工程场地速度构造的一种反演方法

本文将地震学中震源参数与速度构造同时反演的方法用于反演工程场地的速度构造。反演过程归结为求解非线性最小二乘问题,在使用阻尼最小二乘法求解中提出了一种新的选取阻尼因子的算法。用于反演速变构造的模型为水平成层或二维模型,后者反映了地下构造的横向非均匀性。通过地震记录及爆破数据的实际反演验证了方法的可行性和适用性。     

汶川地震余震震源参数及地震动衰减与场地影响参数反演分析

基于强震动观测台钻孔数据, 统计得到了四川、 甘肃地区20 m深的浅硬土层场地平均剪切波速模型． 通过与美国加州地区的波速模型对比, 结合四川、 甘肃地区地震预报的地壳模型, 延拓剪切波速模型至40 km． 应用四分之一波长法计算了浅硬土层场地的平均场地放大系数． 利用场地放大系数, 消除13次余震中浅硬场地的台站场地响应, 反演了龙门山断层上、 下盘的介质品质因子以及13次余震的有效应力降． 通过与普通土层场地的强震动记录对比, 对浅硬土层场地的放大系数进行调整, 得到了深厚土层场地的平均放大系数．      

用广义反演方法估算首都圈地区台站场地效应

本文利用2001—2006年首都圈地区的SH波数字化地震资料, 用广义逆矩阵联合反演的方法得到了63个台站的场地效应值。 基岩场地的场地效应比较稳定, 在1～10 Hz范围内为1左右; 沉积场地在低频场地效应较高, 在1～8 Hz范围内在3～7之间, 5 Hz左右场地效应有明显的突起, 以后随频率增加降低。 结果表明, 台站岩性是影响场地效应形态和大小的主要因素, 此外其场地效应还可能与所处的局部地质构造等因素有关。     

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。     

基于强震动数据的龙门山地区地震动预测模型参数反演

基于2008—2015年龙门山地区的强震动记录,采用广义线性反演法计算了龙门山地区的震源参数、品质因子以及83个强震动台站的局部场地放大系数。结果显示:芦山地震发生之前,汶川地震余震的应力降随时间的增加而逐渐增大;芦山地震发生之后,龙门山断裂带上余震的应力降明显减小,并在之后随时间呈缓慢增大的趋势;部分M_S≥4.7余震事件的加速度震源谱中出现明显的高频衰减现象。通过对应力降随时间变化规律的分析认为,这种高频衰减现象可能与震级大小和震源破裂滑动的最大速率有关。此外,反演得到了山区和盆地地区的品质因子分别为Q（ f ）＝264 f 0.75和Q（ f ）＝223 f 1.01;同时获取了龙门山地区83个强震动台站的局部场地放大系数,并计算了基于NGA场地分类标准的A类、 B类和C类场地的平均场地放大系数。结果显示,以上3类场地的平均场地放大系数具有相似的峰值,但是随着场地趋于软弱,峰值平台区向低频部分发育。      

场地效应研究的传递台站线性反演法——以芦山地震为例

采用线性反演法研究了地震动的场地效应,并针对线性反演法的局限性,提出了“传递台站”的方法来扩展其应用.通过传递台站,地震事件不再局限于必须被参考台记录到,台站也不再局限于须与参考台站同时获取到地震记录,改进后可大大增加数据样本,使得结果更趋稳定.同时,对于原来难以参与分析的台站,也可得到其场地反应.研究中,还采用了基于遗传算法的非参考台方法,进一步分析了场地反应和验证所提方法的合理性.将所提方法应用于2013年芦山7.0级地震周边区域,分析了这一地区的强震台站的场地反应和地震波衰减因子Q_s值.研究结果显示,当采用一个和二个传递台站进行分析时,所能利用的地震事件和所能求解场地反应的台站数目逐步增加,随着数据样本的增加,分析结果趋于稳定.研究区域的Q_s值拟合结果为Q_s（f）=334.16f^0.73.遗传算法结果表明,线性反演法中所选取的参考台站有其自身的场地反应.当利用遗传算法获得的参考场的场地反应去校正线性反演法的结果时,对于多数场地,两者的结果符合得很好,说明了遗传算法的结果可以合理地认为是场地较为真实的反应.

     

利用井下数字地震记录反演非弹性衰减系数震源参数和场地响应

利用天津地区近场井下数字地震波形记录,基于遗传算法,采用Atkinson方法得到了天津地区的品质因子Q值与频率的关系为Q(f)=97.0f0.98.采用Moya方法反演了地震的震源参数和台站的场地响应.     

根据弱运动资料用广义反演方法估算阿拉斯加安克雷奇地区S波的场地响应

用广义反演方法估算了阿拉斯加州中南部安克雷奇盆地场地响应(SR)的空间变化。所分析资料表现的是近震S波水平分量记录的弱运动。数据资料是来自22个便携式临时台站(采用IRIS-PASSCAL仪器)大约6个月时间运行的记录。选定相对每个地震震源到台站的路径效应,然后对数据进行反演确定场地响应值。对所得到的场地响应按2个频段分别求(对数)平均值,一个低频段(LFB),频率从0.5到2.5Hz和一个高频段(HFB),频率从3.0到7.0Hz,低高频段的中心频率分别大约是1.0Hz和5.0Hz。在低频段,场地响应值沿着东部的楚加奇山丘陵从1.0增加到西部的坎贝尔湖和首府山及其周围地区的3.5左右。场地响应值大于3.0的区域与1964年威廉王子海峡地震(Mw=9.2)中广阔的破坏区相关联。在高频段,安克雷奇南边有两个场地响应值大于3.0的小区域连接着特纳甘湾。把用广义反演方法获得的场地响应值与其他研究方法获得的结果进行了对比。结果表明,广义反演法的场地响应值与标准谱比率法(SSR)获得的值大致相当(1∶1),水平与垂直向谱比率法(HVR)获得的场地响应值是广义反演法获得的场地响应值的2倍。研究还发现,在低频段,D级土壤地区的场地响应值SR>2.0,而C级土壤地区的场地响应值SR≤2.0,但在高频段,没有得到土壤类别与场地响应值的关系。     

利用井孔首波求取Vs和Qp值的广义线性反演方法的应用研究

针对声全波幅度信息的利用还非常有限的实际情况，本文以更加接近实际的柱状声源在各向同性准弹性介质包围的轴对称井孔中激发的波场理论为基础，建立了利用首波幅度来以地层横波速度Ｖｓ和介质纵波品质因素Ｑｐ的广义线性反演模型，首先，通过数值计算是到该方法在长源距声全波测井的测量频率范围内，对地层介质泊松比σ约小于０．３６的情况下适用。     

Site effects by generalized inversion technique using strong motion recordings of the 2008 Wenchuan earthquake

The generalized inversion of S-wave amplitude spectra from the free-field strong motion recordings of the China National Strong Motion Observation Network System (NSMONS) are used to evaluate the site effects in the Wenchuan area. In this regard, a total of 602 recordings from 96 aftershocks of the Wenchuan earthquake with magnitudes of M3.7-M6.5 were selected as a dataset. These recordings were obtained from 28 stations at a hypocenter distance ranging from 30 km to 150 km. The inversion results have been verified as reliable by comparing the site response at station 62WUD using the Generalized Inversion Technique (GIT) and the Standard Spectral Ratio method (SSR). For all 28 stations, the site predominant frequency F _p and the average site amplification in different frequency bands of 1.0–5.0 Hz, 5.0–10.0 Hz and 1.0–10.0 Hz have been calculated based on the inversion results. Compared with the results from the horizontal-to-vertical spectral ratio (HVSR) method, it shows that the HVSR method can reasonably estimate the site predominant frequency but underestimates the site amplification. The linear fitting between the average site amplification for each frequency band and the V _s20 (the average uppermost-20 m shear wave velocity) shows good correlation. A distance measurement called the asperity distance D _Aspt is proposed to reasonably characterize the source-to-site distance for large earthquakes. Finally, the inversed site response is used to identify the soil nonlinearity in the main shock and aftershocks of Wenchuan earthquake. In ten of the 28 stations analyzed in the main shock, the soil behaved nonlinearly, where the ground motion level is apparently beyond a threshold of PGA > 300 cm/s² or PGV > 20 cm/s, and only one station coded 51SFB has evidence of soil nonlinear behavior in the aftershocks.     

基于GPS观测的汶川地震参数反演与库仑应力变化分析

利用汶川MS8.0地震前后的GPS观测资料,借助Okada矩形位错模型反演汶川地震参数,进而应用反演所得地震参数,计算地震在其周围GPS资料负位错反演所得震前应变积累断层段上可能造成的库仑破裂静应力变化,分析地震对其周围构造断裂应变积累的影响。结果表明,汶川震区呈显著逆冲兼右旋走滑同震变化,对甘川交界东段—甘川陕交界区、鲜水河断裂南段与安宁河断裂北端应变积累有一定程度影响,可能以增强作用为主。     

波动方程反问题与广义RADON变换反演的一种关系

本文把波动方程反问题与广义Radon 变换的反演相联系。在假定弱散射条件下,把波动方程反问题转化成广义Radon 变换的反演问题,即如何从一系列关于目标函数在某类子流形上的积分值,去求出目标函数.这种转化提供了一种研究波动方程反问题的途径。     

Estimation of Site Effects on Stations in the Capital Circle Region Using the Generalized Inversion Method

Generalized Inversion Method has been used to estimate the spatial variation of site effects,using the digital data of SH-waves recorded by 63 stations in the Capital Circle Region of China from 2001 to 2006.We gained the site effects of all stations participating in the calculation.We found that the site effect of rock was stabile and about 1.0 from 1.0Hz to 10.0Hz,while the site effect of deposit was high in low frequencies,about 3 ～ 7 from 1.0Hz to 8.0Hz,and the site effect was protuberant at about 5.0Hz,then fell as the frequency increased.The result shows the shape and intensity of station site effects are mainly influenced by the lithology below the station,and possibly also by the local geological structure.     

云南和四川中小地震应力降时空特征研究

通过消除S波观测谱中的传播路径、场地响应、仪器响应、噪声等的影响,得到中小地震的震源谱。根据Brune震源模型,运用遗传算法计算了云南地区2121次ML2.0～5.3地震和四川地区323次ML3.0～5.1地震的应力降参数Δσ,分析了云南地区和四川地区中小地震应力降时空变化特征。结果表明:云南地区的地震应力降范围为0.03～47.55MPa,其中Δσ≥10.0MPa(高应力降)的地震占4.8%,Δσ的年均值在2.30～5.05MPa之间;四川地区应力降范围为0.19～47.47MPa,其中Δσ≥10.0MPa(高应力降)的地震占21.7%,Δσ的年均值在5.11～8.72MPa之间。Δσ≥10.0MPa(高应力降)的地震主要分布在滇西北至滇东北及川滇交界一带,尤其是在龙门山断裂带有较明显分布。龙门山断裂带Δσ≥10.0MPa的地震占35.8%,Δσ的年均值在5.20～12.09MPa之间,2004～2007年高应力降地震事件明显增多,反映了汶川8.0级大震前的高应力变化过程。     

基于广义模式识别面波基模式频散曲线反演研究

面波多道分析方法(MASW)是获取垂向剪切波速度剖面的一种有效方法。频散曲线反演是MASW中关键的一步。由于瑞雷波频散曲线反演具有非线性、多参数和多极值的特征,这对于常规的局部线性化反演方法是极大的挑战。为此,本文采取确定性的全局优化算法,广义模式识别算法(GPS)对瑞雷波频散曲线进行反演。其原理可以简述为:算法首先通过模式以确定性的方式对目标函数进行采样来搜索一个点序列;然后使序列中每一个点到下一个点的目标函数值逐渐减少,从而使点序列逐渐逼近全局最优解,最后的解便为待求的最优模型参数。为验证GPS的有效性,首先利用设计的3种典型的6层地质模型通过快速矢量传递算法正演模拟产生基模式频散曲线(频率范围为5~101Hz,频率间隔为2Hz,频点数为49),并对理论频散曲线进行反演。反演结果表明,模型的真实值已经被高度精确地重建。说明GPS可以用于实际勘探中的基模式频散曲线反演。为进一步验证GPS的有效性,在吉林大学校园采集瑞雷波实测数据,并提取基模式频散曲线,应用GPS进行反演。反演重建的横波速度剖面与先验的地质信息吻合得很好。理论模型和真实数据的反演结果表明,GPS可以应用在瑞雷波频散曲线非线性反演中。     

大华北地区应力场在汶川地震时的变化研究

利用大华北地区在汶川8级地震时有水位阶变的31口并孔的观测资料,通过计算各井水位系统的观测格值,进而估算了震时引起大华北地区应力场的调整变化.研究发现汶川地震后大华北中部地区的压应力得到增强,大华北东部和南部地区则表现为应力降低,对未来大华北地区的地震危险性预测应具有一定参考价值.     

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.