三种变换在强震记录分析方面的研究

在简要地介绍比较了傅立叶变换、小波变换、希尔伯特-黄变换理论的基础上,针对集集地震大量强震记录进行各种变换分析比较,以探求希尔伯特-黄变换在强震记录分析中应用的前景.通过对集集地震60条不同震中距和场地的强震纪录,分别作傅立叶频谱、希尔伯特-黄边际谱和能量密度谱分析,列表归纳对比显示希尔伯特-黄变换在强震记录处理中基本表现出和其他变换相同的趋势,并有其新特点,能体现出强地震动的瞬时特性,是对现有强震数据处理方法重要的补充.     

希尔伯特-黄变换地震信号时频分析与属性提取

地震信号属于非线性和非平稳信号,传统的分析方法主要包括短时傅立叶变换、小波变换和Cohen类时频分布等等;希尔伯特-黄变换是分析非平稳信号的新方法,该方法的关键部分是信号的经验模态分解,通过经验模态分解,复杂的信号可以分解为有限的数量很少的几个固有模态函数,从而可以得到信号的希尔伯特时频谱;将该方法应用于单个的地震道数据,可以对地震道进行经验模态分解并得到希尔伯特谱,应用于地震剖面,可以得到意义更加明确的瞬时频率和瞬时振幅等地震属性,模型试算和实际应用表明了该方法的有效性.     

基于希尔伯特-黄变换的地震加速度时频分析——以泸定MS6.8级地震为例

川西地区深切峡谷发育,地震频发,研究地震波在该地区高陡斜坡的振动能量分布情况意义重大,依据自建的泸定冷竹关地震监测站采集到的泸定M_S6.8级地震加速度数据,采用希尔伯特-黄变换的方法分析其时频信息,该方法突破了传统的傅里叶变换与小波变换等时频分析方法的局限性,可以对短时突变的非平稳信号进行有效的时频分析,揭示出：(1)此次地震的地震波振动能量具有明显的方向性,在水平向的地震振动能量强于竖直向,同时振动能量在特低频(0～5 Hz)范围内强于在中值低频(5～7 Hz)范围内;(2)冷竹关沟右岸单薄山梁的地震振动能量强于左岸的浑厚山体,而1^#监测点由于地处半岛状山梁坡顶凸起地形处,受地形影响,其振动能量最强烈;(3)地形因素对地震波的振动能量影响较大,斜坡坡顶部位比坡折部位振动能量更强,坡折部位振动能量在频率范围上分布更广,同一高程时,山梁顶部凸起地形处比山体斜坡处振动能量更强.在地震发生时,高陡斜坡的坡顶、单薄山梁及微地形凸起处更容易发生同震地质灾害.     

邢台地震系列的空间分布、构造应力场及其发生过程的探讨

1966年3月,在我国河北省邢台地区连续发生了5次M_s>6级的强地震。其中,3月22日在宁晋县东汪附近发生的地震为最大（M_s=7.3）。本文先论述了这些强地震及其较大余震的空间分布特征,然后利用已有的地震震源参数分析了本区最新构造运动的方式,推测了这些地震发生之前本区的应变图象,并根据这些分析结果讨论了强地震的迁移和互相触发关系。     

地幔瑞利面波的频散和衰减

本文利用世界标准地震台网（WWSSN）29个台记录的渤海地震（1969年7月18日,M_s=7.4）、炉霍地震（1973年2月6日,M_s=7.9）、海城地震（1975年2月4日,M_s=7.3）的长周期瑞利面波R₁、R₂、R₃,测定了40-250秒周期内R₂波群速度,45-200秒周期内经地球大圆路径的瑞利面波衰减系数和Q值,并讨论了地幔瑞利面波频散和衰减特征以及与区域构造间可能的联系。     

低震级地震与人工爆破记录的时频分析

时频分析是为了对非平稳信号进行分析而引入的,可以给出某一时间点或小时间段内的频谱信息.典型的时频分析方法有短时傅里叶变换、小波变换和希尔伯特黄变换等.由于短时傅里叶变换计算速度较快,而且对本研究里的地震信号具有不错的分辨率,利用短时傅里叶变换对地震和爆破信号进行分析.     

HHT在探地雷达检测路基质量中的应用

为探明路基中隐藏病害的类型和空间位置,应用探地雷达方法对公路路基质量进行了无损检测.在地层介质强衰减和噪声干扰作用下,探地雷达信号存在信噪比低、深部复杂目标体难以识别的问题.针对探地雷达路基实测信号非线性和非平稳的特点,采用信号均衡和希尔伯特-黄变换相结合的方法,首先对数据进行均衡处理以突出深层弱信号,在此基础上对单道信号进行经验模态分解以获得固有模态函数,通过希尔伯特变换对固有模态函数的瞬态属性特征进行分析,进而将希尔伯特-黄变换应用于整个探地雷达的数据剖面,最后通过综合对比瞬时振幅剖面和瞬时相位剖面对探测结果进行了分析和解释.结果 表明,信号均衡可以有效缓解深部信号衰减问题,基于希尔伯特.黄变换可以从多属性参数角度对探地雷达信号进行处理与解释,可以较好的识别异常体的位置和属性信息,提高了探地雷达解释结果的可靠性.     

希尔伯特-黄变换在地震资料处理中的应用

希尔伯特-黄变换是最新发展起来的处理非线性非平稳信号的时频分析方法.本文介绍了该方法的基本原理和几个关键技术,以及其优势所在,并将它应用于含随机噪音的地震信号和实际地震资料的分解.分解后的信号能够重构原始信号,重构后在信噪比和分辨率方面有了一定的提高,对地震资料的去噪有重要意义.     

2012年云贵彝良-威宁MS5.5和MS5.6地震的地震动随机特性

2012年9月7日我国西南云贵交界彝良-威宁地区连续发生两次M_S5.5和M_S5.6中强地震,其时间间隔短,震中位置接近,震级相差很小,为中强地震地震动的随机特性分析研究提供了难得的强震动数据. 本文从集系与样本函数两方面考虑,通过加速度时程的相关函数研究了地震动随机过程的相关特性. 结果表明: 两次地震集系的相关矩阵均为随机相关,互相关矩阵较自相关矩阵表现出更强的随机性;两次地震在同一个台站记录的加速度时程所构成的集系,其相关性较两次地震单独构成的集系好;样本函数的相关函数均呈现不规则震荡衰减的特点,且两个采样值间时滞越大,其样本函数相关性越小. 相比大震(如我国台湾地区的集集地震),中强地震地震动记录的相关矩阵及分解后的自相关函数均表现出不同的特点. 由于这两次地震的地震动幅值相比大震较小,土层非线性影响较弱,故本文结果为认识地震动的随机特性提供了新的参考依据.      

鹤岗地震台阵记录的矿震与天然地震频谱特征分析

基于鹤岗地震台阵勘选数据,分析各子台记录的矿震和天然地震的频谱特征,从各子台频谱一致性角度对观测场地进行评估;采用希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang,简称HHT）方法,分析矿震和天然地震的时频特征。结果显示：勘选记录的地震频谱特征与已有研究一致,各子台特征也较一致,该勘选场地适合建设台阵;由经验模态分解（EMD）后的本征模态函数（IMF）分量可以明显识别出矿震面波,矿震和天然地震的HHT谱的时频特征有明显区别。     

自动捡拾P波到时综合方法的选取与探讨

快速、准确以及可靠的震相自动识别,不仅可为政府震后决策提供快速可靠的地震信息,还对减轻地震灾害损失和提高公众对政府可信度具有较大价值。以云南强震动台网实际观测记录为基础,选取了2008年至2017年期间震级在M5.0至M7.0间共计20余次地震事件,借鉴国内外P波震相自动拾取的相关研究,用最常用的长短时平均STA/LTA结合AIC准则综合捡拾法和长短时平均STA/LTA结合BIC准则综合捡拾法这两种不同的综合分析方法,将涵盖了云南盈江、腾冲、彝良、洱源和景谷等地震多发区域的记录P波到时捡拾,并对捡拾准确度、可靠度以及相应速率进行对比探讨。统计分析结果表明:在精确捡拾部分中,相比AIC准则,BIC准则的构架与算法更加灵活简单,且其抗干扰信号能力强,能有效避免干扰信号引起的误触发,可在漏捡拾与误捡拾之间寻求最佳平衡,对地震数据实现快速有效的实时处理,更利于云南省内地震预警发展。     

我国强地震动记录特征综述

本文概述了我国强地震动台网的发展历程, 总结了唐山地震的强地震动记录特征和2007年以来我国数字台网获取的强地震动记录特征, 重点分析了近年来发生的几次典型破坏性地震的强地震动记录特征． 结果表明: 我国近场地震动记录体现了近场的方向性效应、 上/下盘效应、 速度脉冲、 局部场地效应等多样性特征, 可以进一步服务于地震工程领域的科学研究与工程应用．      

对二滩水电站坝区场地地面运动的估计

本文以二滩地区为例,介绍如何结合地震危险性分析的结果,采用理论模拟方法估计工作地区近场强地面运动情况,为工程抗震设计提供必需的地面运动动力学参数。 文中采用理论方法计算剪切位错点源的格林函数;根据断裂动力学模型、近场地面峰值加速度衰减曲线和场地附近的加速度谱来标定震源模型;计算了若在坝区附近发生M_s=6.2级地震时场地的综合地震图、加速度傅氏谱和反应谱等。由理论模拟计算的峰值加速度衰减曲线和观测结果符合较好。在震中距为20km处的加速度谱的截止频率f_max与观测值相吻合（约为8 Hz左右）,相应的峰值加速度为211cm/s²,振动持续时间为3.4秒。     

九寨沟MS7.0地震强地震动模拟及漳扎镇地震动强度预测

破坏性地震强度预测可用于工程领域抗震设防以及地震危险性分析评估,是防震减灾中一项很重要的基础工作.为了再现九寨沟地震的地震动强度,评估缺失强震记录的九寨章扎台站的地震动强度,本文用经验格林函数法对九寨沟地震进行了数值模拟.选取了震源周边地震动峰值加速度超过10 Gal的10个强震台站进行模拟.因未得到九寨沟地震的余震,初次尝试将汶川地震和定西地震的余震作为格林函数模拟九寨沟地震.模拟结果整体上可以反映各台站地震动的强度特征,尤其是地震动高频成份拟合较好.模拟值的地震动峰值加速度、时程数据、反应谱等与观测值拟合较好.预测结果显示漳扎镇的地震动峰值加速度值约为180~200 Gal.预测结果也表明在缺少大震的余震记录时,经验格林函数法使用其他大震的余震同样可以再现目标地震的强度特征.本研究也为经验格林函数方法在缺乏小震记录地区的使用积累了经验.最后总结了格林函数的选取标准,为经验格林函数方法来预测未来强震动特征积累了经验.     

地震动衰减模型在玛多Mw7.3级地震影响场快速评估中的应用

2021年5月22日青海省玛多县发生M_w7.3级地震。震后,根据初步估计的断层走向和破裂长度,基于YU15地震动衰减模型和三种NGA-West2（Next Generation Attenuation-West2）地震动衰减模型快速产出地震区震动图及理论烈度图。在获得强震记录和地表破裂长度信息后,对预测结果进行修正。通过比较理论烈度与调查烈度,并结合震动图分布形态以及衰减模型在2016年新疆呼图壁M_w6.0地震中的应用情况对四种地震动衰减模型的适用性进行了分析。结果表明:在台网稀疏地区,基于地震动衰减模型可在震后快速获得地震动分布,并产出具有应用价值的地震影响场;NGA-West2模型在断层破裂较长的大震中表现优于YU15模型,而在中强地震中后者适用性更强;近实时强震动记录可用来检验模型的适用性并对预测结果进行修正;断层破裂尺度、震源机制和破裂过程等信息的准确估计可有效提高地震影响场预测精度。     

2022年日本福岛7.4级地震震害分析与对比

2022年3月16日在日本福岛县东部海域发生7.4级地震,本文基于近实时震害评估系统RED-ACT对此次地震进行了快速评估,包括强震动记录分析、区域地震破坏力震害评估结果和典型桥梁破坏,并结合实际震害对比了该系统评估结果以及其他主要震害快速评估系统的分析结果,结果表明：(1)此次地震造成的地面运动强度较大,多数台站记录PGA较2021年福岛7.3级地震更强,反应谱在0.5～1.3s区间呈现远高于2021年福岛地震的趋势。(2)RED-ACT的震害评估结果相较于日本NIED-CRS系统和美国USGS-PAGER系统与实际震害更为接近,在强震动记录较为密集的地区,开展基于强震动时程和建筑非线性分析的震害评估能够得到更为准确的震害评估结果。(3)此次地震对白石市附近桥梁造成了一定的破坏,桥梁破坏附近处的强震动会对典型桥梁结构造成一定程度的破坏。     

夏垫断裂MW≥7.5地震动的预测

针对夏垫断裂开展了M_W≥7.5地震动预测研究。首先基于全破裂模式设定震源（使其尽可能涵盖夏垫断裂的未知信息）模拟得到夏垫断裂发生M_W≥7.5地震时研究区域内的地面地震动场,进而依据分位数筛选出各场点的地震动空间分布,讨论了包含不确定震源下的加速度峰值和速度峰值的分布特征,结果显示当夏垫断裂发生M_W7.9地震时,通州城区、北京中心城区均会发生强烈的运动。之后对比讨论了仿真震源下M_W7.5地震所引起的地面运动场的空间变化,结果显示对于同等震级而言,两种震源的模拟结果可以相互印证。      

青藏块体8级左右地震前中强地震 活动图像的相似性演化

2008年5月12日,四川汶川发生8.0级特大地震.汶川地震前,青藏块体曾出现与2001年11月昆仑山口西8.1级特大地震前相似的大规模中强地震活动图像.为了探讨8级左右地震前的中强地震活动规律,本文研究了1900年以来中国大陆地区8级左右地震前中强地震的时空分布特征,认为①青藏块体8级左右地震前一般会出现中强地震活动图像的两阶段演化,第一阶段主要表现为中强地震沿印度板块与青藏块体接触带附近分布、青藏块体内部平静,第二阶段主要表现为中强地震向青藏块体内部扩展,形成大规模中强地震条带,未来主震一般发生在大规模中强地震主条带或者多组条带的交汇处.②该演化规律可能反映了印度板块作用于欧亚板块(尤其是青藏块体)产生的大区域地壳运动与构造应力场的动态变化过程,对预测青藏块体8级左右地震(尤其是8级以上特大地震)有一定意义,对预测新疆块体8级左右地震有参考价值,但尚不适用于中国大陆东部地区.③从更大范围考察中强地震活动图像的演化,有可能发现大地震前的场兆信息,对分析、预测未来的8级左右地震是一个有意义而且可行的方向.本文还对汶川地震的孕震过程和大规模中强地震条带的形成机理作了初步的探讨.     

2014年8月3日云南鲁甸地震强地面运动初步模拟及烈度预测

2014年8月3日云南省昭通市鲁甸县发生了M_s6.5级地震.在已知的三维介质模型、地形数据基础上,利用震源运动学初步反演模型（张勇等,2014）,作者采用曲线坐标网格三维曲线有限差分方法模拟了鲁甸地震波场传播过程,并计算了模拟区域地震烈度分布.结果表明：地震最大烈度为Ⅶ度,破坏主要集中在鲁甸县以及巧家县、会泽县靠近鲁甸县的边界.另外,模拟结果还显示地震动在山峰、山脊处具有较大的幅度.计算表明断层东北侧的低速沉积盆地的波动放大效应加强了该地区的地震灾害.     

Comparison of strong-motion records and damage implications between the 2014 Yunnan M_S6.5 Ludian earthquake and M_S6.6 Jinggu earthquake

Serial destructive earthquakes have caused heavy casualties and economic losses to the city in southwestern of China. The Ludian M_s 6.5 earthquake and the Jinggu M_s6.6 earthquake occurred in Yunnan province in 2014. There is a question of why the two events with almost the same level of magnitude caused differences in earthquake damage. To understand the uniqueness of the phenomenon,this paper focuses on the characteristics of the ground motions and post-earthquake field investigation for the two events.Firstly, we present an overview of the residuals between the Ludian earthquake and the Jinggu earthquake based on the YW06 Ground Motion Prediction Equation(GMPE), and explain the unusual destructiveness of the strong ground motion. Then we analyze the ground motion recordings at selected typical station, based on the strong motion parameters: equivalent predominant frequency and Arias intensity. The result exhibits a good agreement with the Chinese seismic intensity scale. This study would be helpful to gain a better knowledge of the characteristics and variability of ground motions for M_S6 class earthquakes in China and to understand the implications to future earthquakes with similar focal mechanism and local condition.