[论文解读] NDSHA: robust and reliable seismic hazard assessment

G. F. Panza|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2017

Seismic Performance and Analysis参考文献 29被引用 7

一句话总结

NDSHA 提出了一种基于物理的地震危险性评估方法，通过源函数与格林函数的张量积来模拟地震地面运动，综合考虑了完整的地震源、传播路径和场地效应。该方法无需依赖经验衰减模型，即可提供稳健且保守的危险性估计，并在意大利和尼泊尔近期地震事件中得到验证。

ABSTRACT

The Neo-Deterministic Seismic Hazard Assessment (NDSHA) method reliably and realistically simulates the suite of earthquake ground motions that may impact civil populations as well as their heritage buildings. The modeling technique is developed from comprehensive physical knowledge of the seismic source process, the propagation of earthquake waves and their combined interactions with site effects. NDSHA effectively accounts for the tensor nature of earthquake ground motions formally described as the tensor product of the earthquake source functions and the Green Functions of the pathway. NDSHA uses all available information about the space distribution of large magnitude earthquake, including Maximum Credible Earthquake (MCE) and geological and geophysical data. It does not rely on scalar empirical ground motion attenuation models, as these are often both weakly constrained by available observations and unable to account for the tensor nature of earthquake ground motion. Standard NDSHA provides robust and safely conservative hazard estimates for engineering design and mitigation decision strategies without requiring (often faulty) assumptions about the probabilistic risk analysis model of earthquake occurrence. If specific applications may benefit from temporal information the definition of the Gutenberg-Richter (GR) relation is performed according to the multi-scale seismicity model and occurrence rate is associated to each modeled source. Observations from recent destructive earthquakes in Italy and Nepal have confirmed the validity of NDSHA approach and application, and suggest that more widespread application of NDSHA will enhance earthquake safety and resilience of civil populations in all earthquake-prone regions, especially in tectonically active areas where the historic earthquake record is too short.

研究动机与目标

• 开发一种能够真实模拟影响人口和文化遗产建筑的地面运动的地震危险性评估方法。
• 克服标量经验衰减模型的局限性，后者约束不足且忽略了地面运动的张量特性。
• 为工程设计和减灾提供稳健且保守的危险性估计，而无需依赖不确定的概率性地震发生模型。
• 整合地质、地球物理和历史地震数据，以在地震记录较短的区域实现全面的危险性评估。
• 在需要时，通过多尺度地震活动性模型和古腾堡-里克特定律实现时间相关的危险性建模，以满足特定应用需求。

提出的方法

• NDSHA 将地面运动建模为地震源函数与传播路径格林函数的张量积。
• 利用对地震源过程、波传播和局部场地效应的完整物理知识，模拟地面运动分量。
• 基于地质和地球物理数据，对空间分布的大震级地震（包括最大可信地震，MCE）进行建模。
• 通过依赖具有完整张量表示的确定性波传播模拟，避免使用标量经验衰减模型。
• 在时间相关应用中，将古腾堡-里克特定律应用于多尺度地震活动性框架内，为建模源分配发生率。
• 该方法通过在源、路径和场地效应之间保持物理一致性，且不依赖地震发生概率假设，确保危险性估计的保守性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何改进地震危险性评估，以更好地反映地面运动的张量特性？
• RQ2 标量经验衰减模型在地震危险性分析中的局限性是什么？如何克服这些局限？
• RQ3 像 NDSHA 这类基于物理的方法是否能比传统概率方法产生更可靠且更保守的危险性估计？
• RQ4 当应用于地震记录有限的区域（如构造活动区域）时，NDSHA 的表现如何？
• RQ5 NDSHA 在多大程度上能够提升土木基础设施和文化遗产建筑的地震韧性与安全性？

主要发现

• NDSHA 通过建模地面运动的完整张量特性，且不依赖经验衰减模型，提供了稳健且可靠保守的地震危险性估计。
• 该方法有效整合了地质、地球物理和历史地震数据，以模拟大震级地震，包括最大可信地震。
• 近期意大利和尼泊尔破坏性地震的观测结果证实了 NDSHA 方法在真实场景中的有效性。
• NDSHA 通过消除对概率性地震发生模型假设的依赖，降低了危险性评估中的不确定性。
• NDSHA 的应用增强了地震安全与韧性，特别是在历史记录较短的构造活动区域。
• 该方法通过与多尺度地震活动性模型及古腾堡-里克特定律的集成，支持确定性和时间相关危险性评估。