龙门山断层破裂的频率非平稳特性

为研究地震过程中的频率非平稳特性,对近年来龙门山断层发生的两次大地震:汶川大地震和芦山大地震的近断层地震记录进行频谱分析。结果表明:相对于芦山地震有较大走向滑动分量的汶川地震,大多数位于汶川地震断层滑动前方的台站接收到更高的频率成分,位于断层滑动后方的台站接收到的地震波频率较低;尽管芦山地震断层相对汶川地震有较小的走向滑动分量,但仍然可以得出与汶川地震相同的结论,不同的是虽然芦山地震沿断层面向上方向分量大,但是其同一台站东西、南北、竖直三方向分量记录幅值相当。把芦山地震三分量记录变换到走向和沿断层面向上方向,证实了沿断层面向上方向高频成分更丰富。在断层滑动前方接收到的地震波频率较高,在断层滑动后方接收到的频率较低,这正是多普勒效应影响的结果。由于多普勒效应的客观存在,其对频率非平稳特性的影响与震源、传播路径和场地效应一样具有普遍性;所以,工程场地接收到的地震波的频率不仅取决于震源、传播路径、场地效应,还取决于断层滑动速度(多普勒效应)。     

华北盆地Lg波衰减及台站场地响应特征

华北盆地是中国大陆地震活跃区之一,通过地震波衰减及场地响应参数研究该区构造介质属性及台基属性对地震预测预报、灾害评估具有重要意义.基于Lg波谱比的联合反演方法是获得地震波衰减参数及场地响应的有效方法,通过随机重采样方法可以检验解的稳定性.使用华北盆地68个台站记录的2004—2008年的149次地震,震级M_L为1.7~5.3的震中距为100~600 km,按信噪比大于2的标准挑选有效垂向记录1 000多条,地震射线较好地覆盖了华北盆地38°N~41°N、114°E~120°E区域.采用2.60~3.65 km/s的速度窗截取Lg波形并转化为频谱,研究频率范围为1~7 Hz,频率间隔0.2 Hz.计算得到的地震波衰减品质因子Q(f)与频率f的关系可表示为Q(f)=125±4.4f0.86±0.03,研究区为低Q₀(对应频率1 Hz),高频率依赖性的构造活跃区.基岩台站对地震波没有表现出明显放大作用,黄土沉积台站低频端比高频端明显放大;场地响应波动较大台站其解的标准偏差也大,说明场地响应的不稳定性体现了台基属性的非稳定性特征.      

同步压缩小波变换在油气检测中的应用

地震波在穿过地下含油气区域时会表现为低频能量相对增强,高频能量相对衰减的特征,利用时频分析方法可以准确提取地震资料的低频能量和高频能量,进而据此确定油气分布范围。以东海某工区实际资料为例,进行目的层地震数据的小波变换和同步压缩小波变换,对比分析两种变换方法的频谱图。对比结果表明,同步压缩小波变换具有高时频分辨率的特征。利用同步压缩小波变换提取了该工区地震资料的低、高频能量并进行含气性检测,获得的结果与钻井数据高度吻合。     

基于包络的汶川大地震高频地震波辐射区域反演及近场加速度合成

合理地估计汶川破坏区域的地震动有助于地震灾害的研究.通过利用芦山地震记录建立的加速度包络衰减关系和汶川地震近场30个台站的加速度包络,基于线源模型,采用差分进化方法反演了汶川地震断层面上高频 (＞1 Hz) 辐射区域分布.结果表明:断层面上高频辐射分布很不均匀,辐射较强的区域主要位于:(1) 产生较大地表破裂的映秀、北川和南坝区域;(2) 映秀和北川等凹凸体的周边区域,包括震中东北侧60~90 km区域、北川和南坝东北侧30 km处;(3) 断层破裂停止的东北端约30 km长的区域.其中,破裂贯穿到地表的映秀、北川和南坝是低频和高频辐射都很强的区域.对于无观测记录场点,选择其临近且场地条件类似的台站加速度提取平稳随机过程,结合高频辐射分布和衰减关系得到的包络,合成了加速度时程,可为汶川地震结构震害分析提供地震动输入.      

断层穿越斜坡场地效应分析:以绵竹九龙镇山前斜坡为例

2008年汶川MS8.0强震中频繁出现断层穿越的地震滑坡,除发震断层的地震特性外,其自身场地效应也会影响斜坡动力响应,甚至加剧斜坡失稳。本文以汶川极震区绵竹九龙镇山前斜坡为典型实例,根据余震作用下斜坡不同高程实测地震记录及地脉动测试结果,通过单点谱比法(H/V),获得斜坡地震动加速度随高程的放大系数和地脉动的频谱特征曲线,通过曲线对比分析发现: 1)斜坡两次典型余震PGA放大系数随高程先减小后增大,呈明显的凹形特征,凹形部位位于断层位置,其PGA放大系数约为斜坡底部测点0.4~1.0,坡顶测点的PGA放大系数则达到1.0~2.0倍。由于PGA放大系数是在断层位置出现的明显拐点,从地质上表明了断层场地效应明显; (2)各点NS/UD谱比普遍大于EW/UD谱比。断裂区域卓越频率为低频1Hz,小于其他测点的频率,对应谱比最大值高达3.0~4.0,高于其他测点谱比最大值。说明地表破裂处岩土体松散破碎,导致断层处的卓越频率较低,近场余震传播过来的高频地震波被断层隔断,地震加速度放大系数在该处发生了衰减,场地效应显著。本研究有助于增强断层场地对斜坡动力响应影响的认识。     

基于连续小波变换的斜坡动力响应特征分析

川西北地区深切峡谷发育,地震扰动频繁。峡谷内高陡岩质斜坡在强震扰动下,通常会发生震裂松弛,进而导致失稳,因此研究其强震响应意义重大。2019年四川长宁M_s6.0级地震触发了布置在石棉县城南桠河两岸的3台强震监测仪器,通过对捕捉到的强震数据进行连续小波变换之后,获取了其时频信息。分析结果表明:（1）S波在频域上分为两种成分,其主频值分别为3.5 Hz和1.1 Hz附近;（2）山脊处的地震动放大效应主要体现为S波相对高频成分上能量的增加而低频部分则无显著变化;（3）覆盖层场地自振频率与S波低频成分主频相近,二者产生共振,导致S波低频放大与高频衰减效应;（4）地震动响应具有极强的方向性,水平向地震动放大效应比垂直向更为显著。     

利用地震高低频信息预测油气富集区

钻井揭示下三叠统嘉陵江组二段和飞仙关组三段是HCL 地区的主要产气层段。利用地震高低频信息预测油气的方法是应用基于小波变化的时频分析技术,针对含油气储层引起地震波高频能量衰减和低频能量相对增强的现象,有效提取地震高频信息和低频信息进行油气预测。在HCL 探区应用该方法,预测含油气区与钻井勘探有很好的吻合度。     

基于小波包的地下洞室群地震响应及其频谱特性研究

基于有限差分数值模拟,在合理选择地震动力分析阻尼参数的条件下,开展白鹤滩水电工程13#机组剖面地下洞群围岩地震响应研究,并结合小波包变换方法从加速度峰值及振动能量角度评价了地震波在岩体中的传播规律及洞室群不同区域地震响应的频谱特征。结果表明：地震波传播过程中强度随高程增加而增加,层间错动带有一定减震作用;小波包分解可以较全面地给出地震响应成分的频率分布;地震波的高频分量在岩体传播过程中逐渐衰减;在地下洞室群附近,岩体地震响应的加速度峰值和振动能量频谱特征以1～3 Hz频段为主,其他频段对岩体地震响应影响较小。     

Kelvin—Voigt黏弹性介质地震波场数值模拟与衰减特征

利用高阶交错网格有限差分模拟Kelvin-Voigt黏弹性介质中传播的地震波,同时将完全匹配层吸收边界条件引入到其边界处理中。数值模拟结果表明,完全匹配层吸收边界效果好,高阶有限差分能模拟得到的黏弹性介质波场精度较高。对模拟的黏弹性波场进行分析,表明介质的粘滞性使地震反射波的能量变弱,高频衰减明显,并比低频衰减得快,主频向低频方向移动,有效频带变窄,即降低了地震波的分辨率;并且反射转换波比反射纵波要衰减得快;而且还随着传播距离的增加,其峰值频率也逐渐降低。通过数值模拟分析具有不同的粘滞系数介质对地震波的吸收和衰减,结果表明随着粘滞系数的增大,地下介质对地震波的吸收衰减更明显。     

汶川M_s 8.0级地震强震记录所揭示的地震断层特征分析

基于2008年5月12日汶川Ms8.0级地震的强震台站记录,对比发震断层两侧的峰值加速度与地表破裂带上同震位移的分布特点,探讨了地震动强度分布特征与地表破裂位移分布之间的相关关系。分析近断层典型台站的强震动记录时程特征,获得了强地震动记录中所包含的断层破裂过程和破裂习性信息,从强震观测记录的角度进一步证实了汶川地震主震的多次破裂特征。结果表明,汶川地震主震至少包含了4次地震破裂事件,最主要的前两次破裂事件分别对应映秀—北川断裂段和北川—南坝断裂段的破裂过程,后两次破裂事件释放的能量相对较小,应该是第二次破裂过程触发局部次级破裂所引起的。此外,垂直于断层的峰值加速度剖面揭示的发震断层的高倾角逆冲特性,与地震地质调查和小震精定位等确定的相应结果是一致的。     

苏门答腊地震对柴达木地方震的触发作用

2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊西北海域发生40年来最强烈的地震,造成巨大伤亡和财产损失.大地震在4000km外的柴达木盆地西部地区狮子沟地震台阵网上有长达1000多秒的明显记录,也触发柴西地区地方震的发震频率在大地震之后一天内提高了10倍.从大地震触发的地方震活动分布来看,触发地震的发震断裂是英雄岭南侧花土沟断裂和红柳泉断裂.      

Tectonic stress,seismicity, and seismic hazard in the southeastern Carpathians

Intermediate-depth earthquakes in the Vrancea region occur in response to stress generation due to descending lithosphere beneath the southeastern Carpathians. In this article, tectonic stress and seismicity are analyzed in the region on the basis of a vast body of observations. We show a correlation between the location of intermediate-depth earthquakes and the predicted localization of maximum shear stress in the lithosphere. A probabilistic seismic hazard assessment (PSHA) for the region is presented in terms of various ground motion parameters on the utilization of Fourier amplitude spectra used in engineering practice and risk assessment (peak ground acceleration, response spectra amplitude, and seismic intensity). We review the PSHA carried out in the region, and present new PSHA results for the eastern and southern parts of Romania. Our seismic hazard assessment is based on the information about the features of earthquake ground motion excitation, seismic wave propagation (attenuation), and site effect in the region. Spectral models and characteristics of site-response on earthquake ground motions are obtained from the regional ground motion data including several hundred records of small and large earthquakes. Results of the probabilistic seismic hazard assessment are consistent with the features of observed earthquake effects in the southeastern Carpathians and show that geological factors play an important part in the distribution of the earthquake ground motion parameters.     

芦山地震冶勒大坝强震监测资料分析

冶勒沥青混凝土心墙堆石坝最大坝高为124.5 m,坝址区地震烈度高,地质条件复杂,两岸坝基条件严重不对称。大坝上布设了9台强震仪组成的强震监测台阵,曾获得2008年汶川地震和攀枝花地震的大坝强震监测记录。2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生里氏7.0级地震,冶勒大坝距震中约212.5 km,坝址区震感较为强烈,强震监测台阵获得了此次地震较为完整的有效记录。对芦山地震主震记录进行时域分析和频谱分析,总结冶勒大坝在芦山地震中的动力反应规律,并与汶川地震时坝体动力反应进行对比分析。研究表明,芦山地震主震时冶勒大坝最大加速度记录为47.043 cm/s2,最长持续时间为76.98 s,坝顶动力放大效应明显;芦山和汶川地震时大坝动力反应规律的差异与地震波频谱特性及大坝自振特性等密切相关。总体而言,冶勒大坝在震后运行安全稳定,芦山地震未对冶勒大坝造成明显不利影响。     

京津冀地区历史地震事件时空特征研究*

受环太平洋地震带影响,华北平原地区地震频发,尤其是处于中国首都经济圈的京津冀地区的地震事件备受关注。通过对历史文献资料及地震台网记录中的地震事件统计、分析,重建该地区地震事件历史并获取其潜在的空间分布特征及时间规律,对未来地震事件的早期预警具有重要参考意义。分析结果表明,公元前231年至公元2018年期间京津冀地区发生的1044起地震事件中,以有感地震和中强地震为主,小地震、强烈地震以及大地震发生频次较低。地震记录完整性分析结果表明,除小地震外,其他等级地震记录自公元1400年以来基本完整。在空间分布上,京津冀地区历史地震呈“T”字形分布,沿1条北西—南东走向地震带和1条北东—南西走向地震带分布。在时间上,京津冀地区地震事件呈现出阶段性的变化,在公元1480—1680年间以及1950年以来2个时间段内较为活跃,发生频率较高,频谱分析结果进一步表明地震记录存在45年的复发周期。在月际尺度上,地震事件同样存在季节性差异且多发于夏秋季节,同时地震密集区域在年内呈现出自西向东迁移的现象。最后,根据历史地震事件发生的时间规律,在未来一段时间内京津冀地区仍将处于地震活跃期,存在发生强震的风险。     

鲁豫交界地区尾波Q_c值分析研究

该文对濮阳台记录的21次地震进行了地震波衰减研究,讨论了地球介质品质因子随频率变化的关系;利用不同地震采用不同流逝时间的尾波品质因子测定方法,有效去除了由于不同地震或同一地震的地震散射波在纵向介质中穿透深度的不同而导致对品质因子测量结果的影响,从而有利于扑捉到品质因子的异常变化特征与地震孕育过程的关系。利用改进后的模型,对鲁豫交界地区尾波值进行了计算,得到了该地区品质因子随频率的变化关系和区域介质衰减的时间变化特征。     

云南彝良907地震次生地质灾害特征分析

2012年9月7日11时19分40秒,云南省彝良县发生M5.7级地震,12时16分29秒,再次发生M5.6级地震,两次地震诱发了大量的崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害。通过现场调查,分析了本次地震次生地质灾害的主要特征:震后次生地质灾害数量明显增加、由地震直接诱发的地质灾害分布明显受震中控制;Ⅷ度区、Ⅶ度区的地震地质灾害点密度分别是Ⅵ度区地震地质灾害点密度的11倍与4.5倍;地质灾害的分布表现出很明显的上/下盘效应,上盘地质灾害密度是下盘地质灾害密度的2.6～3.9倍;震后新增次生地质灾害点的分布受岩土体性质控制明显;震后次生地质灾害降雨叠加效应与链生效应较为明显,具有震级小、灾情大、灾害多、规模小的特点。     

沙牌坝址基岩场地地震动输入参数研究

重大水利水电工程地震动输入参数必须根据专门的地震危险性分析结果来确定。目前由地震危险性分析得到的一致概率反应谱具有包络的意义,不能反映实际地震的频谱特性,输入“一致概率反应谱”可能导致地震作用偏大;拟合设计反应谱人工生成地震动加速度时程的频率非平稳性也没有得到很好解决。为了解决这些问题,得到与坝址地震危险性一致、具体地震的输入参数,结合沙牌大坝提出了一套适用于重大水利水电工程基岩场地地震动输入参数确定方法：通过以有效峰值加速度为参数的概率地震危险性计算分析,确定坝址不同超越概率下的有效峰值加速度及对坝址贡献最大的潜在震源区;在最大贡献潜在震源内利用震级空间联合分布概率最大法确定坝址设定地震,依据加速度反应谱衰减关系确定与坝址设定地震对应的设计反应谱;根据设定地震结果和时变功率谱模型参数衰减关系确定时变功率谱,将时变功率谱和最小相位谱按三角级数叠加法进行强度和频率非平稳地震加速度时程合成。在对沙牌坝址区域的地震活动性及地震构造环境分析评价的基础上,采用上述方法,得到了坝址基岩场地不同超越概率下的有效峰值加速度、设计反应谱、强度和频率非平稳地震加速度时程等地震动输入参数。