Page 8 - 2025年第56卷第9期

正比；子源的地震矩与其尺寸相关，保证频谱符合 ω⁻²模型。与传统模型不同，该模型不强制要求子
断层滑移量与上升时间成正比，能够更准确地模拟地震动高、低频能量在断层破裂不同时间段和空间
位置的复杂分布。利用震源模型固有的自相似性，在生成场址可能遭遇情景地震的震源时，只需要考
虑多层震源模型中子断层参数的不同组合。与直接考虑多层震源模型的子源参数相比，采用子断层格
3
林函数用于场址地震危险性分析可以将变量数目降低为原来的 m 。
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工程场址周边区域地形采用高精度数字高程数据进行重建，以准确模拟地形对地震波传播的散射
和放大效应。根据模拟精度需求，分辨率 30 m 以上地形数据可直接由公开数据源获得，更高分辨率地
形数据可通过商业数据源购买或采用倾斜摄影技术获取。
准确的三维波速结构对于宽频带地震动数值模拟非常重要。然而，由于波速反演方法固有的局限
性、区域覆盖不均匀以及深度信息不足等因素的制约，目前大多数地区都缺乏高分辨率的三维波速结
构。为解决这一问题，考虑到重大工程场址往往都经过详细的地质勘探，可以提供可靠且精细的局部
场地波速信息，本研究采用多源数据融合方法，通过将可获得的区域波速结构与目标场地局部波速信
息融合构建区域三维波速模型 ［14，21］ ， 较好地表征了地震波传播路径上的介质不均匀性。
集成多层震源模型、传播介质波速结构和区域地形模型，构建震源破裂-介质传播-介质响应直接
数值模拟模型，采用谱元法在计算机集群计算断层破裂、地震波的传播和场址地震响应的整个过程，
生成场址空间地震动 ［26-27］ 。此外，对于工程场地结构的非线性响应，可以采用基于域缩减法（Domain
Reduction Method）的跨尺度模拟方法 ［28-30］ ，将区域尺度的地震波场耦合至工程场地局部非线性分析模
型，从而更全面地评估工程场址复杂地震动特性。
2.4 海量地震情景场址宽频带地震动时程高效生成 宽频带地震动数值模拟需要足够精细的网格，因
此往往伴随着巨大的计算量。对地震的正演模拟一般只需要少数工况即可，这种情况下宽频带数值模
拟的巨大计算量是可以接受的。但是，地震危险性分析需要考虑尽可能多的情景地震，以涵盖未来所
有可能发生的地震。当需要模拟的工况达到数万乃至数十万时，直接模拟所有情景地震所需的计算量
显然是无法接受的。为了解决宽频带地震动数值模拟进行地震危险性分析面临的计算量问题，考虑到
工程抗震只关注场址位置地震动的特点，本研究采用应变格林张量法，即伴随源法，生成情景地震在
场址的宽频带地震动 ［31-33］ 。
根据连续介质中格林函数的空间互易性 ［34-35］ ，

̇
G ij ( x，x′ ； t - t′) = G ji ( x′，x ； t - t′) （3）
̇
式中：G ij ( x，x′ ； t - t′) 为从点源 x 处到场址 x′ 处的格林函数；G ji ( x′，x ； t - t′) 为从场址 x′ 处到点
源 x 处的格林函数。对于由 n 个子源组成的复杂震源，其在场址生成的地震动可用式（4）计算
n ̇
dG ji ( x′，x p ； t - t′)
u i ( x，x′ ； t - t′) = ∑ × M jk ( x p ，t′) （4）
dx′ k
p = 1
̇
dG ji ( x′，x p ； t - t′)
̇
式中：x p 为第 p 个子源的位置； 为格林函数 G ji ( x′，x p ； t - t′) 关于 x' 位置的第 k
dx′ k
个坐标分量的偏导数；M jk ( x p ，t′) 为双力偶点源。
为了计算发生在同一断层位置的不同情景地震在场址生成的地震动，利用波场传播中应变格林张
量的互易性，首先在场址分别设置三个互相垂直的单向力点源，通过三次独立的数值模拟计算从场址
到所有可能震源位置的应变格林张量并存储下来。对任意一场情景地震，只需要将情景地震点源的震
源时间函数与预先得到的发震断层应变格林张量库进行卷积即可得到每个点源在场址生成的地震动，
然后将所有点源在目标场址的地震动贡献汇总就可以得到最终的场址地震动。
2.5 场址 MCEHs 评估 由于场址地震危险性分析需要考虑尽可能多的情景地震，如果需要考虑的变
量数目多达数十万，很难在有限的工况下充分考虑场址可能遭遇的情景地震工况。为了解决这个问
题，利用多层震源模型不同层面破裂过程的自相似性，对震源的变量空间进行降维。如图 3 所示，首
先将多层震源模型划分为若干子断层，然后采用预先计算的所有子源位置的应变格林张量与子断层上

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