区域地震动的不确定性与空间相关性分析——以日本关东地区为例中国地震局工程力学研究所

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区域地震动的不确定性与空间相关性分析——以日本关东地区为例

发布时间： 2022-08-24 点击数量：590

研究背景：

地震危险性分析通常使用地震动预测方程（GMPEs）来确定地震引起的地震动。GMEPs提供对某一地点的地震动及相关变异性的评估，并认为在不同地点的地震动强度（IMs）是独立的。然而对大跨度桥梁、水电线路及建筑组合的空间分布系统的地震风险评估，需要对同一地震中多个地点同时发生的IMs进行估计和量化。随着地震灾害和风险评估由单一结构向空间分布的建筑和基础设施转变，地震动强度的空间相关性引起了地震学和地震工程领域的广泛关注。忽略空间相关性可能导致损失估计的偏差，高估最可能损失和低估罕见损失。

研究方法及结果：

本文以日本关东地区的87个K-NET台站和29个KiK-net台站的61次中强地震（Mw 5~7）的5760组强震动数据为基础，进行相关性和空间相关性研究，结果表明：

1.加速度反应谱在不同周期的事件间、事件内和总残差的相关性相似，但事件间残差比事件内和总残差有更强的相关性（图1）。

2.用半变异函数方法计算的空间相关性值，当分离距离达到100 km时，空间相关系数接近于零；用插值方法给出了空间相关性系数随分离距离和不同周期的分布关系，发现随着台站之间距离的增加，事件内空间相关性迅速衰减；随着周期的增加，空间相关性也增加（图2）。

3.不同区域的空间相关性模型的衰减不同，但同一区域具有相似的空间相关性。不同地质条件的空间相关性不同，对于沉积层较厚的区域的空间相关性值较大，空间相关性模型的衰减较慢（图3）。

该成果发表在国际期刊《Journal of Earthquake Engineering》（Jinjun Hu*, Lei Hu et al (2021): Uncertainty Analysis and Spatial Correlation of Ground Motion in the Kanto Basin, Japan, Journal of Earthquake Engineering, DOI: 10.1080/13632469.2021.1961944）（IF：3.994，*通讯作者）。

图1 反应谱不同周期事件间残差、事件内残差和总残差的相关性

图2 不同分离距离内的台站对数及计算的相应的空间相关性值

图3 不同区域的空间相关性模型对比

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