三维盆山耦合效应对沉积盆地地面运动放大的影响

《Scientific Reports》：Three-dimensional basin-mountain coupling effects on ground motion amplification in sedimentary basins

　　

摘要

由于盆地结构与周围地形之间的相互作用所导致的复杂波的散射效应，山间盆地的地震响应可能与孤立盆地存在显著差异。本研究采用多域边界元方法，研究了盆-山系统中三维地震波的传播及其地面运动放大效应。通过对纯盆地模型、纯山地模型和耦合模型进行参数化模拟，系统地变化了山地高度和盆地深度，并相应地进行二维截面模拟作为对比。研究结果表明，盆地-山地之间存在频率依赖的耦合效应，显著影响盆地内的地面运动放大。尽管沉积盆地是放大的主要来源，但周围地形会根据频率和几何形状的不同，对盆地内的地面运动产生抑制或增强作用，而较大的放大效应往往集中在频率较高、地形较陡峭的山地区域。此外，研究结果表明存在一种由波长-几何尺度匹配性控制的类共振响应，对于盆地-山地系统的特定几何构型会产生异常大的放大效应，这凸显了显式建模三维几何耦合的重要性。对比分析进一步表明，二维截面模型可能无法重现关键的三维波场特征，从而导致对地震需求（振幅和空间分布）的误估。