断陷盆地及断层破碎带场地地震动效应

刘必灯

1)中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080 2)防灾科技学院，燕郊 065201

地震动输入场的确定一直是工程地震学界的主要研究内容之一，而除了发震断层的震源效应和地震动衰减规律影响着地震动输入场的确定以外，局部场地条件也是一个非常重要的影响因素。局部场地条件包括局部地基土、局部地形和局部构造，而局部断层构造对地震动输入场的研究国内外意见还不统一。

“九五”、“十五”期间在中国西南的重点监视防御区的鲜水河断裂带、安宁河断裂带周边布设了大量台站，尽管自台站建设以来，这些区域的活断层还没有发生大规模的强震，但是处于其周边的龙门山断裂带上的汶川地震的发生，使这一地区的强震台站获得的记录对于研究非发震断层对场地地震动的影响提供了依据。

本文以汶川地震中的非发震断层鲜水河断裂带、安宁河断裂带、渭河断裂带周边所获取的加速度记录为依据，研究了这些记录在峰值、频谱之间的差异，并通过这些地区的局部场地条件差异进行了合理解释，在此基础上通过数值试验的方法，利用二维动力有限元对这几个地区的地面运动进行了模拟，对出现这一地区地面运动差异的机理进行了解释，并就断层参数对场地地震动影响方面进行了大量工作，得到了若干结论。

通过西昌地区地震动记录差异性结果揭示了由深部断层构造所控制的断陷盆地对地震动影响显著;通过对宝鸡地区地震动记录差异性结果揭示了由断层控制的断陷盆地及断层陡坎地形对地震动影响显著;通过对石棉地区地震动记录差异性结果揭示了非发震断层中的上下盘地震动的差异，指出了上下盘效应不仅仅存在于波源问题中，也存在于散射问题中;通过对石棉地区一次近场余震的地震动记录差异性结果揭示了近垂直断层对斜入射的地震波具有阻隔作用。

通过模型计算揭示了以断层破碎带为表征的断层的各种参数对场地地震动的影响，研究结果表明:断层低速度破碎带的存在产生了大量的转换波，包括Love面波;介质波速差异较大时(3倍以上)断层破碎带中产生了断层陷波;断层低速度破碎带的存在使输入场地恒定的能量出现向低速度带中集聚的特点;随着破碎带宽度的增大，这种集聚效应也增大;倾滑断层破碎带模型对场地地震动影响分析表明，除震源问题中存在上下盘效应以外，散射问题中也存在上下盘效应，且随着断层倾角变小，上下盘效应越来越明显;竖向断层破碎带能阻隔斜入射地震波，在入射角所指向的一侧地面运动要更小，且随着入射角度增加，这种阻隔效应更明显。

通过对变宽度和变介质波速模型研究表明，断层场地对地震动的放大效应是与频率相关的，模型放大效应对输入不同频段地震动具有选择性，宽度较窄的模型和介质波速较高的模型对频率较高的地震动放大显著，而宽度较宽的模型和介质波速较低的模型对频率较低的地震动放大显著，这说明放大效应与由介质波速和破碎带宽度决定的场地卓越频率有关，破碎带宽度越宽，波速越低，则场地卓越频率越低，所对应的主要放大频段的频率就越低。

通过对有覆盖层断层场地的地面运动规律的分析表明:随着深度的增大，主运动和转换运动分量在整体上逐渐变小，且振动频率越来越低，主运动分量在大约70m深度后达到趋于平稳的常值，这一数据可以界定为场地的影响范围;覆盖层厚度越大，对水平向地表峰值的影响范围越大，地震动能量越分散，但地震动随深度衰减越快，地震动影响深度越小;覆盖层倾滑断层场地也显示出较强的上下盘效应，随着覆盖层厚度增大，上下盘效应趋于不明显;一定埋藏深度的断层场地地震动要明显小于未埋藏的断层场地，一定厚度的覆盖层对地震动有阻隔作用，但当覆盖层达到一定厚度后这种效应将不再增大，即随埋藏深度增大，这种对地震动的隔离效率变低。

非发震断层;断陷盆地;断层陡坎;陷波;上下盘效应;频率相关;斜入射;覆盖层