论文摘要
大型沉积盆地中,近地表土层比较松软,对地震波有明显的放大和滤波的作用,可以显著改变地震动的幅值和频谱特征。这种放大和滤波作用主要取决于盆地内土层的剪切波速度结构。对于盆地的地表强地震动估计来说,建立一个能真实反映地壳速度结构、地表及埋藏基岩表面起伏特性的三维剪切波速度结构模型,是保障结果的可靠性和精确性所不可缺少的。兰州河谷盆地为一个狭长的新生代盆地,北西走向的马衔山北缘断裂横列在城市的南部,是兰州市活断层探测与地震危险性评价目标区内规模最大、晚更新世-全新世活动的断裂,具有发生强烈地震的危险。2007年,作者导师带领课题组承担了兰州市近断层地震动估计,计算马衔山北缘断裂上设定地震引起的兰州市及周边地区强地震动场的分布。作为该项目的后续研究,本文工作主要集中于改进兰州盆地及邻近区域的三维剪切波速度结构模型的建立方法。本文首先整理了可用于速度结构建模的三类探测数据,地震台网反演速度结构数据、人工探测测线数据和钻孔数据,参考多方面资料核对和完善剪切波速值;在综合考虑数值计算的精度及计算机资源限制的基础上,将整个区域自地表至发震断层上缘的盖层部分划分为适当的有限单元网格;然后依次根据地震台网反演速度结构数据、测线数据和钻孔数据,为盖层相应位置处的有限单元网格填充剪切波速值;接下来,在详细介绍和举例论证了几种空间插值方法的优劣后,选定基于球状模型的克里金插值方法,对空缺剪切波速数据的有限单元网格通过插值计算确定相应的剪切波速数值;为提高根据稀疏数据插值的稳定性,引入了虚拟钻孔,采取先分块插值再边缘平滑、最后整体合并的步骤,得出三维有限单元剪切波速度结构模型;最后,借助简化的数值格林函数和三维波动有限元方法,计算了马衔山北缘断层西段6.5级地震引起的兰州盆地及周边地区地表共10854个点的长周期地震动加速度、速度、位移时程。通过与原兰州项目中7个代表性点的地震动时程的对比,论证了本文建立的三维速度结构模型的可靠性。