第九届青年地学论坛

       桥梁、隧道、高铁以及管道等线状基础设施工程通常会穿过断层，当大地震发生时，近断层地震动引起的显著位移可能会导致上述工程的损坏。例如2022年1月8日发生在青海门源的6.6级地震（37.77°N，101.26°E）造成了强烈的地表破裂，一度导致横跨冷龙岭断层的兰州-乌鲁木齐高速铁路停运长达9个月。
       一般认为距离发震断层20公里以内的地震动是近断层地震动。跨断层线状工程的地震分析通常需要对近断层地震动进行估计以了解其对工程的潜在影响。然而，准确预测大地震的时间、地点以及震级非常困难，且仪器在地震发生过程中很容易损坏，因此获取近断层地震动记录是一个巨大的挑战。从1966年首次在Parkfield地震中观测到近断层地震动到2023年土耳其地震，只有少数地震存在观测良好的近断层地震动记录。这些记录不足以在针对某一跨断层线状工程的地震分析中发挥作用。所以，对近断层地震动记录进行模拟是非常有必要的。
       现有的强地面运动模拟程序获取准确的近断层地震动记录较为困难，基于经验的模拟方法通常会失去其物理意义，而基于理论的模拟方法通常受限于简单的模型，因此数值模拟似乎是解决这一问题的必经之路。然而，由于断层面的间断性质，数值方法通常会不可避免地在求解该问题时引入非物理的高频振荡，也就是所谓的吉布斯现象，导致在近断层获取的地震动记录不够准确。
       在这项工作中，我们引入Jiang等（2014）发展的可选通量有限差分WENO（AWENO）格式，开发了一套能够准确模拟近断层地震动的强地面运动模拟程序。该程序在保持光滑区域高阶精度的同时，确保了近断层强地面运动的无振荡模拟，从而高效准确地得到了近断层的地表位移。我们分别在均匀半空间问题、层状介质问题中与广义反透射方法（GRTM，Chen等，1996）得到的合成地震图进行了对比，在起伏地表问题中与CGFDM3D-EQR（Wang等，2022）得到的合成地震图进行了对比，验证了该方法的精度和准确性。并且，我们还对TPV10的标准震源模型和2022年门源Mw 6.6地震进行了近断层强地面运动模拟，获得了令人满意的结果。该方法在具有明确物理意义的同时，支持三维复杂地形、复杂介质，有望在分析线状工程地震作用的工作中发挥重要的作用。
 

近断层,有限差分,WENO