用Nakamura方法评估北京地区场地效应

传统的评估场地效应的经验转换函数方法需要有一个小孔径台阵,布设若干地震计,其中须有离软土台不远的基岩台,但因北京市位于很大部分无基岩出露的大面积平原地区,所以无法实现.我们用Nakamura方法对北京地区进行场地效应评估.北京市"十五"期间建立了数字地震观测台网,位于不同场地上的强震观测点清晰完整地记录了若干有感地震.本文利用近场地面自由场强震三分向地震记录,通过Nakamura方法研究了北京地区的场地效应.并与1679年三河.平谷Ms8.1地震时北京地区实际遭受的宏观地震烈度相对比,结合北京地区的地下结构进行了分析.结果表明,用Nakamura方法所获得的反映震害的指标(Nakamura谱比率)有3个高值异常区,分别在北京东北部的怀柔县(值11.1、北京昌平区西部(值1O.1和市中心区(值8.1,这与三河.平谷Ms8.1地震时实际震害和观测点的地下局部构造基本一致.说明Nakamura方法在与北京地区地质构造类似的城市(平原、第四纪沉积层覆盖)如上海、成都、天津具有推广应用价值.我国正在建设大量自由场、数字化、宽频带、大动态强震观测点,该方法对于工程安全性评价具有一定的应用前景.     

用Nakamura技术评估天津地区场地效应

用传统的经验转换函数方法评估场地效应需要有一个小孔径台阵,布设若干地震计,其中须有离软土台不远的基岩台。这种方法在天津市这样的大面积平原多震地区无法实现。天津市辖区面积11000km2,只有北部的蓟县是山区,市区是平原,南部的塘沽区、汉沽区、大港区是滨海第四纪巨厚沉积区。天津南部滨海区在1976年唐山MS7·8地震时受灾最重,死亡人员超过20000。天津是1949年以来我国唯一遭遇麦卡利地震烈度达到Ⅷ震灾的直辖市,也是此间我国遭遇地震最大(1976年宁河MS6·9)的城市。十五期间投巨资建立了数字地震观测台网,位于不同场地上的地震观测点清晰、完整地记录了若干有感地震。本文利用近场地面自由场地震三分向记录和Nakamura技术研究了天津地区的场地效应。并与唐山地震时天津地区实际遭受的宏观地震烈度相对比,结合天津地区的地下结构进行了分析。结果表明,Nakamura技术所获得的反映震害的指标(Nakamura技术的放大倍数)与实际震害基本一致。说明Nakamura技术在与天津地区地质构造类似的城市(平原、第四纪沉积层巨厚)如北京、上海、成都具有推广应用价值。我国正在建设大量自由场、数字化、宽频带、大动态地震观测点,该方法具有一定的应用前景。     

场地放大效应的估计

本利用唐山地区9个台站得到的13次近场地震记录分析了场地放大效应，其中一些站位于废弃的地下煤矿坑道内，最深的一个台站在地下822m处，首先检验确定了地面反射波对地下场地的入射波没有很大影响，在后利用地下基岩场地台站（－822m)作参考场地，用线性反演法来同时分离震源，传播途径和局部场地效应，结果发现：在1至10Hz的频段上S波品质因子Qs基本上与频率成正比；与以地面基岩场地作参考场地所得的结果相比较，地面基岩场地的反应并不是一常数，它在大于6Hz的高频段上有明显的放大作用，在本的研究事件中，在6至10Hz的频段上这个放大纱数约为2至4。这表明由于地面基岩场地本身的放大作用，将导致在作场地震动预测时会低估地震作用，最后采用一种新的非参考场地法，即遗传算法，用w^2震源模型来估计绝对场地效应。在本的研究结果中，对大多数台站场地来说，所得的绝对场地应应与以地下基岩台站作参考场地所得的相对场地效应十分一致。这表明这作场地震动分析时，当仔细考虑了反射波对入射波的影响后，地下或井下基岩场地是比地面基岩场地更合适的参考场地。     

基于场地响应和量规函数对唐山5.1级地震的震级校正

利用2010年以来河北省测震台网记录到的654个M_L≥2.5地震波形数据,使用Moya方法联合反演计算震源谱及各台站场地响应。河北省测震台网实时接收168个台站数据,最终反演得到151个测震台站场地响应结果。结果显示,频率1～20Hz内各台站均存在不同程度的场地放大效应,随着频率的变化,各类基岩台的场地响应变化较为复杂。位于第四系沉积类的台站场地响应在低频段1～8Hz内放大效应显著,在高频段8～20Hz内呈现快速衰减趋势。选取2017年以来河北省测震台网记录的M_L≥2.0地震数据,对各台站单台震级与台网平均震级进行对比统计、分析,最终得出代表河北地区的地方性震级M_L新量规函数。针对2020年7月12日河北唐山5.1级地震,利用本文得到的台站场地响应结果对震级偏大且有放大作用的台站进行放大作用消除,再分别用现用地方性震级M_L量规函数和河北地区地方性震级M_L新量规函数对单台震级进行重新计算,结果显示震级偏差均有所减小。     

利用宁洱地震强震记录分析场地响应

采用Nakamura方法,利用2007年6月3日宁洱地震强震动记录S波资料和脉动观测资料,计算了宁洱震区一些强震动台的场地响应.结果表明,当台站场地为基岩或覆盖层较薄时,由脉动数据和S波数据分别计算的谱比曲线一致性很好.当覆盖层大于35 m的时候,两者的谱比值有差异,即用S波计算的场地放大响应要明显大于用脉动计算的场地响应.     

一种实时场地校正方法及其在地震预警中的应用

地震预警系统对地震数据处理的实时性要求极高。其系统数据来源除布设在基岩的测震台站外,还有大量非基岩场地的强震动台站和地震烈度仪台站,其场地影响不容忽视。为了考虑震级估算和地震动场预测中的场地影响,需实时对各种场地条件下的地震波形进行校正。目前处理一般使用某个标量来表征场地放大效应。本文采用一种实时的场地校正方法,首先计算目标场地与参考场地的谱比,然后通过最小二乘法、双线性变换将谱比转化为因果递归的无限冲激响应(IIR)时域滤波器,之后可以应用该滤波器进行实时场地校正。该方法考虑了场地放大系数的频率依赖性,相比于标量校正提高了准确度。应用我国四川和日本部分强震动台站记录,验证并讨论了这种实时场地校正方法在地震预警中的应用效果。     

用随机模拟方法研究设定地震的地面运动参数

本文从强地面运动随机模拟方法应用出发,提出了一种用中小地震的数字观测资料确定研究区路径、场地参数的方法。采用该方法,分离软基岩场地联合效应和非弹性衰减的影响,并把二者分别确定出来。这些参数可以直接用于研究区软基岩场地的地面运动随机模拟。     

河北地区地震动衰减和场地响应的研究

利用河北测震数字台网2009年1月-2015年5月记录到的169个ML≥2.5地震(含山区和平原)4 180条波形资料,将河北(含北京、天津)及邻近地区作为研究区域,根据地形及地质构造将研究区域分为山区和平原两个区,采用三段几何衰减模型,用Atkinson(1992)方法计算各自的Q值,得到山区和平原的非弹性衰减Q随频率变化的关系式分别为:Q(f)=474.8f0.3589,Q(f)=294.5f0.5193,并与已有的结果进行对比。在此基础上,利用Moya(2000)方法进行震源谱和场地响应的联合反演,得到了93个基岩台、58个井下台的场地响应,基岩台的场地响应随频率的变化较为复杂。不同类型的基岩台场地响应绝大多数无明显的一致性特征;井下台站的场地响应随频率变化的形态基本一致,在低频段(1~7 Hz)表现为放大作用,在高频段(7~20 Hz)表现为衰减效应。     

用数字地震资料确定软基岩场地放大和衰减的联合效应

从强地面运动随机模拟方法应用出发，针对我国很多地区浅地壳S波速度结构研究程度较低，场地放大和衰减联合效应（简称场地联合效应）估计困难的现状，提出一种用中小地震的数字观测资料确定软基岩场地联合效应的方法. 并采用该方法，结合研究区实际算例，确定出研究区软基岩场地的联合效应.      

北天山地区S波非弹性衰减和场地效应研究/

采用中小地震的数字观测资料，依据地震观测谱和震源谱、传播路径衰减因子及场地效应的关系式，在对场地效应约束的条件下，反演S波非弹性衰减和软基岩场地效应，确定研究区路径、 场地参数. 该方法确定的参数， 避免了台站地形效应的影响，真实地反映了研究区自由软基岩场地的地震效应和传播路径非弹性衰减的影响. 研究区的平均软基岩场地效应， 在2~4 Hz频率范围为1.5倍左右; S波品质因子为QS=278 f 0.346.这些参数可以直接用于研究区的地面运动随机模拟.      

江苏东海深井观测地震波形及其信噪比研究

为了探索在高噪声干扰地区获取高信噪比地震信息的有效途径,本文分析了我国第一个超深井地震观测站江苏东海地壳活动国家野外科学观测研究站设置在地面与井下三个不同深度处的地震仪所记录的波形及其信噪比特征。结果显示:由于观测研究站周围强烈的噪声扰动,地面地震仪记录中无法识别M_L0.8地方震波形,而深井地震仪可清晰地记录到该小震波形,且深井地震仪可观测到较地面地震仪更多的零级或负震级地震;井下三组不同深度地震仪所记录波形的信噪比均远高于地面地震仪,且不同深度地震波形信噪比的平均值随仪器深度的增大而增加。井下1 559.5 m处的地震仪的波形平均信噪比为69.20 dB,2 545.5 m处的信噪比达到74.15 dB,均达到高保真波形的信噪比值,这说明1 500 m深处地震仪所观测到的波形可以有效地避免地面干扰,因此深井地震观测能够提供高信噪比的波形资料,为研究震源过程和场地效应等提供真实可靠的基础资料,这也预示着深井观测将促进深井地震学的研究与发展。      

Study on the Inelastic Attenuation Coefficient,Site Response and Source Parameters in the Southeast Area of Gansu Province

Using digital seismograms recorded by the Gansu digital seismic network, the inelastic attenuation coefficient is calculated based on a genetic algorithm and the method proposed by Atkinson. Then, the site response and source parameters are investigated by the Moya method. The inversion results indicate the frequency-dependent inelastic attenuation, Q value, in the southeastern Gansu is estimated as Q （f） ： 404.2f^0.264 . Except for the Tianshui station, the site responses of the other stations do not show significant amplifications, which is consistent with their basement on rocks. The stress drops of all 39 earthquakes range between 1 × 10^5 and 7 × 10^6 Pa. We also found the dependence of corner frequency on seismic moment and seismic magnitude.     

新疆天山中东段地区地震波衰减、场地响应及震源参数研究

根据新疆数字地震台网17个数字地震台的地震波形资料,用Atkinson和Mereu方法反演天山中东段地区的非弹性衰减;用Moya和Jorge方法反演17个台站的场地响应.结果表明,天山中东段地区非弹性衰减Q值随频率f的关系为Q(f)=460.7f0.515;17个台站的台基均有不同程度的放大效应.209次地震震级与地震...     

Blind deconvolution methodology for site-response evaluation exclusively from ground-surface seismic recordings

A novel blind deconvolution methodology for identification of the local site characteristics based on two seismograms recorded on the free surface of a sediment site is presented. The approach does not require recordings at depth nor at a nearby rock outcrop, and eliminates the need for any prior parameterization of source and site characteristics. It considers that the surface recordings are the result of the convolution of the ‘input motion at depth' with transfer functions (channels) representing the characteristics of the transmission path of the waves from the input location to each recording station. The input motion at depth is considered to be the common component in the seismograms (same input in a statistical sense). The channel characteristics are considered to be the part in the seismograms that is non-common, since the travel path of the waves from the input motion location at depth to each recording station is different, due to spatially variable site effects. By means of blind deconvolution, the algorithm eliminates what is common in the seismograms, namely the input motion at depth, and retains what is different, namely the transfer functions of the site from the input location to each recording station. It estimates the site response in both frequency and time domains, and identifies the duration of the site's transfer functions. The methodology is applied herein to synthetic data at realistic sites for performance validation. The blindly estimated results are in almost perfect agreement with the actual site characteristics, indicating that the approach is a promising new tool for seismic site-response identification from recorded data.     

四川四分量钻孔应变观测数据精度评价

利用邱泽华等给出的观测数据和回归分析方法,计算钻孔应变仪四分量元件的相对标定系数,并根据偏差计算自检内精度等指标,对观测数据进行质量评价。选取2017年四川四分量钻孔应变观测台网记录资料,结合四分量钻孔应变仪观测特点,计算并分析应变观测仪相对标定自检内精度,客观评价观测数据精度,结果发现,2017年仁和台四分量钻孔应变数据各月及全年相对标定系数K_i最大,偏差s最小,自检内精度数值最小,表明该台钻孔应变观测数据精度最高。分析认为,相对标定自检内精度可如实反映台站记录资料的可信度,可以更好、更客观地评价台站四分量钻孔应变观测资料质量。     

由深源远震体波记录反演华北北部地壳上地幔速度结构

重点研究的地区为河北省北部包括京津地区，以及山西、内蒙的部分地区，在此区选取了２９个台站；在向东延伸的背景区，选取了６个台站。利用这些台站的深源远震体波记录资料，通过选取介质结构模型，计算理论地震图，与观测图进行拟合，以确定地震台下介质结构的可接受模型。在拟合时，对每个地震台站都选择若干次深源远震的体波记录作为观测图。对每个地震台站一般都算出６０个不同模型的理论图。实际上做出的结果比地壳深，为大约８０ｋｍ（即大致相当于岩石层或称岩石圈）厚度内的地壳上地幔介质结构，它们大都由１０层左右的介质组成。通过波形拟合共给出了上述３５个台站下的壳幔介质分层结构。并由此给出了Ｍｏｈｏ面的轮廓。     

祁连山中东段地区非弹性衰减系数、震源参数和场地响应研究

利用甘肃数字地震台网的波形记录,基于遗传算法,首先用Atkinson方法计算非弹性衰减系数,在此基础上用Moya方法同时反演震源参数和场地响应。反演结果表明,祁连山中东段地区非弹性衰减Q值与频率的关系为:Q(f)=687.9f0.460;除了湟源台(HYQ)外,其余台站的场地响应均有不同程度的放大效应;研究区地震的应力降范围为2~40 bar,优势分布在2~20 bar;震源参数拐角频率与地震矩、地震矩与震级之间存在依赖关系。     

甘东南地区非弹性衰减系数、震源参数和场地响应研究

利用甘肃数字地震台网的波形记录,基于遗传算法,首先用Atkinson方法计算非弹性衰减系数,在此基础上用Moya方法同时反演震源参数和场地响应。反演结果表明:甘东南地区非弹性衰减Q值与频率的关系为Q(f)=404.2f0.264;9个台站中除了天水台,其余台站的场地响应均没有显示明显的放大效应,这与其均处于岩石地基的情况相吻合;研究区地震的应力降范围为1～70bar;震源参数拐角频率与地震矩、地震矩与震级之间存在较明显的依赖关系。     

天然地震频率范围内首都圈地区近地表S波速度结构c

近地表沉积层的S速度结构是强地面震动模拟和地震灾害估计的重要参数,尤其是浅部的S波速度结构在工程上具有重要的应用意义．目前大部分资料来源于工程钻孔或工程地震探测,很少有地震波频率范围内的S波速度结构,或者深度达数百米的S波速度结构．通过对天然地震的井下摆波形记录的分析,提供了一种测量地震波频率范围深达数百米的S波速度的有效方法．收集了首都圈地区44个井下摆的近震记录,利用广义射线方法确认了直达S波及其在地表的反射波震相,并通过测量不同台站上两个震相的到时差,获得了首都圈地区浅层100——500m 深度范围的S波速度结构．研究发现,浅部100m 的平均S波速度低于300m/s．当深度增加到500m 时S波速增加到800m/s,平均速度梯度为0.8 （m/s）/m．研究结果表明,井下摆地震记录波形是研究沉积盆地浅层S波结构的重要资料,将为沉积盆地的强地面震动模拟提供重要基础参数．      

The strain seismograms of P- and S-waves of a local event recorded by four-gauge borehole strainmeter

At a sampling rate of 100 samples per second,the YRY-4 four-gauge borehole strainmeters(FGBS) are capable of recording transient strains caused by seismic waves such as P and S waves or strain seismograms. At such a high sampling rate, data from the YRY-4 strainmeters demonstrate fairly satisfactory self-consistency. The strain tensor seismograms demonstrate the senses of motion of P waves, that is, the type of seismic wave travels in the direction of the maximum normal strain change. The observed strain patterns of S waves significantly differ from those of P waves and should contain information about the source mechanism. Spectrum analysis shows that the strain seismograms are consistent with conventional broadband seismograms from the same site.