印度东北部西隆市的地震场地特性分析与场地响应研究

《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》：Seismic site characterization and site response analysis of the Shillong city, Northeast India

Shillong市位于高地震活动区域，本研究通过MASW方法获取12个测站剪切波速（VS）剖面，结合1897年Assam地震模拟数据，进行1D非线性场地响应分析，确定场地类别为C类，并评估峰值地面加速度（PGA）、放大因子、主导频率等参数（0.17-8.86 Hz，0.31-0.63 g），揭示区域构造（如印度-欧亚碰撞带）对地震响应的影响。

　　

Mohd Shahabuddin、Ravi Ranjan、William Kumar Mohanty、Sebastino Foti

印度卡拉格普尔印度理工学院地质与地球物理系，721302

摘要

希隆市位于世界上地震活动最活跃的地区之一，作为印度梅加拉亚邦的首府，对该地区的经济发展具有战略重要性。本研究详细介绍了希隆市的地震场地特征及场地响应分析。通过多通道表面波分析（MASW）技术在12个地点采集了表面波数据。MASW数据的处理包括时间窗口选择、F-K变换、基模提取、色散曲线生成以及反演，以得出每个地点的剪切波速度（V_S）剖面。结果显示，V_S值介于344至591米/秒之间。根据NEHRP标准，希隆市主要被归类为C类场地。针对一维（1D）非线性场地响应分析，我们对1897年阿萨姆地震（M_w = 8.1）进行了每个地点的地面运动模拟。1D非线性场地响应分析用于估算关键响应参数。结果表明：基岩峰值加速度（PGA）、地表峰值加速度（Surface PGA）、F_PGA、F_PSA、F_a、F_v、基岩深度及主要频率范围分别为0.31至0.63 g、0.39至0.69 g、0.87至1.60 g、1.12至2.87 g、1.40至2.99 g、1.42至2.11 g、4.0至32 m、0.17至8.86 Hz。这些发现为希隆市地面运动放大的空间变异性提供了重要见解，这是进行特定场地地震危险性评估的关键因素，并将用于抗震设计。研究强调了区域构造的影响，包括印度-欧亚碰撞带、印度-缅甸弧以及希隆高原的抬升构造作用对当地地震响应的塑造。

引言

希隆市是印度梅加拉亚邦的首府，由于印度板块向北俯冲到欧亚板块下方、向东俯冲到印度-缅甸板块下方，该地区属于世界上地震活动最活跃的区域之一。根据印度的地震分区图，该地区属于第五级地震危险区[1]。由于旅游业的发展、快速的城市化以及高层基础设施的建设，希隆市的经济重要性日益增加。该地区的地震对生命和财产构成严重威胁，可能引发地面震动、滑坡和液化等现象。当地的构造框架包括希隆高原、布拉马普特拉河谷、孟加拉盆地、米基尔山和米什米山。希隆市附近存在多个活跃的地震源，如Kopili断层、Dauki断层、Oldham断层、Naga断层和Kulsi断层，该地区过去发生过多次重大地震，包括1897年阿萨姆地震（M_w = 8.1）、1923年梅加拉亚地震（M_w = 7.1）等[2][3][4][5][6]。此外，2021年4月28日的Kopili断层活动引发了6.1级地震，导致建筑物轻微损坏、地面裂缝和液化现象。场地效应是指由于地表地形、盆地几何形状和地层变化等因素引起的地面运动变化。已有研究表明，具有低地震速度和阻抗特性的沉积物在强地震期间会显著改变地面运动幅度[7][8][9][10][11][12]。特别是地震事件期间产生的过量孔隙水压力可能导致液化，这一现象在2021年4月28日的Kopili地震中有多处发生[13]。尽管该地区地震风险极高，但针对社区或岩土工程层面的场地效应的综合性危险性研究仍较为缺乏。

剪切波速度（V_s）是地震工程中的关键输入参数，尤其是在微区划研究中[14][15][16][17][18][19][20][21][22]。由于预算限制，钻孔测井较为有限，因此可以通过地震折射和表面波方法有效估算V_s。高频瑞利波相速度（5–35 Hz）的反演可以获取深度达30米的V_s剖面。这些剖面对于评估特定场地的放大效应至关重要，结合岩土工程参数可用于液化潜力和地基稳定性评估[23][24][25][26]。多通道表面波分析（MASW）和折射微震（ReMi）等表面波技术利用瑞利波色散高效且经济地获取近地表V_s剖面，从而提供高分辨率的土壤动态特性信息[16][17][27][28][29][30][31][32][33][34]。

此前，Sharma等人（2016年）利用印度东北部不同地点的地震数据准备了地面运动响应谱。他们得出结论，局部场地效应和区域地质对加速度响应谱的形态有重要影响[35]。Biswas和Boruah（2016年）以及Biswas等人（2018年）使用多种被动技术获得了希隆市五个地点的V_S剖面[36][37]。Boruah（2022年）利用Biswas等人（2018年）获得的V_S剖面估算了希隆市的特定场地放大系数[38]。Vijayan等人（2022年）使用环境噪声测量对Mawryngkneng、Jowai、Khilehrial进行了场地特征分析[39]。然而，这些研究仍较为零散，缺乏地面运动和场地响应的综合性建模。

准确估算局部场地效应对于评估地震危险性和风险至关重要。在城市地区，由于物流限制和预算限制，通常优先选择低成本、非侵入性的方法。在本研究中，我们使用MASW技术估算了一维（1D）剪切波速度（V_S）剖面及上层30米的平均速度（V_S,30）。地面运动模拟采用了随机有限断层方法，进行了1D非线性场地响应分析，以估算放大系数、主要频率和峰值谱加速度。

章节片段

局部构造与地质

希隆市位于复杂的构造框架中，周围有多条活跃断层：南部的Dawki断层、北部的Oldham断层、西部的Dhubri断层以及东部的NW-SE走向的Kopili断层。Kopili断层标志着希隆高原与米基尔山之间的边界，被认为是未来大地震的潜在源[40]。Dawki断层构成了前寒武纪希隆高原与

方法论

本研究结合了多通道表面波分析（MASW）、随机有限断层地面运动模拟和非线性场地响应分析（SGRA），以评估希隆市的局部场地效应。该方法包括三个主要步骤：表面波数据采集与处理以获得V_S剖面、基岩处的地面运动模拟，以及利用得到的V_S剖面和基岩处的输入地面运动进行场地响应分析。完整流程见图2，并在后续小节中详细说明。

剪切波速度（V_S

从每个地点的MASW数据中得到的V_S剖面显示在图8中，并在表4中总结。我们观察到，希隆市12个地点的MASW调查得到的V_s值范围通常在100至1230米/秒之间，其中V_s超过760米/秒（表明为工程意义上的基岩）的深度在4米至32米之间变化。V_{S, 30}的范围为344米/秒（MASW03）至591米/秒（MASW05）。相比之下，Boruah等人（2022年）报告的V_{S, 30}值

结论

本研究在希隆市的12个地点进行了场地特征分析和非线性场地响应分析，以评估局部地震效应。为了进行场地特征分析，进行了主动源MASW调查以收集波形数据，从而估算出V_S剖面和V_S30值。这些剖面以及压缩波速度（V_P）、密度和1897年阿萨姆地震（M_w = 8.1）的模拟输入地面运动被用作非线性1D场地响应分析的输入参数

作者贡献声明

Mohd Shahabuddin：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论、调查、数据分析、概念构建。Ravi Ranjan：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论、数据分析、概念构建。William Kumar Mohanty：撰写——审稿与编辑、监督、软件使用、资源协调。Sebastino Foti：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论、概念构建。

数据与资源

在本研究中，地震输入运动使用https://www.daveboore.com/home.htmlSeismic提供的随机地面运动生成代码进行模拟（最后一次访问时间为2025年3月）。地震强度数据来自Pettenati等人（2017年）[78]，用于验证模拟结果。表面波数据使用开源GEOPSY软件处理（https://www.geopsy.org/，最后一次访问时间为2025年3月）[55]。钻孔岩性信息来源于已发表的资料

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢Ioannis Anastasopoulos（主编）和两位匿名审稿人的建设性评论和建议，这些意见显著提高了手稿的质量。第一作者和第二作者衷心感谢印度卡拉格普尔印度理工学院提供的机构资助，使得本研究得以开展。