恩施地震台gPhone重力仪背景噪声水平变化分析

基于恩施地震台gPhone重力仪2010~2018年连续9 a的相对观测数据,定量分析其在200~600 s频段范围的背景噪声水平变化,同时研究固体潮、气压、多项式拟合等因素对功率谱密度(PSD)的影响。结果表明：1）频率低于5×10-3 Hz时,固体潮和多项式改正可对重力PSD起到很好的改进作用。2）恩施台gPhone重力仪2010~2015年的地震噪声水平SNM在1.185 8~1.229 4范围内,处于相对较低且稳定的状态;而从2016年起,SNM达到1.256 6,并在2018年超过了1.30。经查明,这种变化是由于恩施台2 km范围内的多处道路施工所致。     

蓟县地震台gPhone、DZW和GS-15重力仪重力噪声水平对比

选取蓟县地震台同址观测的3台不同型号重力仪(gPhone、DZW和GS-15)2022年全年的连续观测数据,研究不同类型仪器对环境噪声的响应,计算3种重力仪的重力噪声水平,同时计算地震频段(200～600 s)的地震噪声等级,并与全国gPhone重力仪的地震噪声等级进行对比。结果表明：1)在频率低于10^-3 Hz时,扣除固体潮和气压改正可以明显改进重力噪声水平;2)相同台站不同仪器重力噪声水平不同,gPhone型重力仪的背景噪声水平低于DZW型重力仪和GS-15型重力仪,其SNM值为3.355;3)2022年全国gPhone重力仪的地震频段噪声水平均值为5.418,蓟县台的噪声水平平均值为3.465,低于全国的噪声水平。研究结果可为3类重力仪观测数据的研究应用提供参考。     

以潮汐模型为约束的gPhone重力仪格值系数标定方法改进

以观测数据与DDW潮汐模型之差的均方根和重力残差为约束,对基于M₂潮波标定gPhone重力仪格值系数的方法进行改进。利用改进方法对连续重力台网内的9台gPhone重力仪格值系数进行标定,基于M₂潮波相对误差、残差振幅谱均方根等指标对标定结果进行精度评定,并与FG5绝对重力仪比测法、M₂潮波标定法进行比较。结果表明,改进方法的M₂潮波潮汐因子与理论固体潮模型平均相对误差提高到0.215 2%,残差振幅谱均方根平均达到1.690 2μGal,与FG5比测法精度相当,优于M₂潮波标定法。最后,讨论格值系数分布规律以及重力残差矢量与台站所在位置的经度依赖关系。     

gPhone重力仪数据采集系统性能的改进

对gPhone重力仪数据采集系统的性能做出改进,使得数据采集与数据产生的时间差缩小到1秒以内.     

利用M2潮波振幅因子精密测定gPhone弹簧重力仪的标定因子

用SG-C053超导重力仪长时间观测数据潮汐分析结果中的M2潮波振幅因子,对同址观测的28台gPhone重力仪标定因子进行了精密测定,结果表明,28台仪器标定因子的变化范围为0.999 9~1.019 6,反应出仪器的标定因子在出厂前已经过测定,但在新的观测位置产生了微小的变化。对经过改正后的观测数据重新进行分析,得到的M2潮波振幅因子精度均优于0.8‰,去除漂移后的残差时间序列中重力非潮汐变化为(4~10)×10^-8 ms^-2,周日波振幅小于0.1×10^-8 ms^-2,半日波振幅小于0.3×10^-8 ms^-2,较之测定前有明显的改善。因此利用精确的M2潮波振幅因子测定仪器的标定因子,能够保证所有gPhone弹簧重力仪在统一的潮汐基准下观测。     

gPhone重力仪网络数据采集系统中Web服务功能的设计与实现

针对gPhone重力仪网络数据采集系统,开发了一套嵌入式Web服务系统。基于uClinux平台和轻量级BOA Web服务器,利用C语言编写通用网关接口(CGI)程序,实现了远程数据下载及仪器监控等功能。     

陆态网络太原台gPhone重力仪背景噪声水平研究

基于陆态网络太原台gPhone重力仪1a的观测记录,在地震频段(200~600s)、亚地震频段(1~6h)和潮汐频段(周期大于6h)研究其背景噪声水平,并与全球超导重力仪SG的背景噪声进行比较。结果发现,潮汐和大气改正可以一定程度上改进重力数据的功率谱密度PSD,尤其是在亚地震频段和潮汐频段。经计算,太原gPhone重力仪在地震频段、亚地震频段和潮汐频段的背景噪声水平分别为3.641、4.659和5.359。gPhone重力仪的噪声水平在地震频段和亚地震频段均高于SG的噪声水平,但是在频率低于0.8×10-4 Hz时,gPhone重力仪的噪声水平低于新低噪声模型NLNM。此外,分析gPhone重力仪记录的2014年智利Mw8.1地震激发的自由振荡信号表明,虽然gPhone重力仪的噪声水平高于超导重力仪,但其依然能够清晰检测到地球自由振荡信号,验证了gPhone重力仪不仅适合研究长周期潮汐和亚地震模,也可以清晰获取地震频段的地球自由振荡信号。     

gPhone重力仪记录的汶川8.0地震高频信号研究

分析了汶川Ms8.0地震时我国6台gPhone重力仪记录的高频同震数字信号,结果表明:1)gPhone重力仪记录的同震信号包括地震波初动和衰减过程,通过与宽频带地震计记录数据比较,可知其为地震破裂过程的真实记录;2)利用重力仪记录信号提取震源时间函数,再采用经验格林函数法对其进行理论地震波图合成,并与他人利用地震计记录的地震破裂过程的反演结果进行比较,证明gPhone重力仪记录的高频信号可用于震源破裂过程研究。     

利用gPhone重力仪监测三峡库区蓄水的重力响应

根据三峡秭归gPhone101#重力台站2012-06~2014-08重力观测资料,经处理改正得到的重力残差主要反映了库区蓄水变化的重力响应。不同的蓄水阶段,重力残差与库区水位变化响应特征不同,高差30 m的水位波动能够引起70 μGal的重力响应。利用gPhone重力仪能够有效监测三峡库区蓄水的重力响应,但局部及周边地区降水等水文效应也是连续重力观测结果的主要贡献之一,在监测库区蓄水对重力响应的影响时不可忽视。     

CG型重力仪用于海潮负荷观测的可行性

为验证便携式相对重力仪用于短时重力潮汐观测的可行性,在厦门地震台进行同址对比测试。以利用gPhone重力仪的长观测时段数据修正的FES2004海潮模型为参考,分离出gPhone、CG-5和CG-6型重力仪的静态观测残差序列。结果表明,CG-5和CG-6型重力仪在1 CPD(circle per day)和2 CPD附近的噪声水平(非线性漂移)与gPhone重力仪接近,对主要的全日分潮和半日分潮分析影响较小,观测精度能满足短时海潮模型修正的需要。以CG-5型重力仪在平潭岛的短时重力潮汐数据修正FES2014海潮模型得到测站海潮模型,并回测35 d前绝对重力观测时段的重力海潮负荷值。改正后组均值残差标准差从FES2014模型的2.7μGal降至1.8μGal,由此验证了CG型便携式相对重力仪用于海潮负荷观测的可行性。     

北京地震台gPhone重力仪对尼泊尔M8.1强震所激发地球自由振荡的探测

利用北京地震台gPhone重力仪观测资料,采用功率谱密度估计方法,检测2015-04-25尼泊尔M8.1地震激发的0S0～0S60之间的地球球型自由振荡,并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡周期进行对比。结果表明,0S2～0S56基频自由振荡的实测周期值与PREM 模型的理论值基本一致,证实了gPhone重力仪能有效检测出地球自由振荡信号。     

福建重力台网映震效能分析

利用福建重力台网7套gPhone重力仪的连续观测资料,对不同震中距和震级地震的同震响应特征及重力仪映震的最大震中距进行分析。结果表明：1）福建重力台网的映震效能受震级和震中距影响,从映震能力来看,泉州台优于莆田台,厦门台优于福州台,漳州台和龙岩台优于南平台;2）福建重力台网的仪器稳定性好和灵敏度高,与CMG-3ESP 120S地震计相比,重力仪具有较宽的地震频带,其同震响应持续时间与波幅呈高度正相关性;3）福建重力台网仪器映震的最大震中距(Δ)与震级（M_S）存在对应关系,具体公式为M_S=-0.218(logΔ)3+2.056(logΔ)2-4.594logΔ+6.459。     

重力仪与地震计记录的地震波信号频谱特征比较——以芦山7.0地震为例

以芦山MS7.0地震的地震波记录为例,比较分析我国12个地震台的同址gPhone重力仪与CTS-1地震计记录的地震波信号的频谱特征。观测结果表明,震中距大于2 000 km时,两种仪器记录的P波波形基本一致,只在幅度上稍有区别。P波的频谱分析结果表明,震中距较小时gPhone重力仪会遗失一些高频信号,震中距大于2 000 km时,两种仪器记录的P波优势频带均为0~0.3 Hz。     

青岛台站重力固体潮和海潮负荷特征研究

选取青岛台站2012-01~2013-02 gPhone重力仪连续观测资料进行预处理和调和分析,获得其重力潮汐参数,并选取8个全球海潮模型对O1、K1和M2潮波进行海潮负荷改正。结果表明：1）8个主要潮波调和分析的振幅因子标准差均在2.6%之内,与理论潮汐模型值的差异也在3.0%之内;2）利用海潮模型对O1、K1和M2潮波进行改正能有效地降低残差矢量,观测残差负荷改正的有效性大致分布在30%~75%,全球海潮模型对青岛台站主要潮波的海潮负荷改正差别不大。     

地震静应力作用与井水位孔压响应分析——以唐山古冶5.1级地震为例

计算古冶5.1级地震震前、同震、震后唐山地区9口流体井的孔压分布和实测井水位升降情况。结果表明：1)震前,唐山古冶地区处于应力累积的状态,压缩区为近东西向,拉张区为近南北向,实测的井水位升、降情况基本与压缩、拉张情况一致;2)震时,压缩、拉张区没有改变,但应力有所释放,实测的井水升、降情况存在与压缩、拉张情况不一致的现象;3)震后,压缩区演变为拉张区,拉张区演变为压缩区,实测的井水位升、降情况也基本与压缩、拉张情况一致。本文较为全面地解释了地震静应力从震前到震后的调整过程,通过计算震前、震时、震后的井孔压分布得知,井孔压在走滑断层破裂带周边呈四象限分布,这种变化特征可用震前闭锁剪力模型解释。     

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Comparative Analysis of Seismic Response Characteristics of Pile-Soil-Stnicture Interaction System

The study on the earthquake-resistant performance of a pile-soil-structure interaction system is a relatively complicated and primarily important issue in civil engineering practice. In this paper, a computational model and computation procedures for pile-supported structures, which can duly consider the pile-soil interaction effect, are established by the finite element method. Numerical implementation is made in the time domain. A simplified approximation for the seismic response analysis of pile-soil-structure systems is briefly presented. Then a comparative study is performed for an engineering example with numerical results computed respectively by the finite element method and the simplified method. Through comparative analysis, it is shown that the results obtained by the simplified method well agree with those achieved by the finite element method. The numerical results and findings will offer instructive guidelines for earthquake-resistant analysis and design of pile-supported structures.     

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郯城马陵山地震台视电阻率年变特征研究

依据马陵山地震台台站仪器安装日志等基础资料,结合现场勘察结果建立三维有限元模型,并综合水位、降雨及气温等辅助观测资料,对台站近10 a的视电阻率资料进行对比分析。因台站地处郯庐断裂带安丘-莒县断裂上,地下结构复杂,EW向观测电极存在高差,视电阻率特征清晰且复杂。综合研究认为,马陵山地震台NS向视电阻率的变化主要受气温影响;EW向视电阻率主要受水位变化影响,且水位影响的量级约为气温的3倍;7~8月2个方向同时受短暂快速降雨的影响。