廣西喀斯特地貌會放大地震晃動？且衰減更快？

廣西昨天凌晨的5.2級地震，造成了數棟房屋倒塌。

難以想象這是5.2級地震造成的破壞。

除了這次地震震源深度淺，這些房屋可能年久失修，且設防標準低外。

當地特殊的喀斯特地貌，會不會是幫兇？

從廣西全境的烈度分布看，所有臺站的儀器烈度非常小（小于4度），不至于造成如此大的破壞吧？

由于測量地震烈度的儀器距離震中不可能太近，而震中房屋又出現了倒塌，這只能說明，該地震的強地震動隨著遠離震中，迅速衰減。

因此，抽象出來的物理問題是這樣的：

在近地表溶洞廣布的喀斯特地貌地區，由于大量空洞的存在，相比于沒有空洞的情況，是否會放大震中的地面晃動，并且這一晃動僅集中在震中附近，遠離震中則迅速衰減？

于是，筆者翻出了學生時代寫的二維彈性波場模擬代碼，改了改，完成了本次數值模擬。

先說結論：確實是這樣的，由于空洞對波場的散射，會導致震中附近的晃動更大且持續時間更長，并且這一晃動，隨著遠離震中（可能只需要幾百米），就迅速衰減。

我們先看沒有空洞的波場（Ux）：

整個波場（U）：

現在看看有空洞的情況(Ux) ，近地表白色圓形就是空洞 ：

整個波場（U）：

由上圖所示，由于空洞的存在，近地表波場散色非常嚴重，導致波場持續時間很長。

現在，我們看看地表臺站記錄到的波形：

先看震中的：

明顯可見，當地下有洞時（紅線），地表位移的振幅大了10倍，持續時間長了數倍，這足以說明 喀斯特地貌是這次地震的重要幫兇。

我們再看看，距離震中250米的臺站記錄（持續時間增長，振幅略大）：

再看看距震中500米的臺站（持續時間增長，振幅反而更小）：

再看看距震中3500米的臺站（持續時間增長，振幅更小了）：

這些結果，足以說明：

喀斯特地貌區域由于地下大量空洞的存在，會造成波場散射，導致震中附近非常近（可能就數百米）區域內地震波的振幅會有數量級的增加，并且隨著遠離震中，迅速衰減（即散射衰減）。

這和我們觀測到的現象完全一致。

喀斯特地貌是這次地震震中附近房屋倒塌的“幫兇”！

下面講一講模擬參數設置：

模型長8千米，深度5 千米 , 三角形網格，網格大小50米。

P波速度：3500 米/秒 ，S波速度：2020米/秒，密度2000 kg/m^3。

模型除地表外為PML吸收邊界。

震源為雷克子波，主頻5 Hz，位于模型中間，即x=4 千米 ，深度2.5千米處。

計算方法為有限元，進行的二維彈性波場模擬。

對于空洞模型，除了存在空洞外，其余設置和沒有空洞模型完全一致。

空洞設置：在近地表100-500米深度范圍內隨時生成了23個圓形空洞，其直徑為100到400米不等。

模型時間步長：0.00286秒，模擬時長為9秒。

空洞模型網格剖分：

空洞位置及大小：

Void 1: x=6668 m, y=393 m, d=250 m

Void 2: x=6168 m, y=340 m, d=123 m

Void 3: x=1162 m, y=488 m, d=383 m

Void 4: x=2841 m, y=310 m, d=173 m

Void 5: x=5688 m, y=180 m, d=282 m

Void 6: x=1618 m, y=374 m, d=222 m

Void 7: x=6423 m, y=204 m, d=114 m

Void 8: x=2134 m, y=488 m, d=319 m

Void 9: x=5262 m, y=404 m, d=148 m

Void 10: x=4051 m, y=463 m, d=226 m

Void 11: x=3469 m, y=402 m, d=200 m

Void 12: x=2389 m, y=271 m, d=144 m

Void 13: x=4538 m, y=371 m, d=116 m

Void 14: x=4072 m, y=191 m, d=107 m

Void 15: x=3217 m, y=206 m, d=137 m

Void 16: x=4861 m, y=171 m, d=110 m

Void 17: x=3796 m, y=317 m, d=114 m

Void 18: x=1312 m, y=116 m, d=146 m

Void 19: x=5083 m, y=128 m, d=138 m

Void 20: x=1847 m, y=106 m, d=185 m

Void 21: x=2178 m, y=116 m, d=169 m

Void 22: x=5983 m, y=494 m, d=156 m

Void 23: x=6191 m, y=109 m, d=110 m

無空洞模型網格剖分：