广西喀斯特地貌会放大地震晃动？且衰减更快？

广西昨天凌晨的5.2级地震，造成了数栋房屋倒塌。

难以想象这是5.2级地震造成的破坏。

除了这次地震震源深度浅，这些房屋可能年久失修，且设防标准低外。

当地特殊的喀斯特地貌，会不会是帮凶？

从广西全境的烈度分布看，所有台站的仪器烈度非常小（小于4度），不至于造成如此大的破坏吧？

由于测量地震烈度的仪器距离震中不可能太近，而震中房屋又出现了倒塌，这只能说明，该地震的强地震动随着远离震中，迅速衰减。

因此，抽象出来的物理问题是这样的：

在近地表溶洞广布的喀斯特地貌地区，由于大量空洞的存在，相比于没有空洞的情况，是否会放大震中的地面晃动，并且这一晃动仅集中在震中附近，远离震中则迅速衰减？

于是，笔者翻出了学生时代写的二维弹性波场模拟代码，改了改，完成了本次数值模拟。

先说结论：确实是这样的，由于空洞对波场的散射，会导致震中附近的晃动更大且持续时间更长，并且这一晃动，随着远离震中（可能只需要几百米），就迅速衰减。

我们先看没有空洞的波场（Ux）：

整个波场（U）：

现在看看有空洞的情况(Ux) ，近地表白色圆形就是空洞 ：

整个波场（U）：

由上图所示，由于空洞的存在，近地表波场散色非常严重，导致波场持续时间很长。

现在，我们看看地表台站记录到的波形：

先看震中的：

明显可见，当地下有洞时（红线），地表位移的振幅大了10倍，持续时间长了数倍，这足以说明 喀斯特地貌是这次地震的重要帮凶。

我们再看看，距离震中250米的台站记录（持续时间增长，振幅略大）：

再看看距震中500米的台站（持续时间增长，振幅反而更小）：

再看看距震中3500米的台站（持续时间增长，振幅更小了）：

这些结果，足以说明：

喀斯特地貌区域由于地下大量空洞的存在，会造成波场散射，导致震中附近非常近（可能就数百米）区域内地震波的振幅会有数量级的增加，并且随着远离震中，迅速衰减（即散射衰减）。

这和我们观测到的现象完全一致。

喀斯特地貌是这次地震震中附近房屋倒塌的“帮凶”！

下面讲一讲模拟参数设置：

模型长8千米，深度5 千米 , 三角形网格，网格大小50米。

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

模型除地表外为PML吸收边界。

震源为雷克子波，主频5 Hz，位于模型中间，即x=4 千米 ，深度2.5千米处。

计算方法为有限元，进行的二维弹性波场模拟。

对于空洞模型，除了存在空洞外，其余设置和没有空洞模型完全一致。

空洞设置：在近地表100-500米深度范围内随时生成了23个圆形空洞，其直径为100到400米不等。

模型时间步长：0.00286秒，模拟时长为9秒。

空洞模型网格剖分：

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

无空洞模型网格剖分：