强震观测中的关键技术研究

强震动台网的建设规模正在迅猛发展,近期在中国、智利、海地、新西兰、日本和墨西哥等地发生了多次破坏性地震,获得的强震记录数量迅速增加,为地震工程的深入研究提供了契机。然而,强震观测中除获得一批高质量的强震动波形外,也获得了一些异常波形数据,     

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。     

海底强震观测记录与地震动特性研究进展

随着海洋结构物的建设快速发展,为了解海底地震动相关特性,目前在建与已建成的海底强震台网逐年增加,得到的强震数据为海底地震动特性研究提供了重要资料。本文首先,统计了世界范围内现有海底强震台网的分布,并对强震台站信息及记录特点简要总结;其次,综述了基于海底强震记录以及数值计算等方法分析海底地震动特性的研究成果;并且,阐述了海底地震动在海洋工程中应用的研究现状;最后,基于现有研究成果,对海底地震动特性研究的前景进行讨论和展望。     

2020年10月22日四川北川MS4.7地震强震动特征分析

2020年10月22日11时03分37秒四川省绵阳市北川县发生MS4.7地震,四川强震动台网与预警烈度速报台网在震区建成较密集的台站,获取了532组三分量加速度记录,有助于开展区域地震动衰减和地震动特征研究.本文对强震记录进行常规处理后计算出强震动记录的相关参数,利用克里金插值方法得到地震动峰值加速度PGA和峰值速度PGV的空间分布图,长轴呈北西—南东方向.分析强震动记录PGA、PGV随距离的衰减规律,与常用衰减关系预测值进行对比,此次地震PGA的衰减特性与俞言祥和汪素云(2006)提出的中国西部地区水平向基岩加速度衰减关系有较好的一致性.北川MS4.7地震获得的密集强震动记录为建立区域衰减关系,以及开展基于经验格林函数方法(EGFM)再现大震强地震动场展布等研究提供了重要的数据支撑.     

近断层强震记录基线校正及不确定性分析

采用汶川地震近断层强震记录,分析了近断层记录基线校正的原则、不同基线校正方法的特点以及基线校正的不确定性因素.根据基线校正原则提出了基线校正的一般步骤,对比分析了在合理分界时间点范围内选择不同组时间分界点进行基线校正后各组记录之间的地震动参数和反应谱特性.结果表明,已有的各种基线校正方法并不能较好地得到准确的确定性基线校正结果,满足基线校正的一般原则也会得到不同的校正结果,但是合理地进行基线校正后,对加速度和速度时程相关的地震动参数和小同形式的反应谱特性的影响很小.     

用近场强震动记录快速估计同震位移并反演震源滑动分布

利用自动经验基线校正方法,分析日本2008年岩手-宫城内陆M_w6.9地震震中周围密集强震动观测台网资料,快速解算出了同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的同震位移幅值、方向和总体分布特征较为接近.基于相同断层面参数反演的震源模型空间展布形态、主要滑动范围、平均和最大滑动量、滑动方向以及由模型计算的矩震级等均吻合较好,从而验证了方法的可行性.讨论了自动经验基线校正方法尚存在的问题和不足,为今后利用强震资料快速解算M_w6-7级及以上地震的同震位移场并反演震源滑动分布提供参考.     

宁夏数字强震动台网观测系统

宁夏数字强震动台网观测系统是国家重点建设的防震减灾基础设施项目,由48个数字观测台站和1个强震动台网中心组成.台站采用无人值守方式,利用电话拨号、CDMA和扩频微波以及卫星传输的方式,在台网中心与各强震台之间建立连接,实施远程监控.台网全部采用先进的数字技术,使宁夏强震动观测技术发生了质的变化, 填补了宁夏境内没有固定数字强震台站的空白,大幅度增强了获取近场强震动数据的能力.当宁夏发生4级以上地震时,可以获得多台强震动记录;同时,在监视区范围内发生3级以上地震时,亦可获得多台近场加速度记录,从而为震害快速评估和制定震后应急决策提供可靠依据.     

强震动观测无人值守信息管理自动化

随着中国“数字地震观测网络”项目的启动,中国强震动观测网络将新增大量先进的数字化、网络地震动记录仪,该类型仪器具备大存储容量、自动震动触发、自动报警,本地串口通讯、远程Modem通讯、远程TCP/IP网络通讯等功能,这些先进功能为强震动数据记录、存储、强震动记录以及相关地震信息自动传输创建了硬件基础.新增的大量强震动观测设备,使得强震台网的密度进一步加大,因此可利用的强震动观测数据大大增加,但目前中国的强震观测网络无法及时的收集、分析、处理这些海量数据.而随着国家级、区域级台网中心的进一步扩建、新建,监控中心网络硬件设备、软件齐全,通讯网络大大加强,也使得大数据分析、处理、传输成为可能,在此基础上建立强震动观测无人值守信息管理自动化成为一种可能.并且随着该自动化系统的运行,积累的强震观测记录也可建立强震观测数据仓库,并在数据仓库的基础进一步建立强震分析数据挖掘方法.     

基于经验格林函数法的2021年MS6.4漾濞地震近场强震动模拟

由于震中附近强震台分布不均,文中联合使用近场2个国家强震动观测台网的强震台和7个云南地震预警台网烈度台的强震记录,采用经验格林函数法构建了特性化震源模型,并利用此模型对近场强震动进行了模拟。结果表明：烈度台的记录可与强震台的记录联合,共同作为强震动模拟的对象,但应注意区分二者的有效频带;在0.20～30.0Hz频带,在53YBX台处的NS分量上,模拟结果的伪加速度反应谱较好地再现了0.1s处的峰值,在EW分量上,合成的速度波形虽然幅值较低,但较好地再现了速度脉冲波段;在53DLY台处的合成波形较好地再现了约2s的长周期地震动;在0.50～30.0Hz频带,合成波形和反应谱与信噪比较高的烈度台的记录较为一致。文中确定的用于模拟强震动的特性化震源模型由一个强震动生成域构成,其面积和相应的短周期范围内加速度震源谱的水平段幅值与地震矩的关系均遵循经验标度律。     

喀什地区两次地震事件的强地面运动特征简析

根据新疆喀什地区两次地震中新疆强震台网记录的加速度数据,分析介绍了强震观测资料的常规处理和使用,并简介了强震观测资料在研究地面运动特征中的作用。     

2016年4月16日熊本地震滑动分布反演与分析

综合利用强震数据、GPS数据和InSAR数据基于双断层模型反演熊本地震滑动分布,通过选择合理的介质模型和平滑因子,分别对数据进行单独反演和联合反演。从结果分析可以看出:三种数据联合反演的结果最优,最终滑动模型为:断层1走向为236°,倾角65°,滑动角-150.6°,最大滑动量为6m;断层2走向为206°,倾角72°,滑动角-155°,最大滑动量为4m。基于K-net和Kik-net获取永久位移快速反演得到的滑动分布结果与基于GPS数据,Sentinel-1A InSAR数据反演甚至联合反演得到滑动分布结果比较一致,表明大震后利用高密度强震动台网后快速获取滑动分布用于震后应急响应和灾害评估是切实可行的,同时认为此次地震发震断层为右旋走滑的断层系统。     

揭秘日本地震监测系统

2011年3月11日,日本本州三陆冲发生9．0级特大地震,由864个台站组成的高灵敏度测震台网Hi—net、1028个台站组成的强震台网K-net、688个台站组成的基盘强震台网KK—net、83个宽频带地震台站组成的宽频带台网F—net以及205个台站组成的日本气象厅（JMA）地震台网组成的日本地震监测系统,     

2008年四川汶川8．0级地震强震动台网观测记录

本文简要阐述了2008年5月12日在四川汶川发生的8.0级地震中,四川强震台网的记录情况.在"十五"中国数字强震动观测网络分项目完成并通过台网验收后,四川省强震台网获取了该次地震的强地面运动记录,为震害评估和救灾提供了依据,并为四川省今后能获取高质量的强震动记录打下了良好的基础.     

2015年11月22日广东徐闻ML4.2地震强震动记录分析

2015年11月22日07时43分广东省徐闻县发生M_L4.2地震,海南省强震动台网中心记录到3组三分向加速度记录,这是海南强震动台网建成后首次记录到强震动地震波形,常规处理后得到9条零基线校正后的三分向峰值加速度（PGA）。对3个台站的加速度记录进行分析,绘制校正后的加速度、速度、位移时程曲线及加速度反应谱,为中国南部工程震害调查提供参考资料。结果表明,此次地震记录到的强震记录PGA介于0.8—10.2 cm/s2之间,距离震中位置最近的火山口台（HSK）记录到最大PGA值。      

宁夏永宁M4.6级地震强震记录分析

2012年11月20日10时24分在宁夏银川市永宁县发生M4.6级地震,宁夏强震动台网共有33个强震台站记录到了该次地震的地面运动,记录的最大加速度峰值为303.2cm/s2。这是宁夏“十五”数字强震动台网投入使用以来记录到的最大、获取强震记录最多的一次省内地震。本文通过对此次强震记录的地震波频谱特征、衰减关系、震源机制、发震构造进行分析、研究。     

宁夏数字强震动台网记录的汶川8.O级地震加速度资料分析

通过收集整理宁夏强震动监测台网记录的汶川8.0级地震资料,统计分析了各个强震台的地震动峰值加速度记录结果,进一步探讨了宁夏境内地震动加速度衰减规律,并确定了衰减关系,为宁夏的工程抗震设防工作提供可靠依据.     

断层滑动分布反演及实时校正场地放大系数研究

正十五期间,我国累计部署约2 000个强震动台站,台站分布密度增加,观测技术得到很大发展。我国即将实施"国家地震预警与烈度速报工程"建设,建成后台网台间距将达到20—40 km,资料能够快速获取。但强震动数据在滑动分布反演方面尚未应用于地震应急和灾害评估中。强震动数据大量应用于实时或者近实时地震动预测系统中,在实时场地放大系数研究方面,现有研究大多利用标量值来表征场地放大系数,缺少实时校正依赖于频率的场地放大系数的研究,期望通过研究改进实现在地震应急与地震动预测中发挥重要作用。本文围绕强震动数据深入应用于断层滑动分布反演和地震动预测方面,主要研究了快速基线校正获取可靠永久位移的方法、利用近场位移进行快速滑动分布反演、实时校正依赖于频率的场地放大系数3个方面的内容。论文主要取得了以下认识和成果:(1)分析了强震动记录基线漂移的原因,总结了国内外提出的基线校正方法,针对现有基线校正方法自动化程度低,难以快速获取近场位移的问题,改进和完善了自动基线校正方法,形成了针对国内外多种强震动仪器记录数据进行快速处理获取永久位移的能力,并利用改进的基线校正方法对不同强震动台网的强震动数据进行处理,并与附近GPS台站记录的位移对比,验证了计算结果的可靠性。研究显示改进的方法能够获得近场专业强震动仪记录到的强震动记录的永久位移,同时也检测到P-alert台网近场永久位移偏离严重,显示大地震发生时MEMS传感器记录强震动数据可能难以恢复可靠近场永久位移。(2)总结了均匀半空间和水平成层半空间的同震位错理论和反演理论及方法。利用台湾CWB和NCREE强震动台网记录到的近场永久位移数据、GPS数据、 Sentinel-1A和ALOS-2In SAR数据基于单断层模型和双断层模型分别反演与联合反演得到了美浓地震滑动分布结果,对比分析不同模型下反演结果,显示本次地震单一发震断层模型结果更加合理。研究显示地震以倾滑为主,主要滑动破裂集中在9—15 km之间,并没有延伸到地表,破裂主要发生在震中西北区域,近地表最大滑动量为0.95 m,最终矩震级为6.29,平均应力降为1.21 MPa,最大应力降为6.31 MPa。(3)利用日本F-net测震数据基于考虑震源时间函数效应的矩张量反演方法反演得到了熊本主震的震源机制解。利用日本K-net和Kik-net强震动台网记录的近场永久位移、ALOS-2In SAR数据、Geonet位移数据分别建立单一断层和分段式断层模型进行滑动分布单独反演与联合反演研究,显示分段式断层模型结果更加合理,滑动分布主要在震中东北方10—30 km间,同时震中附近具有较大的滑动量,破裂延伸到地表,分段1断层模型平均滑动量为2.19 m,最大滑动量6.00 m,平均应力降19.66 MPa,最大应力降90.75 MPa。分段2断层模型平均滑动量约1.48 m,最大滑动量为4.00 m,平均应力降为15.72 MPa,最大应力降为116.62 MPa,矩震级为7.04,破裂过程在阿苏火山西南段结束。基于K-net和Kik-net快速获取的永久位移反演滑动分布结果和基于Geonet GPS位移数据、Sentinel-1A In SAR形变数据反演得到滑动分布结果都比较一致而且可靠,研究显示大震后利用高密度强震动台网后快速获取滑动分布用于震后应急响应和灾害评估是切实可行的。(4)系统总结了国内外场地放大系数校正研究现状,显示利用标量数值来校正场地放大系数的方法不能产生依赖于频率的放大系数,因此,研究实时校正依赖于频率的场地放大系数,设计因果递归无限脉冲响应滤波器(IIR)来建模场地放大系数,完成了软件实现。收集了Kiknet IBRH10与IBRH19两个台站208次地震的强震动记录,利用谱比法得到了井下台站和地面台站之间的相对场地放大系数,设计IIR滤波器对井下观测数据滤波模拟得到了自由地表地震动。利用谱比法计算IBRH10和IBRH19两个台站间的相对谱比,设计因果递归滤波器实现场地放大系数,模拟得到了IBRH10台的加速度时程和傅里叶谱。统计分析所有观测数据和模拟数据的仪器地震烈度,发现预测准确程度有较大提高。本方法很好的改进了加速度时程和仪器地震烈度的预测。为场地放大系数的实时校正提供了一种比较准确的计算方法。(5)以熊本地震为例,基于联合反演滑动分布结果,利用随机有限断层方法模拟得到了熊本地震KMMH12台站与KMMH13台站的基岩加速度时程,提出将IIR方法引入到随机有限断层地震动模拟。通过熊本地震两个台站从井下到地表的模拟和自由地表台站之间的模拟,均取得了较好的模拟结果,验证了方法的有效性。将相关工作结合起来,对更加准确的预测地震动场有重要的支持作用。     

吉林伊通M4.3地震强震记录分析

2009年吉林伊通M4.3地震,辽宁省及吉林省强震动台网有8个强震台站记录到地面运动,记录的最大加速度为30.8 cm·s-2,初步展现了强震动台网建设的功效.     

2016年10月30日意大利MW6.6地震破裂方向性效应对地震动参数的影响

2016年10月30日意大利中部发生了M_W6.6地震,这是继8月24日M_W6.2地震后的又一次浅源破坏性地震,意大利国家强震台网在此次地震中获得了丰富的强震动三分向加速度记录。本文从工程强震动数据中心下载了三分向加速度记录,经基线校正和滤波等常规数据处理后发现,强震动体现出明显的方向性效应。根据震源机制解将强震动台站分为破裂前方区域的NW组和破裂后方区域的SE组,采用最小二乘法回归了不同分组的地震动峰值加速度、反应谱和持时的衰减规律,得出断层破裂方向性对地震动参数的幅值影响较大,在断层距相同的情况下,破裂前方区域的加速度和加速度反应谱幅值均高于破裂后方区域,而破裂前方区域的地震动持时远小于破裂后方区域,破裂方向性显著。      

采用IDS方法反演强震数据确定2017年8月8日九寨沟地震的破裂过程

近场强震数据是地震观测的主要数据类型之一,但尚未广泛用于震源参数快速和常规测定.作者利用2017年8月8日九寨沟地震的近场强震数据,分别基于中国地震台网中心和美国地质调查局的定位结果,采用迭代反褶积和叠加（Iterative Deconvolution and Stacking, IDS）方法反演得到了两个破裂模型.反演结果显示,两个破裂模型除在时间上存在大约2.5 s的偏移外,在其他破裂特征上都极其相似,表明强震数据反演并不严重依赖地震定位结果.破裂过程大约持续8~10 s,释放的地震矩在6.9×10¹⁸ Nm左右,对应的矩震级约为M_W6.5.走向方向上,破裂覆盖了震中西北15 km至震中东南10 km的区域,整体表现为不对称的双侧破裂模式,其中西北方向的破裂略占优势.深度方向上,主要破裂集中在0~10 km的较浅区域.这些特征与目前的地震学和大地测量学结果基本一致,表明在当前的数据条件下,即使定位结果存在不确定性,通过反演强震数据也能够独立可靠地确定中强地震的破裂过程.特别地,未来强震数据的数据质量和获取效率得到进一步改进和提升后,这一工作有望成为震后快速确定破裂过程的主要方式之一,在震后应急工作中发挥积极作用.