用现代控制论原理检验中国数字地震台网宽频带地震记录的频率域复原

在频率域内恢复地面运动时,有可能产生包含虚假低频成份的不正确结果.为了检验中国数字地震台网宽频带地震记录在频率域内复原效果.本文介绍了根据现代控制论原理所建立起来的数字模型,并描述了频率域复原方法的改进.本文所给出的例子表明.所提出的改进措施确实改善了真实地面运动的估计.     

数字地震数据的处理研究—真实地面运动的复原

讨论了在频域中真实地面运动的复原问题，借助于一个稳定的六阶带通滤波器可使地震仪反演系统趋于稳定，最后由关分方程递归求出真实地动位移，结果表明，对同一个地震，不同的仪器其原始响应不同，但由其复原的真实地面运动结果却有相当好的一致性。这证明了所采用的复原方法的可用性。     

拱型结构振动控制的研究

本文将控制技术运用到拱型结构的振动控制中,运用单点和多点控制方法,将主动控制力表为位移,速度和加速度的线性函数,在频域内探讨了拱型结构某些关键部位加速度频率响应随地面运动频率变化情况,研究了主动控制参数对加速度响应的影响,并对带有主动控制装置的拱型结构在随机激励作用下的响应进行了分析,对拱型结构的振动控制给出了一些有益的看法。     

结构平稳随机地震反应时域分析:方法

给出了三种常用的随机地震地面运动过程模型,即理想白噪声模型、金井清模型、改进金井清模型的相关函数表达式.引入状态向量,在状态空间中建立地震地面运动激励下的结构振动方程,并求解出结构的复模态特性和复模态反应.利用复模态叠加法推导出线性时不变多自由度体系在这三种随机地震动激励下的平稳协方差反应的解析式,可在时域内直接计算结构随机反应的统计特征.该方法物理概念清晰,结论简便明确,可作为实际工程结构平稳随机地震反应的实用分析方法.     

含峭壁V形峡谷对地震SH波散射的解析解

地表地形常引起地震动的局部放大,这是由于地震波传播至局部地形时产生了散射现象.本文利用波函数展开方法和区域匹配技术,提出了含峭壁V形峡谷对平面SH波散射问题的解析解,并进行了退化验证.通过频域内的参数分析,揭示了峭壁深度、入射波频率和角度等因素对峡谷场地地面运动的影响规律,发现上部峭壁会增强峡谷对地震动的地形放大效应.研究结果不仅为数值方法提供了验证基准,还可为含峭壁峡谷周边建筑物的抗震设计提供顺河向地震动输入.     

北美东部的地面运动关系式

对北美洲东部在１０≤Ｒ≤５００ｋｍ的距离范围４．０≤Ｍ≤７．２５地震的地面运动得到了预测关系。所得到的参数是０．５－２０ＨＺ频率的反应谱、峰值加速率和速度。预测关系是以经验关系为基础的地面运动随机模型得到的。我们得到的关系不同于以往工作的地方的在改进了输入参数经验性的定义和经验性的最终结果的证实。通过论证说明这些关系与Ｍ４－５地震的地面运动一致。要满足要求地判断较高震级时的这种关系还缺乏足够的数据     

强地面运动中后继波特征的数值模拟

本文用错格实数似谱法数值模拟分析了在盆地中地震波传播时空变化,及后继地震波的视速度及频率等动力学特征的的空间变化.结果表明来自岩层的波动折射入盆地后,可形成次生面波及多重反射波.地震波能量容易由高速度岩层介质传入低速的沉积土层中,相辅地,地震波能量却极难由低速的沉积土层传入高速度岩层介质中.这对地震勘探研究是有意义的见解.多重反射波在盆地中多次上下震荡,对地面建筑物造成连续多次破坏.不同波之间的干涉及盆地底部拐角的聚焦作用都可能增幅地面运动.峰值地面运动远离震中,这意味着非均匀地质构造对地面运动的影响有时大于距离的影响.视速度可能随多重反射次数的增加而变小,也随盆地底部形状而变化.多重反射波的后继震相可能发生频散.多震相的不同频率的峰值地面运动可能对地面建筑物造成延时性多次破坏.不同频率的后继转换波拓宽了入射地震波的频带,可能对具有相应不同固有周期的建筑物造成严重的破坏.反射波的频率变化特征对于地震勘探中识别和消除多次反射干扰也具有重要意义.     

用FFT和现代控制论方法恢复地面位移

直接使用FFT由数字地震记录来恢复地面位移可能产生包括虚假的长周期分量在内的不正确结果.本文介绍了根据FFT和现代控制论所建立起来的迭代方法.对FFT和所介绍的迭代方法所给出的恢复结果进行比较表明,本文所提出的方法确实改善了地面位移的估计.     

圆弧形有水河谷场地对平面P波的散射

利用波函数展开法,在频域内给出了圆弧形充水河谷对平面P波散射问题的解析。并分析了入射波波长、入射角对充水河谷地形地面运动的影响。     

近断层基岩强地面运动影响场的显式有限元数值模拟

基于一个假设的活断层和设定地震以及与之相应的计算模型,采用显式有限元方法结合改进的透射人工边界以及含有高频振动的震源时间函数,预测了该断层在设定地震为矩震级MW=6 3/4时的近断层基岩强地面运动. 预测结果表明,改进的透射人工边界具有良好的数值稳定性;预测基岩强地面运动的特征与近断层基岩强地面运动特征的现有认识水平有较好的一致性.      

一种新的三维速度结构反演模型参数化方法

本文针对三维速度反演问题中的一个重要步骤--模型的参数化作了探讨和研究,提出了一种新的参数化方法.同以往采用的矩形分块或划分网格点的方法不同,将待求扰动场按其空间频率展开,反演各阶频率系数.从三维傅氏级数理论出发,导出了一个简明且便于计算的三维空间频谱展开公式,并从理论上分析了在空间域内离散模型和空间频率域内离散模型的不同之处. 理论分析表明,在空间域内采用过参数化离散模型来反演,会在所得到的解中混入人为的虚假结构,从而使反演解发生畸变.采用在频率域内离散模型的频谱参数化方法反演,可以有效地避免这一点.频谱参数化方法也使得我们可以过参数化（over-parameterization）离散模型,便于最大程度地从资料中提取正确信息,对模型的分辨程度完全取决于观测系统的分辨能力.这种方法在得到稳定的反演解的同时,还可得到观测系统在空间三个方向上的分辨率.数值模拟实验结果证实了以上结论.     

现代地震观测技术

80年代以来，微电子技术的发展和定量地震学研究的深入使地震观测技术发生了多方面的变化。地震观测的目标由单纯实现地面运动向地震记录的转化发展为实现地面运动向地震记录的转化、地震观测设备向地震观测系统的转化和研究成果向常规工作的转化。本文结合数字地震学的发展，对现代地震观测技术的特点进行了介绍和讨论。     

电离层Alfven谐振器对地面观测到的地磁信号的影响初步研究

本文研究了0.1~10 Hz频率范围内的ULF波从磁层到地面的传播,得到了解析解,分析了电离层Alfven谐振器、磁倾角、电离层电导率、以及波频率对地面观测到的地磁信号的影响.数值结果表明:在磁层中剪切波在竖直方向有明显的谐振结构;地面观测到的信号在IAR谐振频率出现极大值,其谐振频率随磁倾角的增大而增大;电离层电导率的变化可以改变IAR的谐振频率,并能改变波的透射,从而影响地面地磁信号的频谱.     

用随机模拟方法研究设定地震地面运动

用随机模拟方法研究设定地震地面运动可分两步进行：（1）采用中小地震的数字观测资料确定研究区路径、场地参数；（2）把确定的参数应用到研究区的强地面运动随机模拟中. 为此，本文首先采用了一种可行的方法，分离软基岩场地效应和非弹性衰减的影响，并把二者分别确定出来. 研究区北部中软基岩场地的平均效应在2～4Hz频率范围为15倍左右；研究区的S波品质因子为QS＝278f[KG*2]0.346. 把这些参数用于研究区的场地和路径模型中，并选择单拐角频率震源谱模型，随机模拟了研究区未来中强地震可能在北天山中段可能造成的地面运动，模拟加速度时程和反应谱可以服务于本地区的地震灾害预测和建筑物可靠性验算.     

利用重叠加窗方式恢复地面运动

在频率域,利用地震记录反卷积恢复地面运动,由于FFT运算导致的谱泄漏与系统传递函数对高频与低频的放大效果会导致地面运动恢复失败,本研究采用重叠加窗方式,可避免单一加窗的时域失真,并减小频域谱泄漏。结果表明,恢复地面运动取得了较好效果。     

地铁及地面交通频率对地表环境振动的影响

地铁周边地面环境振动的大量实际观测数据分析显示,地面振动大小与源频率成分有关.但是实际振动观测受周围环境振动影响较大,为了从理论上解释地铁以及地面交通源频率成分对地表环境振动的影响,本文通过二维有限元数值模拟来研究1~20 Hz激振源分别作用于地面和地下,以及地下与地面同时加载这三种情况下地面的振动加速度响应.通过与地面实际观测资料对比,得出结论:(1)由于地铁或地面交通与地层的耦合振动,使得存在一个特定的频率,当载荷以该频率输入时地面的振动最大,当载荷频率小于或大于该频率的时候,地面振动减小;(2)本文对应的地层模型情况下,随着距离的增加,当源频率低于5 Hz时,地面振动衰减缓慢,当源频率高于8Hz时,地面振动衰减快;(3)在地层不同位置激发振动,地表的最大反应频率不同.     

通过系数映射设计二维环状对称滤波器

在地球物理学中二维滤波器用于处理地震、位场及遥感数据资料,也用于其它应用科学如图象处理.经过映射技术用最优化一维算法来设计这些滤波器:把二维期望响应映射成时间域或频率域的一维响应,得到近似后再映射回来.这里提出了一种设计二维环状对称滤波器的系数映射算法.二维频率域系数按照它们距原点的距离分选后映射到一维的频率轴上.在系数映射到一维频率轴上之前,这种分选使环状对称滤波器的特定通带、阻带或过渡带的系数归在一起.结果在一维频率域内有着与相应二维频率域内同样多的指定频带,这就导致在一维域内最佳近似.因此,也能在二维域内有最佳近似.这种映射在Nyquist域间进行. Chebychev或“最小最大”算法已用于一维近似计算.由于二维与一维之间是—种完全映射,经映射所设计的二维滤波器表现出与一维滤波器相似的等脉动特性.这种新的映射算法适合于设计多频带的低通、高通、带通以及带阻滤波器.近似频响的环状对称性随着滤波系数的增加有所改进.对N_1×N_2系数的二维滤波器,N_1、N_2一定要为奇数;但不一定相等.应用低通、高通滤波器,对区域重力场测量数据进行处理,结果证实在无谱重叠时这些滤波器能有效地分离不同波长的异常.     

地震检波器的横向灵敏度特性

地震检波器受到地面横向运动激励时的输入输出关系定义为检波器的横向灵敏度特性.本文对检波器线圈受到横向激励时产生的轴向振动进行了分析.可以看到,当悬挂线圈的弹簧片悬丝发生动力失稳时,检波器的横向灵敏度突然增大;在线圈横向振幅很小的情况下,失稳频率接近悬丝的横向固有频率.利用谱分析技术可以准确地从检波器噪声中检测出检波器的横向灵敏度和失稳频率,即检波器假频.     

地下水位变化对地震地面运动的影响

本文以Biot提出的流体饱和多孔介质波动理论为基础, 建立了成层地基模型, 把地下水位以下的饱和土层用水饱和多孔介质模拟, 地下水位以上土层用气饱和多孔介质模拟. 通过研究入射平面简谐波在成层地基中的传播, 分析了地下水位变化对地震地面运动的影响. 结果表明: P波入射下, 当土体骨架相对刚度较小时, 地下水位变化对地表位移尤其是竖向地表位移幅值影响较大, 随着地下水位的下降, 竖向位移逐渐增加, 相对应的峰值频率逐渐减小; 当土体骨架相对刚度较大时, 地下水位变化对地面运动影响不大.      

地震强地面运动的特征描述

描述强地面运动特征的现行观点和发展趋势。过去十几年中,有赖于强地面运动观测数据的积累,得到一些改进的地面运动经验模型。然而,这些模型具有很大的不确定性,因为“震级-距离-土类型“”的参数化相对实际过于简单。其他一些对强地面运动有重要影响的参数,例如:近断层地区的破裂方向性、地壳波导效应、盆地响应等,没有在这些模型中得到反应。建立在地震学理论基础上,并包含了这些附加条件的地面运动数值模型已经得到开发,它们被记录到的地面运动验证是有效的,并且被用来评估过去地震的地面运动,以及对未来地震的地面运动进行预测。