数值模拟是强地面运动研究的常用手段之一,对于强震记录不足地区的地震动危险性评估更具有重要意义,但当前强地面运动数值模拟仍面临一些方面的挑战,包括高频带模拟和场地效应评估等。一方面,在抗震工程设计中,0.1Hz到20Hz的宽频带地震动响应均具有重要意义,但由于计算能力限制及小尺度震源、介质信息难以获取,其中的高频部分难以通过确定性数值模拟进行计算。因此低频采用确定性方法、高频采用其他方法的混合模拟是当前弥补这一缺陷的常见手段。另一方面,在全球很多地区,沉积盆地或人工填土中的场地效应也对强地面运动有很大影响,但由于近地表场地介质具有低波阻抗和非线性等性质,不便直接包含在基于物理的数值模拟中,而是主要采用先模拟后校正的方法。由于校正过程常需利用闭源商业软件,实现过程有一定限制,因此在宽频地震动模拟基础上加入场地校正模块,形成适用于我国地震危险性评估的完整模拟系统,是一种合理的优化方案。在本研究中,我们发展了一种新的程序,利用与有限断层高频随机方法和一维频域等效线性场地校正方法的耦合,将同位网格有限差分方法(CG-FDM)拓展至含场地非线性的地震动宽频一体化模拟。此程序所需输入包括震源机制与时间破裂模型、区域地壳速度结构模型、近地表各点土层钻孔数据及其构造的土层骨干曲线与滞回曲线一维模型等,并可直接模拟得到包含场地效应的宽频合成地震动反应时间过程和频谱结果。此外,本研究中对高频随机模拟模块进行了有限断层拓展和到时修正,并分别对高频与场地模块进行了单独检验与分析,在保证了结果可靠性的同时,使其能够用于大断层强震、包含复杂介质条件及起伏地形的区域尺度强地面运动模拟。本文利用上述方法和程序对2008年汶川地震的四川地区强地面运动进行了模拟实验,其所需的震源、介质、土层模型均由前人的研究结果得到;与仅采用确定性模拟方法相比,其模拟得到的合成地震动与实际观测数据呈现出更好的拟合效果。由于此方法将模拟所需的各部分计算模块化并有机结合,可以同时实现强地面运动模拟的各项目标,期待可以在地震危险性评估和抗震工程中得到更广泛的应用。