中国数字化地震台网（CDSN）台站地震波形数据转储技？…

在迎来中国数字地震台网运行１０周年之际,９个台站设备的二期技术改造工作业已胜利完成。目前,这些台站配置了先进的计算机系统－ＳＵＮ公司的ＳＰＡＲＣ系列台式工作站。其上安装了相应的地震分析软件,使得应用高质量的数字化数据进行地震分析成为可能,并弥补了模拟记录的许多不足。这无疑为台站工作人员及其它科研人员在台站现场进行地震分析工作,提供了十分便利的条件。但波形数据在ＳＵＮ工作站上的驻留是一个动态的过程,     

中国数字化地震台网(CDSN)台站地震波形数据转储技术的研究与实现

在迎来中国数字地震台网运行１０周年之际,９个台站设备的二期技术改造工作业已胜利完成。目前,这些台站配置了先进的计算机系统——ＳＵＮ公司的ＳＰＡＲＣ系列台式工作站。其上安装了相应的地震分析软件,使得应用高质量的数字化数据进行地震分析成为可能,并弥补了模拟记录的许多不足。这无疑为台站工作人员及其它科研人员在台站现场进行地震分析工作,提供了十分便利的条件。但波形数据在ＳＵＮ工作站上的驻留是一个动态的过程,一般只能保存３～４天,这给研究人员进行从容细致的应用分析造成了巨大的困难。本文着重介绍对这一问题的研究和解决方法。     

离散Fréchet距离在强震台站场地分类中的应用

当强震台站场地资料不完整时,所收集到的强震数据因缺乏准确的场地类别信息而难以有效利用。为解决这一问题,本文提出一种基于离散Fréchet距离的强震台站场地分类方法。将获取到的664个KiK-net台站场地按照《建筑抗震设计规范（GB 50011—2010）》进行分类,并构建2个数据集。利用数据集1得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地标准谱比曲线,并结合离散Fréchet距离对数据集2中的台站进行场地分类,统计分类成功率与误判率。统计结果表明,本文方法能较准确地对场地进行分类,且误判率在可接受范围内。将本文方法分类统计结果与斯皮尔曼秩相关系数法分类的成功率与误判率进行对比,结合本文方法分类后得到的平均谱比曲线,均可表明应用本文方法进行强震台站场地分类具有合理性。     

强震动台站的场地V_(S30)估计及场地放大系数模型研究

场地条件对地震动具有显著影响,是确定抗震设计地震动参数时需要考虑的重要因素,因此,探究场地条件对地震动的影响规律具有重要意义。地震作用下产生的地面运动(地震动)是震源特征、路径特性和场地特征三方面因素的体现,其直接、客观地反映了场地条件对地震动的影响,因此是研究场地条件影响机制的重要数据基础。虽然目前全球强震记录较为丰富,但是受限于强震台站场地资料的完整性,大量已获取的强震记录无法应用,进而严重制约了对场地条件影响的研究。为了改变这一现状,本文提出了通过强震记录及部分台站的剪切波速数据估计缺乏勘测试验数据、或钻孔深度小于30 m的强震台站的场地条件参数V_(S30),利用日本、美国加州等地区强震资料对方法的效果进行检验。将方法应用于中国西部地区,估计了部分强震台站的场地参数V_(S30)。在确定中国西部地区台站场地V_(S30)的前提下,以其为变量建立了定量估计场地放大系数的经验模型。完成的主要工作包括以下几方面:(1)通过广义反演技术获取了强震台站的场地放大,再利用均方根阻抗比方法,建立了不同强震台站的场地1/4波长深度内等效剪切波速间的关系,根据剪切波速已知的台站,确定了缺乏剪切波速数据的台站的场地V_(S30)。利用日本、美国加州和中国西部地区的强震资料验证了估计方法的效果。将方法应用于中国西部地区,确定了部分强震台站的场地V_(S30)。(2)基于台站场地的浅层(深度小于30 m)土体剪切波速以及单台场地放大曲线,提出了确定钻孔深度小于30 m的台站的场地V_(S30)的方法。利用日本、美国加州等地区的强震资料验证了估计方法的效果。该方法避免了估计V_(S30)时对速度梯度延拓模型的依赖。将方法应用于中国西部地区,确定了部分钻孔深度小于30 m的台站的场地V_(S30)。(3)以中国西部地区强震台站的场地资料和数据为基础,通过分析场地卓越周期T0与场地V_(S30)的关系,建立了两者的经验模型。利用经验模型确定了中国西部地区缺乏剪切波速、且不满足广义反演前提的台站的场地V_(S30)。将经验模型与其他方法估计结果相比较表明:经验模型估计值在表征场地放大方面具有优势,其与场地放大系数之间表现出更强的相关性,利用其估计场地放大系数的离散性更小。(4)以中国西部地区实际钻孔资料为基础,利用数值方法研究了土体非线性特性对场地放大系数的影响规律,结合强震记录建立了考虑土体非线性效应的场地放大系数模型。对模型结果的分析表明,该模型符合中国西部地区场地条件对地震动的影响规律。利用包含这一场地放大系数模型的衰减关系计算了加速度反应谱,结果表明衰减关系能够反映土体非线性反应对加速度反应谱的影响。     

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。     

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.     

云南测震台网台站场地响应与ML震级测定的讨论

利用2016年云南测震台网记录到的地脉动数据,运用H/V谱比法计算分析了47个测震台站在0.1～20.0Hz频段内的场地响应。选取2012～2016年期间云南测震台网记录到的ML≥2.5地震做单台震级偏差统计分析,挑出受场地放大作用而出现单台震级大于台网平均震级的台站做去场地放大校正,然后重新统计单台震级偏差情况。计算结果显示云南测震台网的台站受台基条件和所处位置等地质构造因素影响,均存在一定程度的场地放大作用,大部分台站场地响应的卓越频率为1～6Hz,放大倍数为2～4倍。受场地放大作用的影响,大姚、芒市等19个台站的单台ML震级大于台网平均震级。在去除场地放大作用后,台站单台震级与台网平均震级的偏差有所减小。     

全国测震台站仪器方位角普查校正

针对测震台网台站方位角普查校正实际需要和方位角普查工作技术要求,提出测震台网台站方位标志安装、台站新安装地震计方位测定、已运行台站地震计方位角普查校正的操作方法,以及摆墩与摆坑型场地地震仪输出极性的检测判定方法。     

全国测震台站仪器方位角普查校正

针对测震台网台站方位角普查校正实际需要和方位角普查工作技术要求,提出测震台网台站方位标志安装、台站新安装地震计方位测定、已运行台站地震计方位角普查校正的操作方法,以及摆墩与摆坑型场地地震仪输出极性的检测判定方法。     

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。     

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。     

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。     

用Lg波资料反演场地效应与地震波衰减参数

基于谱比法，以台站记录地震波频谱为观测数据，通过扣除仪器响应及几何扩散后同一地震不同台站记录谱比，扣除震源方向性、 震源因子的影响，在此基础上，建立数学模型通过联合反演求解场地效应及地震波衰减参数. 以浙江省地震台网台站记录的台湾地震数字化地震波资料为基础，使用地震波记录中的Lg波， 评估浙江省台网丘陵地带基岩台站场地效应， 计算穿越台湾海峡较单一路径Lg波衰减参数. 研究使用20次发生于2002——2005年、 震级在MS5.0~6.7之间的台湾东北部较小区域地震， 参与评估台站16个， 地震波记录960条. 地震波处理频段为0.5～10.0 Hz， 每间隔0.2 Hz计算一次，对应于垂直、 东西及南北分量获得的衰减参数， 数据结果分别为:gamma;(f )=0.001 75f 0.43485, gamma;(f )=0.001 45f 0.48467, gamma;(f )=0.0021f 0.41241. 庆元台(QIY)在1.5 Hz以上放大效应非常明显，宁波台(NIB)在大部分频率点场地效应最小，参与评估台站场地效应各分向基本相当，未表现出方向性特征.      

基于HVSR的DONET1海底地震动场地效应研究

为基于谱比方法研究海底地震动场地效应,选取日本DONET1台网的20个海底台站2014—2021年记录的1634组地震数据,对其进行筛选和处理后,利用水平与竖向谱比（HVSR）方法考虑不同布设对海底5组节点台站（KMA、KMB、KMC、KMD、KME）谱比特征的影响。研究结果表明:KMA与KME节点台站具有相似的场地特征,KMB与KMD节点台站分散布置在2种场地,KMC节点台站场地与其他节点均不相似,这与长期地质调查结果相似;海底台站谱比曲线呈多峰值现象,其中KMB、KMC、KMD分组台站利用HVSR方法识别的主频变异性较高,KMA、KME分组台站主频较稳定;相同地形条件下,布设方式相同的海底台站谱比曲线随频率分布相似,海底复杂场地条件下,采用装沙沉底方式布置的台站识别场地条件时出现偏差;海底复杂因素对掩埋沉箱方式布设的台站谱比曲线的影响主要集中在频率<5 Hz的低频处;海底复杂因素对未埋入海底台站谱比曲线的影响主要集中在频率为5—10 Hz的高频处。研究结果可为海底地震动场地效应研究提供参考。     

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。     

基于噪声谱比法的福建台网观测台站的场地响应研究

应用噪声谱比法, 收集了福建台网观测台站记录的地脉动噪声数据, 计算分析了85个观测台站的场地响应． 根据场地响应曲线形态将福建台网观测台站分为4类, 并简要分析了影响台站场地响应结果的因素． 计算结果表明, 福建台网观测台站台基情况普遍较好, 在台站观测频带内场地响应曲线平坦, 大部分台站均没有明显的频率放大点． 本文采用H/V谱比法与Moya方法所获得的37个台站的场地响应结果基本一致, 仅有少数台站存在较大差异． 应用场地响应分析结果, 结合计算震级时所量取的周期, 对福建台网观测台站的单台震级校正值进行了估计, 并与统计方法获得的单台震级校正值进行了比对． 结果表明, 两种方法获得的台站震级校正值存在一定的相关性, 但由于考虑的影响因素不同, 具体的台站震级校正值尚存在差别．      

地磁台站勘选数据处理系统设计

为实现地磁台站场地勘选指标的快速计算和勘选报告的在线保存与查询,提高地磁台站勘选数据处理效率,降低人工处理数据错误率,在现有地磁数据处理软件功能的基础上设计开发地磁台站勘选数据处理系统,以提高勘选的工作效率。     

2019年11月河北肥乡大地电场干扰的识别及排除

2019年11月肥乡大地电场观测数据出现异常变化,利用逐步逼近法和排除法,对观测系统及场地环境进行巡检,通过对比主、备用观测仪器同时段数据,查找本台站历史干扰数据并对比其他台站相似数据干扰特征,排除地球物理异常,判定此次数据异常变化由农田灌溉机井漏电所致。     

福建地震台网接入的台湾台站场地响应研究

福建地震台网接入了16个台湾台站,利用这些台站记录的92个地震波形资料,反演台湾地区的非弹性衰减和其中12个台站的场地响应,其非弹性衰减Q(f)=271.6f~(0.381);其场地响应低频部分在1附近波动,高频部分出现衰减;其中一个台在低频部分出现放大效应。经过研究,在计算台湾海峡地震的震源参数时可以提高计算精度,同时为下一步福建台网产出台湾地区地震的震源参数建立数据基础,丰富福建台网的数据服务内容。对震级校正、台站场地选点及评价、地震工程和灾害评估有一定的参考意义。     

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。