汶川地震余震震源参数及地震动衰减与场地影响参数反演分析

基于强震动观测台钻孔数据,统计得到了四川、甘肃地区20 m深的浅硬土层场地平均剪切波速模型.通过与美国加州地区的波速模型对比,结合四川、甘肃地区地震预报的地壳模型,延拓剪切波速模型至40 km.应用四分之一波长法计算了浅硬土层场地的平均场地放大系数.利用场地放大系数,消除13次余震中浅硬场地的台站场地响应,反演了龙门山断层上、下盘的介质品质因子以及13次余震的有效应力降.通过与普通土层场地的强震动记录对比,对浅硬土层场地的放大系数进行调整,得到了深厚土层场地的平均放大系数.     

中国大陆主要地震活动区中小地震震源参数研究

本文利用中国大陆几个主要地震活动区近几年积累的大量ML≥3.0数字地震观测记录,在分别反演得到13个不同构造研究区域的介质衰减模型、348个台站的场地效应的基础上,自0.1~20 Hz的SH观测波形数据中逐步消除了仪器、噪声、几何扩散、传播路径的介质衰减、台站场地效应等影响后,恢复了2573次3.0≤ML≤6.0地震的震源谱,采用ω平方震源模型拟合震源谱后,利用Brune的圆盘模型计算了它们的震源参数,并讨论了中国大陆中小地震的震源特征,比较了中国大陆不同地区的应力降释放水平,综合讨论了地震应力降与震源深度、机制解类型、地震大小等各种因素的关系.研究表明,中国大陆中小地震释放的应力降在0.1~20 MPa之间,绝大多数在10 MPa以下.新疆天山中东段地区、青藏块体东北缘及龙门山断裂带东北缘是高应力降地震集中的区域,表明这里的断层受到相对较强的构造剪应力作用.中小地震释放的应力降随着震级的增大而增大,应力降Δσ∝M03.14,不遵循常数应力降模型.在深度20 km以内,中小地震释放的应力降对深度的依赖不显著,但在20 km以上深度显示出随深度增大而增大的现象.中小地震释放的应力降没有表现出与震源机制类型的相关性.本研究实现了震源参数的准实时计算,丰富了大陆块体内部地震震源定标率关系研究的样本.可以预见,随着中小地震数据的大量产出和积累,这些震源参数的时空分布特征研究将会为地震预测预报研究提供有实际物理意义的依据,得到的介质衰减模型及场地效应等也将对台网日常震级ML测定所需的量规函数、台站校正值的研究提供重要参考.     

2021年5月21日漾濞MS6.4地震极震区地形效应对地震动特性的影响

基于对2021年5月21日漾濞M_S6.4地震微观震中秀岭村进行的震害调查,利用流动观测地形台阵观测资料,分析了地形效应对地震动特性的影响。结果表明,若地震波垂直山脉走向入射,陡坡会放大地震波的高频部分,且不同高程处,山脉垂向低频差异较大,山脉走向低频差异较小。利用谱衰减法计算高频衰减参数的场地影响项κ₀,分析了水平和竖向分量的κ₀与场地软弱程度和卓越频率的相关性,其结果表明,在小尺度范围内,水平分量和竖向分量的κ₀均具有较强的空间不均匀性。     

基于场地效应的地震动特性研究

为了研究强地震作用下,场地类别对于地震动幅频特性的影响,本文统计了3 579条日本地震动的时程,并针对场地类别的不同,分别从基岩和土层的峰值加速度幅值特性角度,以及从标准化反应谱和平均加速度反应谱等频谱特性的角度研究其幅频衰减特性,最后给出了各类场地峰值加速度衰减曲线。结果表明,土层对于地震动幅值和频谱的放大作用会随着场地类别的变软而增加,并且场地越软,远场的长周期特性越明显。利用平均加速度反应谱可以有效地反映频谱中的长周期成分。     

广西地区地震动衰减Q值和场地响应研究

根据2007-2013年广西数字测震台网21个地震台的665条波形资料,运用三段几何衰减模型,采用Akinson方法多台多地震联合反演,得到广西地区非弹性衰减Q值,利用Moya方法进行台站的场地响应测算.结果表明:广西地区非弹性衰减Q值和频率f线性关系较好,Q(f)=366.3f0.47;其中10个台站的场地响应在1附近,且随频率变化波动小;百色、桂林、梧州地震台场地响应随着高频增加而缓慢降低;钦州地震台低频部分较为平坦,高频部分有较为明显的放大效应;河池地震台低频部分较为平坦,在频率7 Hz以上快速下降;南宁地震台仪器通带范围的能量场地响应有明显的放大效应.     

应力降的标度性质与震源谱高频衰减常数

震源谱的高频衰减常数对于较大的地震接近于2,对于小地震接近于3,而对于大、小之间的地震则通常不是一个整数,并且随地震尺度而变化．我们把震源谱高频衰减常数及其随地震尺度的变化与应力降随地震尺度的变化联系起来,试图给出在地震记录的完整性和高频特性并不理想的情况下,间接地研究应力降标度性质的方法．对1988年澜沧-耿马地震部分余震的研究表明,就这些余震而言,小地震的应力降随地震尺度而增加、大地震的应力降保持不变的模型,可以很好地解释观测得到的震源谱高频衰减常数及其随地震尺度的变化．     

基于经验参考场地的广义线性反演方法

为了克服广义线性反演方法（GIT）中理想的参考场地难以找到的局限性,本文将四分之一波长法计算的平均场地放大系数和谱衰减法计算的高频衰减参数作为GIT方法的经验参考场地（ERS）。以2008年5月至8月间28个强震动台站记录的95个汶川8.0级地震余震的615组强震动记录为例,通过与其他方法的比较,验证了ERS-GIT的合理性,并讨论了各类方法之间差异的原因。结果显示,ERS-GIT方法、传统GIT方法和非参数化GIT方法计算得到的平均应力降依次为1.15 MPa,0.78 MPa和0.52 MPa;ERS-GIT方法和传统GIT方法得到的品质因子分别为Q（f）=75.02f^1.27和Q（f）=65.56f^1.22。以场地的卓越频率为分界,ERS-GIT方法得到的局部场地响应在长周期和高频部分分别与H/V谱比法和传统GIT方法更为接近。     

近断层强地震动场预测

以1997年4月11日新疆伽师地震（Mw6.1）为例,详细介绍了近断层强地震动场的预测方法.首先,用有限断层震源建模方法建立了该次地震的震源模型;然后,基于动力学拐角频率的地震动随机模拟方法,模拟了该次地震仅有主震加速度记录、且位于巨厚土层上的三个台站的加速度时程,并用实际地震记录进行了验证.在此基础上,基于预测的近断层77个节点的加速度时程的峰值绘制了该次地震的加速度场.结果表明,上述方法模拟的加速度时程在0.5 Hz以上的高频段是可行的、实用的;预测的近断层加速度场具有非常明显的上盘效应.地表最大加速度的范围与断层面上最大凹凸体位置相对应,说明与断层面上凹凸体相对应的地面上的建（构）筑物将会遭受到较为严重的震害.     

地震动参数衰减规律的研究

对收集到的近两万条美国西部的强震记录进行了分析整理，选用了108个台站共324条基岩强地震动记录，对建议的地震动参数衰减模型进行了统计，该地震动参数衰减模型中考虑了区域介质品质因子，试图通过不同地区介质品质因子的差异规律来实现地震动参数衰减特性的相互转换。这对缺乏强震记录资料地区的地震动参数估计将带来极大的方便。     

乳山震群震源谱参数的稳健反演

本文引入截止频率fmax提出基于Brune模型的高频截止（High-Cut）模型,采用两步反演的方法来拟合求解震源谱的特征参数,并给出其误差范围;实际应用显示该模型的理论谱对观测谱有很好的拟合,可明显改善拐角频率识别的准确度.将该方法应用于2013-2015年的乳山震群,计算了乳山震群25次ML≥3.0事件的震源参数（地震矩、破裂半径、应力降等）,进一步对乳山震群的震源破裂特性进行了讨论.结果显示：拐角频率、应力降与震源尺度大小明显相关;高频衰减系数γ与震源破裂区的复杂程度以及破裂性质有关,当观测记录中混杂有其他事件的波形或微破裂时,高频衰减系数大于2,并且不确定性增大;截止频率fmax与地震大小存在一定相关性;使用Beresnev（2001）给出的震源半径计算公式,得到的乳山震群的结果显示与华北地区的经验关系较为一致;乳山震群的应力降明显偏小（最大不超过0.15 MPa）,一方面反映了震中区域的构造应力水平,另一方面可能还意味着此次震群是一个相对非耗散型的脆性破裂过程,属于低摩擦应力的断层作用.     

Moment magnitude estimation using Iran strong motion data

Journal of Seismology - In this study, seismic moment, moment magnitude, and the corner frequency of Iranian earthquakes were estimated using the Iran Strong Motion Network (ISMN) data. To estimate...     

A non-parametric wave type based model for real-time prediction of strong ground motion accelerogram

A wave type based method for real-time prediction of strong ground motion (SGM) accelerogram is developed. Real-time prediction of SGM is requested in predictive building control systems to trigger and control actuator systems achieving the goal of reduction of the structural deformations during an on-going earthquake. It is well known that SGM is a classic example of non-stationary stochastic process with temporal variation of both amplitude and frequency content. The developed non-parametric model considers the non-homogeneity of the seismic process which contains different wave types with the individual frequency contents and time-dependency amplitude distribution pattern. Therefore, an important part of the method is to detect dominant seismic wave phases. Prediction of seismic signal is undertaken by applying frequency adaptive windowing approach, which leads to predict the on-coming signal in time window t+Δt based on the measured data in the time window t. Besides use of the frequency adaptive windowing, constant windowing and semi-adaptive windowing approaches are deployed. The results show that use of the adaptive time windows relevant to dominant frequency of the signal will enable the model to catch and predict the most dominant frequencies. Performance of the proposed model is verified by the use of 97 free-field accelerograms, which were applied to train and validate the prediction model. The selected accelerograms were measured above the soil type C and D according Eurocode 8 and their Moment magnitude are ranging between 6.2 and 7.7. The learning capability of the radial basis function Artificial Neural Network is used to reconstruct the SGM accelerogram. The most significant advantage of the proposed model is the concept of wave type based modeling which has the advantage of a conceptual physical modeling of the seismic process. Comparison of the real-time predicted and the observed accelerograms shows a high correlation when the frequency adaptive approach is applied. This paper lays a foundation for more effective use of real-time predictive control systems and potential for future extension in active structural control as well as in real-time seismology.     

山脊地形效应的强震动观测研究

根据强震动观测、实验研究与数值模拟结果表明,山脊地形对地震动具有显著影响。文章基于汶川地震主震及余震的三个地形效应观测台阵记录的三分量地震动加速度时程,经基线校正后计算得到各观测点的地面峰值加速度、峰值加速度比和反应谱比,分析山脊地形对地震地面运动的影响。结果表明：山脊地形对地震地面运动的影响显著,其地形地震效应随山脊地形的不同而变化,且地形效应具有方向性;水平向地形效应显著于垂直向;谱比是周期相关的,在所分析的周期范围内谱比不总是大于1.0。     

强震动记录数据格式研究

强震动记录数据是构建震害防御体系的重要数据基础,又是应急救援体系的重要参数指标。当今互联网技术及数据库技术的飞速发展,对数据共享及数据应用提供了必要条件,掌握多种强震动记数据格式是上述工作的良好基础。本文着重研究国内外5种主流的强震动记录数据格式(美国USGS格式、日本K-NET格式、美国PEER格式、土耳其格式、中国UA格式),针对目前地震应急需求,提出中国强震动记录数据格式发展建议。     

基于WebGIS的强震动台网数据发布系统研究

WebGIS技术在美、日等国家强震动台网发布系统中得到了广泛应用，本文提出了我国强震动台网系统利用WebGIS发布信息的设计思路。对系统环境设计和关键技术以及空间数据库架构进行了研究，指出分布式WebGIS的应用研究已成为强震动台网数据发布系统建设的发展趋势。     

Neural estimation of strong ground motion duration

This paper presents and discusses the use of neural networks to determine strong ground motion duration. Accelerometric data recorded in the Mexican cities of Puebla and Oaxaca are used to develop a neural model that predicts this duration in terms of the magnitude, epicenter distance, focal depth, soil characterization and azimuth. According to the above the neural model considers the effect of the seismogenic zone and the contribution of soil type to the duration of strong ground motion. The final scheme permits a direct estimation of the duration since it requires easy-to-obtain variables and does not have restrictive hypothesis. The results presented in this paper indicate that the soft computing alternative, via the neural model, is a reliable recording-based approach to explore and to quantify the effect of seismic and site conditions on duration estimation. An essential and significant aspect of this new model is that, while being extremely simple, it also provides estimates of strong ground motions duration with remarkable accuracy. Additional but important side benefits arising from the model’s simplicity are the natural separation of source, path, and site effects and the accompanying computational efficiency.     

Effect of tilt on strong motion data processing

In the near-field of an earthquake the effects of the rotational components of ground motion may not be negligible compared to the effects of translational motions. Analyses of the equations of motion of horizontal and vertical pendulums show that horizontal sensors are sensitive not only to translational motion but also to tilts. Ignoring this tilt sensitivity may produce unreliable results, especially in calculations of permanent displacements and long-period calculations. In contrast to horizontal sensors, vertical sensors do not have these limitations, since they are less sensitive to tilts. In general, only six-component systems measuring rotations and accelerations, or three-component systems similar to systems used in inertial navigation assuring purely translational motion of accelerometers can be used to calculate residual displacements.     

基于强震动台阵记录的震源破裂长度实时估测方法

本文提出一种通过小孔径台阵波束形成技术快速估测震源破裂长度的方法,同时提出了调整各台站相位的方法,即在每个台站的延时无法确定的情况下,近似地得到每个台站之间相位差的方法。在此基础上,利用自贡强震动观测台阵在汶川地震中得到的主震地震动记录进行了破裂长度的离线快速估测。结果表明,该方法的时效性较好,在地震动加速度峰值到来前约10 s时,便得到了断层破裂长度（约120 km）和相应破裂走向的估测结果,虽然此时的估测结果与最终估测结果（约230 km）有较大的偏差,但从实现快速地震预警的角度来看,还是有较好的实际意义。通过与前人的研究结果进行对比,结果显示该方法低估了东北方向的破裂长度,于是探讨了该现象产生的原因及可能的解决方案。最后对这种算法的计算速度进行了测试分析,结果表明通过并行计算该方法能够满足实时断层破裂长度估测的要求。