ICS91.120.25

P15

團體標準

T/SSCXXX-20XX

川滇藏東地區(qū)重大工程場址

強地震動參數(shù)評估

Evaluationofstronggroundmotionparametersformajorengineeringsitesin

Sichuan,YunnanandeasternTibet

（征求意見稿）

20XX-XX-XX發(fā)布20XX-XX-XX實施

中國地震學會發(fā)布

目次

目次.................................................................................I

前言................................................................................II

引言.............................................................................III

川滇藏東地區(qū)重大工程場址強地震動參數(shù)評估.............................................1

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術語和定義.........................................................................1

4符號和縮略語.......................................................................2

5基本規(guī)定...........................................................................2

6工作內容...........................................................................2

7設定地震主要參數(shù)確定...............................................................3

8設定地震情景庫生成.................................................................4

9場址地震動模擬.....................................................................4

10場址地震危險性評估................................................................4

附錄A(規(guī)范性附錄)有限厚度震源模型..............................................5

附錄B(資料性附錄)發(fā)震斷層參數(shù)經(jīng)驗關系..........................................8

附錄C(規(guī)范性附錄)伴隨模擬方法..................................................9

附錄D(規(guī)范性附錄)子斷層格林函數(shù)計算............................................11

參考文獻............................................................................12

I

川滇藏東地區(qū)重大工程場址強地震動參數(shù)評估

1范圍

本文件規(guī)定了采用基于物理機制的直接數(shù)值模擬法，針對設定地震，確定重大工程場址地震動參數(shù)

的方法、步驟和技術要求。

本文件適用于川滇藏東高山峽谷地區(qū)高壩水電站、地下洞室、橋梁、隧道等重大工程場址的地震動

參數(shù)評估。其它地區(qū)工程場址的地震動參數(shù)評估可參考使用。

2規(guī)范性引用文件

《工程場地地震安全性評價》（GB17741-2005）。

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

設定地震Scenarioearthquake

當前構造格架下，沿已知斷層或特定震源區(qū)可能發(fā)生的具有特定震級且對工程場址造成威脅的地震

情景，其中可能發(fā)生的最大震級地震，稱為最大可信地震

3.2

設定地震危險性Seismichazardofscenarioearthquake

設定地震在目標場址可能產(chǎn)生地震動工程參數(shù)值的概率分布。

3.3

設定地震工程地震動參數(shù)Engineeringseismicparametersofscenarioearthquake

依據(jù)設定地震確定的具有某一超越概率水平的場址地震動參數(shù)。

3.4

寬頻帶地震動Broadbandgroundmotions

滿足工程抗震分析需求的具有寬頻帶成分(一般大于10Hz)的地震動時程。

3.5

有限厚度震源模型Finitethicknesssourcemodel

考慮斷層復雜破裂過程，將斷層沿厚度方向劃分為若干個層面，再將每個層面進一步細分為子源以

描述復雜的斷層破裂過程。

3.6

地震矩Seismicmoment

地震斷層的面積、斷層的平均位錯和斷層面附近介質的剪切模量三者的乘積定義的衡量地震大小的

物理量，量綱為力矩，單位為牛頓米（Nm）。在各向同性彈性體內與斷層滑動等效的雙力偶的每一個

力偶的強度(矩)，等于介質的剛性系數(shù)乘斷層滑動量對斷層面的積分。

3.7

破裂起始點Ruptureinitiationpoint

1

地震斷層破裂開始發(fā)生的地點。

3.8

破裂速度Rupturespeed

地震發(fā)生時，破裂前鋒沿斷層面?zhèn)鞑サ乃俣取?/p>

3.9

上升時間Risetime

地震發(fā)生時，斷層某一位置滑動破裂的持續(xù)時間

3.10

滑移量Slipamount

地震發(fā)生時，斷層某一位置滑動的距離

3.11

滑動角Slipangle

地震發(fā)生時，斷層某一位置滑動的方向

3.12

模擬區(qū)域Simulationarea

包含場址和周邊重要斷層構造的場地區(qū)域

4符號和縮略語

下列符號和縮略語適用于本文件:

IM—IntensityMeasure，地震強度指標

PGA—PeakGroundAcceleration，地震動峰值加速度

Sa(Ti)—Spectralacceleration，譜加速度

潛源—依據(jù)斷層構造和地震活動性劃分的潛在震源區(qū)

5基本規(guī)定

5.1場址強地震動參數(shù)評估工作應在工程場址地震安全性評價工作的基礎上進行。

5.2震源斷層破裂宜采用有限厚度震源模型。有限厚度震源模型原理見附錄Ａ。

6工作內容

評估重大工程場址強地震動參數(shù)時，研究內容包括設定地震模擬模型建立、設定地震情景庫構建、

場址寬頻帶地震動生成及參數(shù)統(tǒng)計分析，場址地震危險性評估，基本工作內容如下：

（1）設定地震模擬模型建立。依據(jù)場址周邊斷層構造勘探結果和歷史地震資料，確定對場址存在

重要影響的活動斷層構造；根據(jù)確定的活動斷層構造，建立有限厚度震源模型；采用高精度數(shù)字高程數(shù)

據(jù)重建區(qū)域地形；將區(qū)域波速結構模型與場址局部地質勘探信息融合構建區(qū)域三維波速結構模型。

（2）設定地震情景庫構建。根據(jù)確定的場址周邊活動斷層構造，確定設定地震發(fā)震斷層及震級；

考慮震源破裂過程的隨機性與不確定性，生成設定地震情景庫。

（3）場址寬頻帶地震動生成。根據(jù)建立的三維區(qū)域場地模型，采用伴隨模擬方法計算場址到震源

區(qū)應變格林張量；根據(jù)有限厚度震源模型的自相似性，劃分為子斷層，采用應變格林張量計算子斷層格

林函數(shù)；采用有限厚度震源模型子斷層格林函數(shù)直接合成所有地震情景在場址地震動。

2

（4）場址地震危險性評估。選用合適的IM，對設定地震可能情景在場址生成的地震動進行統(tǒng)計分

析，根據(jù)采用的地震安全性評估準則，確定場址工程地震動參數(shù)；根據(jù)確定的工程地震動參數(shù)，得到對

應設定地震情景；通過子斷層格林函數(shù)得到場址三維寬頻帶地震動時程；需要考慮空間不均勻地震動時，

可以根據(jù)確定的設定地震情景，通過正演模擬得到場址空間地震動場。

7設定地震模擬模型建立

7.1近場區(qū)域主要發(fā)震斷層

對場址有主要影響的發(fā)震斷層，一般應在場址地震安全性評價或場址范圍內活動斷層勘察的基礎上

確定，按順序開展下列工作：

7.1.1根據(jù)場址地震安全性評價報告確定場址周邊鄰近潛源，一般考慮場址所在潛源及震級較高的

鄰近潛源；

7.1.2根據(jù)潛源信息，包括斷層構造勘探結果和歷史地震資料，確定對場址有重要影響的可能發(fā)震

構造，發(fā)震構造斷層位置的確定宜符合以下原則：

a)當?shù)乇頂嗔衙鞔_，且可以獨立作為最大可信地震發(fā)震斷層時，可直接作為最大可信地震發(fā)震斷層；

b)當斷裂構造認識不明確或地表斷裂不足以作為設定地震發(fā)震斷層時，宜在可能范圍內設置多個發(fā)

震斷層進行地震危險性分析。

7.2斷層構造地震情景震級

7.2.1場址周邊斷層構造的地震情景震級應根據(jù)工程設防水準要求采用設定地震震級或最大可信

地震震級。

7.2.2設定地震震級應按照最大發(fā)生概率原則由下列方法確定：

a)根據(jù)確定的發(fā)震斷層構造，由地震統(tǒng)計區(qū)內地震活動的截斷Gutenberg-Richter震級分布規(guī)律，

得到任一震級檔的震級概率分布；

b)由地震活動性在不同潛源間不均勻分布，而在潛源內地震活動均勻分布的假定，確定潛源中某一

震級檔的空間概率分布；

c）將上述兩種概率相乘得到潛源內發(fā)生該震級檔的地震在場點產(chǎn)生大于給定峰值加速度的地震動

的概率；

d)取對場址地震危險性貢獻最大的地震震級作為設定地震震級。

7.2.3最大可信地震震級應根據(jù)《工程場地地震安全性評價》（GB17741-2005）相關條文確定。

7.3發(fā)震斷層參數(shù)

7.3.1斷層破裂尺度應綜合地表斷裂長度和確定的設定地震震級，結合地震發(fā)震斷層尺度的經(jīng)驗關

系確定，地震發(fā)震斷層尺度的經(jīng)驗關系參考附錄Ｂ。

7.3.2發(fā)震斷層的走向和傾角應在充分分析地質資料的基礎上，通過宏觀震害調查、地質探槽、鉆

探、深部探測、小地震精確定位等手段確定。傾角不明確的斷層，可在合理的范圍內設置多個取值。

7.4震源層面及子源

7.4.1斷層沿厚度方向劃分為m個層面，層面數(shù)量m根據(jù)需要考慮的頻率范圍按照附錄A中方法確定，

地震矩按照規(guī)定比例分配到每個層面（附錄A），斷層各區(qū)域所有層面地震矩之和等于斷層該區(qū)域總地

震矩。

7.4.2發(fā)震斷層每一個層面應劃分為若干個子源，每一層的子源尺寸遞減，可為上一層面一半。

7.5模擬區(qū)域波速結構

應收集場址區(qū)域波速資料，重點與場址局部區(qū)域的詳細地質勘探資料融合，建立區(qū)域三維波速結構

模型。

7.6模擬區(qū)域地形參數(shù)

3

根據(jù)模擬精度需求，分辨率30m以上地形數(shù)據(jù)可直接由公開數(shù)據(jù)源獲得；更高分辨率地形數(shù)據(jù)可通

過商業(yè)數(shù)據(jù)源購買或采用傾斜攝影技術獲取。

8設定地震情景庫生成

8.1考慮地震情景變量

宜采用蒙特卡洛方法對每個發(fā)震構造生成設定地震情景庫。生成發(fā)震構造對應地震情景時，考慮的

變量應包括斷層位置、震中、斷層破裂時間分布、斷層滑移量分布、斷層上升時間分布和斷層滑動方向

分布。

8.2地震情景數(shù)量

每個發(fā)震斷層構造宜生成不少于一百萬場地震情景進行地震風險評估。

9場址地震動模擬

9.1震源區(qū)應變格林張量

按照附錄C采用伴隨模擬方法，在目標場址設置單向脈沖力點源，通過三次完整的數(shù)值模擬計算得

到目標場址到斷層區(qū)域所有位置的應變格林張量。

9.2有限厚度震源子斷層格林函數(shù)

應對于每一個發(fā)震斷層構造，將建立的有限厚度震源模型劃分為子斷層。根據(jù)實際斷層尺度子斷層

尺寸，可設定為2-5km。按照附錄D將計算好的應變格林張量與子斷層上不同層面子源震源時間函數(shù)卷積，

得到子斷層格林函數(shù)。

9.3地震情景對應場址地震動

對于每個發(fā)震構造地震情景庫，應采用預先計算的子斷層格林函數(shù)，根據(jù)相應斷層破裂過程參數(shù)，

直接合成所有地震情景在目標場址地震動時程。

10場址地震危險性評估

10.1地震強度指標

對川滇藏東地區(qū)的重大工程，應采用PGA和工程關注周期范圍的Sa(Ti)作為目標參數(shù)，用于評估場

址地震危險性?？筛鶕?jù)工程結構特性，選取其它合適的IM用于工程場地地震危險性評估。

10.2地震危險性曲線

對每個發(fā)震構造，應基于選用的地震強度參數(shù)計算所有地震情景在場址生成地震動的IM，并進行匯

總統(tǒng)計，得到場址地震危險性曲線。

10.3最大可信地震動參數(shù)

對每個發(fā)震構造的場址地震危險性曲線，應將15%超越概率對應的地震動參數(shù)作為該發(fā)震構造在場

址的最大可信地震動參數(shù)。可根據(jù)工程設防要求，選用不同超越概率的IM作為最大可信地震動參數(shù)。

10.4最大可信地震動時程

對每個發(fā)震構造的最大可信地震動參數(shù)，應選取3-5場對應的地震情景在場址生成的寬頻帶地震動

時程作為該發(fā)震構造在場址的最大可信地震動時程。

4

附錄A(規(guī)范性附錄)有限厚度震源模型

在有限厚度震源模型中，震源由多個疊加層組成，每層的破裂過程與斷層給定破裂過程一致，總地

震矩按不同比例分配給這些層。每一層都與發(fā)震斷層重合，并被均勻地劃分為子源，其尺寸逐漸減小，

以反映不同層次的破裂細節(jié)。提出的有限厚度震源模型可以考慮真實的地震破裂過程，即震源參數(shù)的空

間和時間異質性，并產(chǎn)生與實測結果相符的寬頻帶地震動。在有限厚度震源模型中，總地震矩按不同比

例分配給震源的不同層。其中第一層具有最大的子源尺寸和最長的上升時間，并占據(jù)了總地震矩的最大

比例，主要產(chǎn)生地震動的低頻成分。對于其它層，分配的地震矩、上升時間和子源尺寸逐漸減少，以產(chǎn)

生頻率較高的地震動。因此，具有寬頻帶成分的地震動可以由這些層共同產(chǎn)生，并最終生成預期的寬頻

帶地震動。

圖A1有限厚度震源模型的示意圖。震源模型被分為數(shù)個疊加層，每層又被均勻地劃

分為尺寸逐漸減小的子源

有限厚度震源模型的構建流程如圖A1所示。首先根據(jù)需要模擬的地震動頻率上限，確定有限厚度震

源模型的層數(shù)，并按照給定的子源尺寸縮減比例，確定各層子源的尺寸。然后確定震源斷層的基本參數(shù)，

如斷層構造、地震矩總量和破裂過程，用于構建有限厚度震源模型。對于歷史地震，優(yōu)先使用反演的震

源破裂過程來構建有限厚度震源模型，而對于情景地震，可以用隨機方法生成合適的震源破裂過程，例

如k-square模型(HerreroandBernard,1994)、空間隨機場模型(MaiandBeroza,2002)和隨機分布

模型(GravesandPitarka,2010,2015)。在確定了震源斷層基本參數(shù)后，將震源的總地震矩按照適當

比例分配到震源各層。基于給定的震源破裂過程，進一步確定各層子源的破裂參數(shù)，包括滑移量、破裂

時間、上升時間和滑動角。

基于給定的發(fā)震斷層破裂過程，本附錄給出了確定有限厚度震源模型參數(shù)的方法，包括層數(shù)、子源

尺寸、地震矩分配準則和子源破裂參數(shù)等。

(1)子源破裂參數(shù)

在有限厚度震源模型中，每一層上尺寸為Ri的子源可以完全覆蓋整個斷層。由于地震的發(fā)震斷層通

常是矩形，為了簡單起見，假設子源為矩形或方形。對于運動學震源模型，子源具有4個破裂參數(shù)，包

括滑移量、破裂時間、上升時間和滑動角。有限厚度震源模型第i層子源的滑移量???、破裂時間???和滑

動角???由給定破裂過程的滑移量、破裂時間和滑動角分布在子源位置的插值結果決定。為了保持給定

的震源破裂過程的基本特征，第一層上子源的上升時間與給定的上升時間分布一致。根據(jù)Brune(1970)，

?

尺寸為Ri的子源的拐角頻率??為

5

?2.34?

??=（A-1）

2???

其中β是剪切速度?？紤]到拐角頻率為上升時間的倒數(shù)，尺寸為Ri的子源的上升時間??為

2??

?=?（A-2）

?2.34?

根據(jù)式（A-2），子源的上升時間與尺寸成正比。因此，不同層上子源的上升時間通過式(A-3)計算

?????

???=??（A-3）

?1

???

其中，Tij是第i層上的子源的上升時間，??表示在斷層同一位置給定破裂過程的上升時間。

（2）子源尺寸

為了確保有限厚度震源模型產(chǎn)生的地震動的頻率成分也是連續(xù)的，每層子源的最大上升時間應大于

??????

上一層子源的最小上升時間，即??+1>??，結合式（A-3），不同層的子源尺寸Ri應該滿足以下條件

???

??+1????

=?>???（A-4）

??????

其中C是一個常數(shù)，以保證所有層上的子源上升時間從第一層的最大值到最后一層的最小值是連續(xù)

的。

（3）層數(shù)

地震動模擬的頻率上限（fup）是構建有限厚度震源模型的另一個重要參數(shù)。fup與地震危險性分析

的需求、數(shù)值模型的精細度以及可用的計算能力有關。在給出fup后，相應地就可以確定震源的層數(shù)。層

數(shù)應滿足最后一層子源的最大拐角頻率等于或高于fup這個條件，以保證可以生成預期的頻率成分。因此，

層數(shù)m可以通過式(A-5)確定。

???

?=?????(???????)?（A-5）

???

其中????是斷層上給定破裂過程的最小上升時間。

（4）地震矩分配

在確定了不同層破裂過程的參數(shù)后，還應確定如何將總地震矩分配給不同層。根據(jù)Kanamoriand

Anderson(1975)，尺寸為R的震源的地震矩為

16

?(?)=?3??（A-6）

7

其中??i為應力降。每層的子源數(shù)量為

?

??=2（A-7）

??

其中S是地震斷層的面積。為了計算各層子源的總地震矩，假定??是常數(shù)。因此，各層的總地震矩

為

??=???(??)（A-8）

進而

16

?=????（A-9）

?7?

由于所有層的地震矩之和等于震源的總地震矩，

6

?

?0=∑??（A-10）

?=1

根據(jù)式（A-9）和式（A-10），各層的地震矩為

??

??=?0?（A-11）

∑?=1??

式(A-11)是將總地震矩分配給有限厚度震源模型的不同層的準則。

不同層上的子源的破裂時間、滑移量和滑動方向都與給定的震源過程一致，其中各層子源的滑移量

用于確定子源的地震矩。將地震矩分配到各層后，進一步將各層地震矩按照式（A-12）分配到各層子源，

???

???=?????（A-12）

∑?=1???

其中ni是第i層的子源數(shù)量，uij或uik表示第i層的子源的滑移量。第i層的總地震矩按其滑移量的比

例分配給子源，以反映該層上地震矩的空間變化。

7

附錄B(資料性附錄)發(fā)震斷層參數(shù)經(jīng)驗關系

斷層機制斷層尺寸（L:斷層長度；W:斷層寬度；Mw:矩震級）

log10L=-1.722+0.485Mw

正斷層

log10W=-0.829+0.323Mw

log10L=-2.693+0.614Mw

逆斷層

log10W=-1.669+0.435Mw

log10L=-2.943+0.681Mw

走滑斷層

log10W=-0.543+0.261Mw

表B-1發(fā)震斷層參數(shù)經(jīng)驗關系(Thingbaijametal.,2017)

8

附錄C(規(guī)范性附錄)伴隨模擬方法

本文件通過考慮海量地震情景得到工程場址地震危險性結果，采用數(shù)值模擬方法直接生成所有情景

地震的寬頻帶地震動所需的計算量顯然是不可能接受的。為了解決這個問題，這里采用應變格林張量法，

也叫伴隨源法，生成情景地震在場址的寬頻帶地震動(Eisner,2001;Trompetal.,2004;Zhaoetal.,

2006)。該方法說明如下。

對于一個單向力點源，其在場址生成的地震動可以表示為，

??(?,?′;???′)=??(?;?′)????(?,?′;???′)（C-1）

其中??(?,?′;???′)為x處點源在場址?′處生成的j方向地震動位移，t為場址地震動時間，?′為發(fā)震

時間，??(?;?′)為x處i方向的單向力點源，???(?,?′;???′)為從點源x處到場址?′處的格林函數(shù)，?表示時

域的卷積。當單向力點源的持續(xù)時間接近于零，即為脈沖力時，場址?′處j方向地震動位移就等價于點

源x處到場址?′處的格林函數(shù)

??(?,?′;???′)≡???(?,?′;???′)（C-2）

根據(jù)連續(xù)介質中格林函數(shù)的空間互易性(AkiandRichards,2002;DahlenandTromp,2021)，

???(?,?′;???′)=????(?′,?;???′)（C-3）

其中????(?′,?;???′)為從原場址?′處到原點源x處的格林函數(shù)，同樣可以用原場址處單向脈沖力在

原點源位置生成的地震動位移表示，即

′

??(?,?;???′)≡????(?′,?;???′)（C-4）

根據(jù)式(C-2)，(C-3)，和(C-4)，可得

′′

??(?,?;???)=??(?,?′;???′)（C-5）

對于地震模擬采用的雙力偶點源，其在場址的地震動位移需要采用上述格林函數(shù)的空間導數(shù)即應變

格林張量，來描述，

????(?,?′;???′)

??(?,?′;???′)=????(?,?′)（C-6）

???

根據(jù)式(C-3)，可得

????(?,?′;???′)?????(?′,?;???′)

=（C-7）

?????′?

根據(jù)式(C-6)和(C-7)，場址地震動可表示為

?????(?′,?;???′)

??(?,?′;???′)=????(?′,?′)（C-8）

??′?

對于由n個子源組成的復雜震源，其在場址生成的地震動可用式（C-9）計算，

?

?????(?′,??;???′)

??(?,?′;???′)=∑????(?′,?′)（C-9）

??′?

?=1

其中??為第i個子源的位置。

根據(jù)上述推導，為了計算發(fā)生在同一斷層位置的不同情景地震在場址生成的地震動，利用波場傳播

中應變格林張量的互易性，首先在場址分別設置三個互相垂直的單向力點源，通過三次獨立的數(shù)值模擬

計算從場址到所有可能震源位置的應變格林張量并存儲下來。對任意一場情景地震，只需要將情景地震

9

點源的震源時間函數(shù)與預先得到的應變格林張量進行卷積即可得到每個點源在場址生成的地震動，然后

將所有點源在目標場址的地震動貢獻匯總就可以得到最終的場址地震動。

10

附錄D(規(guī)范性附錄)子斷層格林函數(shù)計算

由于場址地震危險性分析需要考慮盡可能多的情景地震，如果需要考慮的變量數(shù)目多達數(shù)十萬，很

難在有限的工況下充分考慮場址可能遭遇的情景地震工況。為了解決這個問題，利用有限厚度震源模型

不同層面破裂過程的自相似性，對震源的變量空間進行降維。如圖D-1所示，首先將有限厚度震源模型

劃分為若干子斷層，然后采用預先計算的所有子源位置的應變格林張量與子斷層上子源的震源時間函數(shù)

卷積并匯總得到每個子斷層在場址對應的地震動，這里稱為每個子斷層的格林函數(shù)，用式（D-1）表示。

???

??????

??(??,??,??,??)=∑∑???????(???,???,???,???)（D-1）

?=1?=1

其中Tijk,λijk,Dijk,tijk分別為第i層第j子斷層上第k個子源的破裂時間，上升時間,滑動角，滑移量和破

裂時間,m為震源包含的層數(shù)，ni為每個子斷層第i層的子源數(shù)目。利用有限厚度震源模型的自相似性，

在生成場址可能遭遇情景地震的震源時，只需要考慮有限厚度震源模型中子斷層參數(shù)的不同組合。與直

接考慮有限厚度震源模型的子源參數(shù)相比，采用子斷層格林函數(shù)用于場址地震危險性分析可以將變量數(shù)

3

目降低為原來的，例如當有限厚度震源模型包含5層時，采用子斷層格林函數(shù)用于場址地震危險性

4??1

1

分析可以將變量數(shù)目降低為子源對應變量數(shù)目的。

341

圖D-1有限厚度震源模型子斷層格林函數(shù)

11

參考文獻

Aki,K.,andP.G.Richards,2002,Quantitativeseismology.

Dahlen,Fa.,andJ.Tromp,2021,Theoreticalglobalseismology,inTheoreticalGlobalSeismology,Princeton

universitypress.

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