强震动记录H/V谱比法计算处理的若干关键环节

强震动记录H/V谱比法自提出以来,已广泛应用于地震工程各研究领域中。但对数据处理的2个关键环节——Taper预处理及傅氏谱平滑未有详细研究。因此,本文针对强震动记录H/V谱比法计算涉及的重要数据处理过程,对四川地区19个强震动台站在汶川地震余震中获取的642组强震动记录开展研究。研究实例表明:S波H/V谱比振幅在周期 < 1s时高于全时程,论证计算H/V谱比时截取S波窗口的必要性;S波窗口的截断会引起傅里叶振幅谱的边瓣效应,若不加以处理,将显著影响低频部分H/V谱比结果,Taper预处理对于消除这种截断误差具有良好效果;在兼顾平滑效果及卓越周期识别准确度的基础上,通过不同带宽的Parzen窗试算,认为0.5Hz带宽宜用于傅里叶H/V谱比曲线平滑。     

Geophonino的开发与编程:一个低成本的基于Arduino技术并用于垂直地震检波器的地震记录仪

通常用于地震勘探的商用数据采集系统都是一些很昂贵的设备。本文中,我们开发了一种低成本的数据采集系统(Geophonino),用来记录来自垂直地震检波器的地震信号。该信号首先通过INA155仪表放大器,这个放大器适用于诸如地震噪声这样的低振幅信号,以及一个基于MAX7404开关电容滤波器的反混叠滤波器。然后,放大和滤波后的信号经过Arduino Due数字化和处理并写入SD存储卡中。将Geophonino设置为连续写入,其中采样频率、振幅增益和寄存时间可由用户定义。完整的原型是一个开源和开放硬件的系统。我们已经把写入的信号与从不同的商用数据采集系统和不同种类的地震检波器获得的信号进行了比较测试。得到的结果显示被测试的测量值之间具有良好的相关性,表明可以将Geophonino作为低成本的地震数据采集替代系统。     

H/V谱比方法在强震记录应用中几个影响因素的初步研究

随着我国强震记录的积累,利用强震记录进行工程场地抗震设防研究成为必然。使用滇西南地区2007—2011年间强震台网记录到的强震动记录数据,研究使用水平/垂直谱比法(H/V)处理强震数据时的几个影响因素。通过研究发现:在使用H/V谱比法进行场地地震效应研究时,强震记录和地脉动记录存在较大的不同;使用强震记录可以获得更多的震源和台站场地参数信息,但这同时也相应增加了强震数据使用时的难度。比较国内外学者使用强震数据进行场地地震效应的研究成果,分析在使用强震数据时存在的问题,最终给出使用强震记录研究场地效应的建议。     

基于H/V谱比法的乌恰地区场地分类研究

场地条件对于地震动特性影响显著,在工程地震领域中强震记录与之对应的场地条件在研究中十分重要。利用H/V谱比法对新疆乌恰地区12个强震台站场地进行场地分类计算,并与实际钻孔剪切波速的场地分类结果对比分析,H/V谱比法和实际钻孔波速分类结果还是有很好的对应关系,为研究区域内缺乏钻孔剪切波速测试资料的场地进行场地分类提供了参考依据。     

安徽省国家强震动台站场地响应及背景噪声分析

利用安徽省部分强震动台站记录的地脉动数据和历史地震数据,采用H/V谱比法和噪声功率谱密度函数法,对比分析台站的场地响应及背景噪声,结果表明:全椒、马鞍山地震台的场地卓越周期小且背景噪声低;沈巷地震台卓越周期大且背景噪声高;三山地震台无明显卓越周期;地震台站背景噪声与场地响应曲线之间不存在一一对应关系。     

震级、震源距对地震信号H/V影响分析

本文采用喜马拉雅科学探测台阵四川省境内10个台站,计算了所有地震信号0.5—15 Hz的H/V谱比,分析了震级、震源距对H/V谱比的影响,并与各台站场地地脉动H/V谱比进行了比较. 结果表明: 震级对各台站地震信号的H/V谱比振幅值以及峰值频率几乎没有影响;震源距对谱峰明显的H/V谱比曲线的谱形和峰值频率影响不大,但对谱峰不明显的H/V谱比曲线的峰值频率有一定影响;H/V谱峰明显的台站,地震信号与地脉动信号的H/V谱比曲线的峰值频率具有很高的一致性,H/V谱峰不明显的台站,二者的峰值频率有一定差异.      

汶川地震强余震场地非线性反应

采用汶川地震强余震26个强震动台站记录,基于H/V谱比法,计算台站场地的强、弱震作用下场地卓越频率之比R_(fp)和体现强、弱震作用下场地H/V谱比曲线差异程度的DNL,进而识别并分析场地非线性反应特征。结果显示,R_(fp)、DNL与PGA之间存在显著相关性;其中10个台站出现明显的场地非线性反应特征;大部分台站发生场地非线性反应的PGA阈值为100 cm/s~2,部分为50 cm/s~2;实例证明,因某些台站不易通过H/V谱比法识别场地卓越频率,因此采用R_(fp)识别场地非线性反应具有一定局限性。     

用H/V谱比法与折射微动法确定表土层参数

表土层参数对地震场地响应有重要影响,通过H/V谱比法和折射微动(REMI)方法确定场地表土层厚度和速度结构等有实际意义.REMI方法采用常规折射地震采集设备,利用自然震动作为源,通过地震波场τp变换和傅立叶变换,将地震记录从时空域变换到慢度-频率域提取频散曲线,不同于主动源面波勘探,被动源面波勘探能获得更大深度的土层结构.     

1999年台湾集集地震近断层竖向与水平反应谱比值的研究

选取了1999年9月21日台湾集集7.6级地震主震中68组断层距在20km以内的近断层台站记录和46组断层距在40~70km的东部台站记录,按台站的上下盘位置、场地条件和断层距分组,对其竖向和水平加速度反应谱比值V/H进行了统计分析。研究表明:1)断层的滑动方向和断层破裂的传播方向对断层距在3km以内的台站上的地面运动谱比值V/H有一定影响,且主要体现在中短周期范围内,例如平行断层方向的谱比值要比垂直断层方向的谱比值大。在下盘断层距3~20km的范围内,场地条件对V/H基本没有影响。2)在集集地震中长周期(>3s)部分的谱比值通常>32,且有一个较高的峰值,表明其竖向运动加速度中的长周期分量大于其它地震。3)对于下盘的台站,地面运动在短周期(<0.2s)段的谱比值不随断层距的增加而减少。与中远(>40km)距离的台站相比较,近断层台站的V/H在工程界关心的周期范围内普遍较大。4)场地条件对谱比值V/H的影响在近断层处不显著。在远离断层的东部台站上,硬土场地谱比值V/H在长周期段大于软土场地     

基于Matlab的地震计自噪声计算可视化软件设计

基于Matlab的GUI开发环境,采用三仪器法设计地震计自噪声可视化软件,通过对3台地震计同背景同时段原始波形数据进行去均值、去趋势值等一序列数据处理,并运用Welch平均周期法计算噪声功率谱密度,最终绘制完成自噪声功率谱密度曲线。选取山东省临沂市马陵山比测基地作为软件测试地点,以2组各3套地震计(STS2.5、BBVS-120地震计)观测系统作为测试样本,进行地震计自噪声分析,结果发现,STS2.5和BBVS-120型地震计UD向自噪声功率谱曲线在0.04—2 Hz频带内均低于NLNM,表明地震计噪声性能良好,从而验证了软件的可行性与准确性。     

竖向与水平向地震动加速度反应谱比特性分析

本文采用全球范围128次地震的3235组三分量强地面运动记录,分析了其加速度竖向分量反应谱与水平分量反应谱的比值(V/H)的总体特征,研究了V/H随震级、震中距、局部场地条件和震源机制的变化关系。研究结果表明:(1)场地越硬,长周期段V/H越大,短周期段则相反;(2)震级越大,长周期段V/H越大,短周期段变化不明显;(3)短周期段V/H随震中距增大而减小;(4)对于大震(M7),长周期段V/H随震中距增大而减小;而对于中强震(M7),比值在近场(R60km)随震中距增加而增大,在远场则随震中距增加而减小;(5)V/H与震源机制也有一定的关系。     

1962年新丰江地震前后τH/τV的变化

在研究唐山7.8级强震前后区域小震的地震波振动持续时间比τH/τV(即水平分量的振动持续时间与垂直分量的振动持续时间之比)变化的基础上,进一步分析了1962年新丰江水库6.1级地震序列的地震波衰减特征。新丰江水库地震是前震丰富,余震衰减缓慢的主震型序列。双下地震台位于新丰江6.1级主震震中附近,相距不到2公里。使用DS—1型短周期地震仪,熏烟记录。本文分析处理了双下台1961年9月至1963年5月记录到的新丰江K≥8的地震。研究了τH/τV在时间进程上的变化。结果表明:在新丰江6.1级主震与5.3级最大强余震前,地震波振动持续时间比τH/τV分别出现了低值异常时间段。这与我们对唐山7.8级地震的研究结果相一致。而在分析τH/τV与震源深度和震中位置关系时未发现明显的规律。     

六安地区BBVS-60与KS-2000宽带地震计系统性能分析

通过对六安地区BBVS-60与KS-2000地震计系统记录台基噪声功率谱密度计算,和正弦标定数据处理,尤其通过对仪器系统记录地震震相分析,比较两种类型宽频带地震计系统的性能差异,为台站地震记录震相分析与仪器维护提供技术支持.     

甚宽频带地震计自噪声测试方法对比

在河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站,对JS-120型甚宽频带地震计采用2台和3台地震计同址比测法进行同址比测。选取连续600小时观测数据样本,基于分频带概率统计法,提取自噪声优势概率典型值,分析测试结果差异。结果表明,3台法可通过互功率谱之比校正地震计之间传递函数的差异,得到的自噪声水平比2台法更低,结果更加稳定;当比测地震计之间性能存在差异时,自噪声较高的地震计会影响记录的相干性,导致其他地震计自噪声结果偏高;由于安装过程中存在不一致性,在接近二类海洋噪声频段的0.1—1 Hz频带,地震计自噪声功率谱曲线形态发生变化,且2台法表现更明显;在0.04 Hz以下的低频段,地震计自噪声水平较高,与观测背景噪声接近,在进行低噪声科学实验观测场地遴选和背景噪声水平评估时,应考虑低频段地震计自噪声的影响。     

用HV谱比法推测银川市区沉积层基底分布特征

在缺乏其他资料的情况下,地脉动常常用做确定地震动对地表介质产生影响效应的简便手段。本文以银川市区为研究对象,根据地震勘探资料有目的的选取5条测线在银川市区进行地脉动观测,观测点共141个。用Nakamura提出的HV谱比法解析观测数据,在给定地下构造剪切波速度(VS)的基础上,由H/V比值曲线中的基本频率推测盆地深层地下构造。通过理论计算进一步验证了解析结果。结合前人地震勘探资料推测了银川市区脉动基本频率分布特征,并给出2D和3D银川市基底构造变化情况,对比分析表明,HV谱比法得到的脉动基本频率值可以反映银川盆地基底变化情况。     

竖向地震动特征研究

本文以国内外数十次地震(ML≥5)的近场自由地表加速度记录为基础数据，进行近场加速度峰值比的统计分析，并着重对1999年台湾集集地震竖向地震动反应谱特征进行研究。统计结果表明，竖向与水平向(V／H)加速度峰值比与震源距相关，随震源距增加，比值降低；竖向反应谱及竖向与水平向加速度反应谱比是周期的函数、并与场地条件及震源距相关。     

福建省地震台网预警能力评估

由于常用的均方根值法和噪声功率谱法不能消除不同传感器记录的噪声干扰,为提高噪声水平计算的准确度,本文选用最大概率峰值位移作为背景噪声评估指标。基于可靠的噪声数据,借鉴震级-最大距离监测能力法并考虑预警时效,提出了地震预警最小震级评估方法,系统评估福建三类传感器网及其融合网的地震预警最小震级和预警首报时间。结果表明：测震强震融合网的地震预警最小震级高于单测震网,但明显低于强震网;强震烈度计融合网与单烈度计网的结果相近;三网融合后95%区域的地震预警最小震级约为M_L3.2。由于烈度计网比测震和强震网密集,其预警首报时间最短;三网融合相对于单测震网或单强震网,其震后地震预警首报时间得到了明显缩短,预计95%区域的首报时间为4—6 s。本文研究为福建省的台网布局的优化和重点区域监测能力的提升提供了参考依据。     

安徽省国家强震动台站场地响应及背景噪声分析

利用安徽省部分强震动台站记录的地脉动数据和历史地震数据,采用H/V谱比法和噪声功率谱密度函数法,对比分析台站的场地响应及背景噪声,结果表明：全椒、马鞍山地震台的场地卓越周期小且背景噪声低;沈巷地震台卓越周期大且背景噪声高;三山地震台无明显卓越周期;地震台站背景噪声与场地响应曲线之间不存在一一对应关系。     

地震数据采集器自噪声检测研究

本文采用多通道相关分析方法测量并分析研究了国内地震观测常用的6种进口地震数据采集器的自噪声.结果表明:6种进口地震数据采集器无论在普通增益还是高增益模式下,当频带范围处于1 Hz以下时,自噪声均低于NLNM低噪声模型(灵敏度按750 V·s/m换算);在低增益模式下,当频带范围处于1 Hz以上时,各数据采集器的自噪声与NLNM低噪声模型高低交错,须根据观测目的谨慎使用;Q330HRS和Reftek-130/130S型数据采集器的高增益模式较适合测量宽频带地震计的自噪声.      

新型数据采集分析系统及其在工程振动中的应用

本文介绍了针对地震工程和土木工程实验的需求而开发的数据采集分析系统（DAQ－PI－32，VI－BAN2.40)的功能、原理及使用方法。该系统具有通道多（16－32）、精度高（16Bit分辨率）、动态范围大等特点。配套软件VIBAN2.40的功能基本涵盖了振动实验、振动监测、结构及构件力学性能实验等对数据处理的需求，主要功能包括FFT分析、加窗、滤波、功率谱、反应谱、传递函数、相关分析、倒谱以及场地谱比（H／V）等。该系统的主要特点是在窗口操作界面下，实现信号的快速浏览和简易快速谱分析，通过VIBAN2.40可实现数据分析与绘图同步完成，大大提高了工作效率。该系统为地震和工程振动工作者提供了强有力的工具。