利用流-固耦合模型模拟地震和海啸全过程

• 作者: 蔡永恩 赵志栋
• 来源期刊: 地震学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 有限元 流固耦合 地震海啸 数值模拟
• 年，卷（期）: 2008,（6）
• 页码范围: 594-604
• 页数: 11页
• 分类号: P315.3
• 字数: 6054字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3321/j.issn:0253-3782.2008.06.005

摘要

海底地震引起的海啸过程在力学上是一个流一固耦合问题.地震引起的海底变形会影响流体的运动,流体运动会影响地震引起的海底变形.海啸的数值模拟,通常采用浅水波控制方程,把地震引起的海底变形作为海啸波动的边界条件或初始条件,不考虑它们之间的相互作用.本文采用势流体的流-固耦合有限元方法模拟了地震和海啸的全过程.地震过程的模拟与地震位错模型不同,在位错模型中,断层的位错是事先指定的;而在本文中,首先形成自重作用下的初始应力场,然后通过断层材料的突然软化引起的错动,模拟地震震源的动力学过程.模拟结果显示,在海面除了可以看到大振幅的海啸波外,还可以发现体波震相和面波震相.在600 km的海面震中距上,它们要比海啸波早到48分钟,在此处面波的最大平均振幅可达0.55 m,是相同震中距海底面波最大平均振幅的2倍.因此,海啸预警信息在海面可以比在地表更早地得到.海啸波的传播速度在水深3 km的开阔海面是175.8 m/s,它要比理想长波理论预测的大,其平均振幅为2 m,波长可达32 km.到达大陆架后其速度、波长都减小,在岸边可以激起10 m高的巨浪,水平方向深入陆地达53 m.震中附近海面和地震断层上的最大垂直加速度分别为5.9 m/s2和16.3 m/s2,后者是前者的2.8倍.由此看来,海水是很好的减震器.海啸波的加速度到达岸边会衰减10倍.与加速度不同,海面震中处的振动速度为3.2 m/s,是海底震源处的1.4倍.震源处的最大位移小于震中海面的最大位移,其差就是海啸波源的振幅.值得注意的是,海底地震的最大位错在震后23 s达到,不是发生在断层滑动的开始.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	蔡永恩	北京大学地球物理系	21	250	8.0	15.0
2	赵志栋	北京大学地球物理系	1	5	1.0	1.0