617–610.
Hadley, D.M., Helmberger, D.V. and Orcutt, J.A., 1982, Peak acceleration scaling studies, Bull. Seismol. Soc. Am. 72, 959–979.
Hanks, T.C. and McGuire, R.K., 1981, Character of high frequency ground motion, Bull. Seismol. Soc. Am. 71, 2071–2095.
Hartzell, S.H., 1978, Earthquake aftershocks as Green functions, Geophy. Res. Lett. 5,1–4.
Hartzell, S.H., 1982, Simulation of ground accelerations for May 1980 Mammoth Lakes, California earthquakes., Bull. Seismol. Soc. Am. 72, 2381–2387.
Hartzell, S.H. and Heaton, T.H., 1988, Failure of self similarity for large (Mw > 81/4) earthquakes, Bull. Seismol. Soc. Am. 78, 478–488.
Heaton T.H. and Hartzell, S.H., 1986, Estimation of strong ground motions from hypothetical earthquakes on the Caseadia subductionz, Pacific Northwest, U.S. Geological Survey. Open file Report.
Housner, G.W. and Jennings, P.C., 1964, Generation of artificial earthquakes, Proc. ASCE 90, 113–150.
Houston, H. and Kanamori, H., 1984, The effect of asperities on short period seismic radiation with application on rupture process and strong motion, Bull. Seismol. Soc. Am. 76, 19–42.
Houstan, H. and Kanamori, H., 1986, Source spectra of great earthquakes: Telescismic constraints on rupture process and strong motion, Bull. Seismol. Soc. Am. 76, 19–42.
Hutchings, L., 1985, Modclling earthquakes with empirical Green’s functions (Abs.), Earthquake Notes 56, 14.
Idriss, I.M., Sun and Joseph, I., 1992, SHAKE91: A computer program for conducting equivavlent lincar scismic response analyses of horizontally layered soil deposits, Center for Geotechnical Modeling, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Davis, California.
Imagawa, K., Mikami, N. and Mikumo, T., 1984, Analytical and semi empirical synthesis of near field scismic waveforms for investigating the rupture mechanism of major earthquakes, J. Phys. Earth 32, 317–338.
Irikura, K., 1986, Prediction of strong acceleration motion using empirical Green’s function, Proc. 7th Japan Earthquake Engineering Symposium, pp. 151–156.
Irikura, K., 1983, Semi empirical estimation of strong motion during large earthquakes, Bull. Disaster Prev. Res. Inst. (Kyoto Univ.) 33, 63–104.
Irikura, K. and Kamae, K., 1994, Estimation of strong ground motion in broad frequency band based on a scismic source scaling model and an empirical Green’s function technique, Annali di Geo Fisica XXXVII, 1721–1743.
Irikura, K., Kagawa T. and Sckiguchi, H., 1997, Revision of the empirical Green’s function method by Irikura (1986), (Programme and Abstracts), Seismol. Soc. Jpn. 2, B25.
Irikura, K. and Muramatu, I., 1982, Synthesis of strong ground motions from large earthquakes using observed seismograms of small events, Proceedings of the 3rd International Microzonation Conference, Seattle, pp. 447–458.
Joshi, A., and Midorikawa, S., 2003, Attenuation characteristics of ground motion intensity from earthquakes with intermediate depth, J. Seismol. (Communicated).
Joshi, A., Singh, S. and Giroti, K. 2001, The simulation of ground motions using envelope summations, PAGEOPH 158, 877–901.
Kamae, K. and Irikura, K., 1998, Source model of the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake and simulation of near source ground motion, Bull. Seismol. Soc. Am. 88, 400–412.
Kamae, K., Irikura, K. and Pitarka, A., 1998, A technique for simulating strong ground motion using hybrid Green’s function, Bull. Seism. Soc. Am. 88, 357–367.
Kameda, H. and Sujito, M., 1978, Prediction of strong earthquake motions by evolutionary process model, Proceedings of the 6th Japan earthquake Engineering Symposium, pp. 41–48.
Kanamori, H., 1979, A semi empirical approach to prediction of long period ground motions from great earthquakes, Bull. Seismol. Soc. Am. 69, 1645–1670.
Kanamori, H. and Anderson, D.L., 1975, Theoretical basis of some empirical relations in seismology, Bull. Seismol. Soc. Am. 65, 1073–1095.
Kanai, K., 1951, Relation between the nature of surface layer and the amplitude of earthquake motions, Bull. Tokyo Earthquake Res. Inst.
Kiyono, J., 1992, Identification and synthesis of seismic ground motion in structural response analysis, Ph. D. Thesis, Department of Civil Engineering Kyoto University.
Koketsu, K., 2001, Velocity structure in the Geiyo region, (Personnel communication).
Kumar, D., Khattri, K.N., Teotia, S.S. and Rai, S.S., 1999, Modelling of accelerograms for two Himalayan earthquakes using a novel semi empirical method and estimation of accelerogram for a hypothetical great earthquake in the Himalaya, Curr. Sci. 76, 819–830.
Lai, S.P., 1982, Statistical characterization of strong ground motions using Power Spectral Density Function, Bull. Seismol. Soc. Am. 72, 259–274.
Lay, T. and Wallace, T.C., 1995, Modern Global Seismology, Academic Press, California, 521pp.
Lee, W.H.K. and Stewart, S.W., 1981, Principles and Applications of Microearthquake Networks, Academic Press, New York, 293 pp.
Lysmer, J., Seed, Bolton, H. and Schnabel, P.B., 1971, Influence of base rock characteristics on ground response, Bull. Seismol. Soc. Am. 61, 1213–1232.
Mai, P. Martin and Beroza and Gregory C., 2000, Source scaling properties from finite fault rupture models, Bull. Seismol. Soc. Am. 90, 604–615.
Matthiesen, R.B., Duke, C.M., Leeds, D.J. and Fraser, J.C., 1964, Site characteristics of southern California Strong Motion Earthquake Stations, Part two, Report no. 64–15, Department of Engineering, University of California, Los Angeles, August.
McGuire, R.K., Becker, A.M. and Donovan, N.C., 1984, Spectral estimates of scismic shear waves, Bull. Seismol. Soc. Am. 74, 2167–2185.
Mendoza, C. and Hartzell, S., 1988, Inversion for slip distribution using teleseismic P Waveforms, North Palm Springs, Borah Peak, and Michoacan earthquakes, Bull. Seismol. Soc. Am. 78, 1092–1111.
Midorikawa, S., 1989, Synthesis of ground acceleration of large earthquakes using acceleration envelope waveform of small earthquake, J. Struct. Construct. Eng. 398, 23–30.
Midorikawa, S., 1993, Semi empirical estimation of peak ground acceleration from large earthquakes, Tectonophysics 218, 287–295.
Midorikawa, S. and Kobayashi, H., 1978, On estimation of strong earthquake motions with regard to fault rupture, Proceeding of the of the second Int. Conference on Microzonation, 2, pp. 825–836.
Mikumo T., Irikura, K. and Imagawa, K., 1981, Near field strong motion synthesis from foreshock and aftershock records and rupture process of the main shock fault (Abs.), IASPEI 21st General Assembly, London.
Mugnuia, L. and Brunc, J.M., 1984, Simulations of storng ground motions for earthquakes in the Mexicali-Imperial valley, Proceedings of workshop on strong ground motion simulation and earthquake engineering applications, Pub. 85-02 Earthquake Engineering Research Institue, Los Altos, California, 21-1-21-19.
Reiter, L., 1990, Earthquake hazard analysis – issues and insights, Columbia University Press, New York, p. 254.
Rocssct, J.M. and Whitman, R.V., 1969, Theoretical background for amplification studies, Research Report No. R69-15, Soils publications No. 231., Massachusetts Institute of Technology, Cambridge.
R. Sato (ed.) 1989, Handbook of Fault Parameters of Japanese Earthquakes, Kajima, Tokyo (Japanese).
Saikia, C.K., 1993, Ground motion studies in Great Los Angles due to Mw = 7.0 earthquake on the Elysian Thrust Fault, Bull. Seismol. Soc. Am. 83, 780–810.
Saikia, C.K. and Herrmann, R.B., 1985, Application of waveform modelling to determine focal mechanisms of four 1982 Miramichi aftershocks, Bull. Seismol. Soc. Am. 75, 1021–1040.
Sehnable, P.B., Lysmer, J. and Seed, H. Bolton, 1972, SHAKE: A computer program for earthquake response analysis of horizontally layered sites, Report No. UCB/EERC-71/12, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, p. 102.
Sekiguchi, H. and Iwata, T., 2001, Rupture process of the 2001 Geiyo earthquake obtained from strong motion data (Website address: http://sms.dpri.kyoto-u.ac.jp/iwata/gciyo-c.html).
Si, H. and Midorikawa, S., 2000, New attenuation relations for peak ground acceleration and velocity considering effects of fault type and site condition, Proceedings of Twelfth World Conference on Earthquake Engineering, paper# 532.
Somerville, P.G., Sen, M.K. and Cohece, B.P., 1991, Simulation of strong ground motions recorded during the 1985 Michoacan, Mexico and Valparaiso Chile earthquakes, Bull. Seismol. Soc. Am. 81, 1–27.
Somerville, P., K. Irikura, S. Sawada, Y. Iwasaki, Tai, M. and Fishimi, M., 1993, Spatial distribution of slip on earthquake fault, Proceedings of the 22 JSCA earthquake Engineering Symposium, 291–294 (In Japanese).
Toro, G.R. and McGuire, R.K., 1987, An investigation into earthquake ground motion characteristics in eastern north America, Bull. Seismol. Soc. Am. 77, 468–489.
Yu, G., 1994, Some aspect of earthquakes: Slip partitioning along major convergent plate boundaries; composite source model for estimation of strong motion; and nonlinear soil response modelling, Ph.D. Thesis, University of Nevada, Reno.
Yu, G., Khattri, K.N., Anderson, J.G., Brune, J.N. and Zeng, Y., 1995, Strong ground motion from the Uttarkashi, Himalaya, India, earthquake: Comparison of observations with synthetics using the composite source model, Bull. Seismol. Soc. Am. 85, 31– 50.
Zeng, Y., Anderson, J.G. and Su, F., 1994, A composite source model for computing realistic synthetic strong ground motions, Geophys. Res. Lett. 21, 725–728.