辽宁地区Lg波衰减及场地响应特征

准确的衰减特征及台站响应对于定量确定地震台网观测环境和分析其构造机制具有重要意义。选取2008—2017年辽宁数字地震台网地震波形资料,利用Lg波谱比与台站场地响应联合反演方法,获得了1～7 Hz Lg波三分向(UD,NS,EW)衰减关系,参与评估的32个台站的场地响应幅值曲线较为平滑,各频段衰减效应存在差异。大多数台站的场地效应幅值在1～8,少数台在低频或高频段上呈现放大效应,最大的幅值近16。结果表明:辽宁地区为低Q0(对应频率1 Hz)和低频率依赖性的构造活跃区,场地响应特征与浅层结构及地质构造有密切关系。不同场地类型的场地响应特征差异明显:井下场地类型的场地响应在低频段内(1～2 Hz)有明显的放大效应;地表较山洞场地类型的场地响应幅值在径向和垂向上都有抬升;相同场地类型中,场地响应放大效应在径向上比垂向上大的多,可能与台基岩性特征有关,而岩性差异对场地响应特征的影响不明显。     

用Moya方法反演云南数字地震台站场地响应

采用云南区域数字地震台网记录到的178个M≥3.0地震的S波资料,运用Moya方法反演了其中22个子台的场地响应。结果表明,在1～15Hz范围内,22个子台的场地响应都与频率相关,其中3个台的场地响应接近1、平稳变化;11个台站低频部分场地响应接近1、高频衰减;7个台站低频部分场地放大、高频衰减,1个台站场地放大明显。     

河北地区地震动衰减和场地响应的研究

利用河北测震数字台网2009年1月-2015年5月记录到的169个ML≥2.5地震(含山区和平原)4 180条波形资料,将河北(含北京、天津)及邻近地区作为研究区域,根据地形及地质构造将研究区域分为山区和平原两个区,采用三段几何衰减模型,用Atkinson(1992)方法计算各自的Q值,得到山区和平原的非弹性衰减Q随频率变化的关系式分别为:Q(f)=474.8f0.3589,Q(f)=294.5f0.5193,并与已有的结果进行对比。在此基础上,利用Moya(2000)方法进行震源谱和场地响应的联合反演,得到了93个基岩台、58个井下台的场地响应,基岩台的场地响应随频率的变化较为复杂。不同类型的基岩台场地响应绝大多数无明显的一致性特征;井下台站的场地响应随频率变化的形态基本一致,在低频段(1~7 Hz)表现为放大作用,在高频段(7~20 Hz)表现为衰减效应。     

利用不同方法估算流动台站的场地响应

本文以2003年7月21日云南大姚6.2级地震序列为例, 分别利用地面运动反演法(Moya方法)、 水平与垂直向之比法(Nakamura方法)和参考台站法研究大姚地区场地响应特征。主要结论有: ① Moya方法计算的场地响应结果表明, 大姚地区场地的放大作用是比较明显的, 平均在3~20倍, 最高达到40倍; 卓越频率位于3~6 Hz之间, 但在高频处(约10 Hz以上)场地响应衰减得比较明显; 不同岩性台基的台站, 其场地响应结果存在一定的差别, 台基为风化砾岩的场地响应结果比较平缓, 其场地响应值比台基为土层的其他台站小一些。② 入射角在40°以上和以下范围, Nakamura方法得到的场地响应形态有差异, 但在各自范围内, 场地响应与入射角的依赖关系不明显。③ 利用同一台站不同时间记录到的地震资料, 由三种方法各自得到的场地响应都具有较好的稳定性; 由于垂直分量仍具有放大作用(在10 Hz以下), Moya的结果大于Nakaruma的结果, 但两者形态上一致性较好; 参考台站法由于受参考台站的影响, 计算得到的场地响应形态和其他两种方法差异较大。④ Moya方法是依赖于震源模型的方法, 它能给出绝对的场地响应值, 其它两种方法的结果是一种相对场地响应, 受参考对象的影响较大。     

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。     

用广义反演方法估算首都圈地区台站场地效应

本文利用2001—2006年首都圈地区的SH波数字化地震资料, 用广义逆矩阵联合反演的方法得到了63个台站的场地效应值。 基岩场地的场地效应比较稳定, 在1～10 Hz范围内为1左右; 沉积场地在低频场地效应较高, 在1～8 Hz范围内在3～7之间, 5 Hz左右场地效应有明显的突起, 以后随频率增加降低。 结果表明, 台站岩性是影响场地效应形态和大小的主要因素, 此外其场地效应还可能与所处的局部地质构造等因素有关。     

基于强震动记录的汶川地震场地效应研究

场地效应一直以来是地震工程领域研究的热点。利用数值模拟和理论计算的方法进行这方面的研究已极为普遍。由于不需要太多的假设和简单的计算过程,基于强震动记录的场地效应分析方法越来越得到认可而被广泛应用。2008年汶川地震中,我国强震动观测网络(NSMONS)在主震和余震中分别获得了大量高质量的自由场加速度记录。这些记录为研究汶川地震场地效应提供了良好契机。本文以此为基础数据,从场地类别划分、场地反应广义反演和场地反应非线性识别3方面开展研究,旨在拓宽强震动记录在我国科学研究和工程实践领域的应用范围,推进强震观测事业的发展。主要工作如下:(1)在总结了目前国内外3种常用的HVSR场地分类方法优缺点的基础上,提出了一种新的分类方法——谱比熵权决策法,改进了现有方法。采用这4种方法划分了汶川地震中54个强震动固定台站和66个流动台站的场地类别。通过比较不同分类结果的差异,验证了新方法较以往方法更具合理性。(2)提出了一种新的基于HVSR形状的场地分类标准。在汶川地震强震动流动台站的场地分类中,证实了新标准可提高分类准确率,有效地解决了以往方法当HVSR曲线出现多个峰值或没有峰值的情况下无法适用的局限性。另外分类结果还表明,HVSR方法识别的场地自振周期TG与台站高程存在一定的相关性,总体上,高海拔地区的台站场地TG相对较小。(3)选取了28个强震动台站在汶川地震余震中的96个地震中获取的602组记录,采用广义反演法(GIT法)分离了其震源、路径、场地3项因素。针对台站062WUD,采用标准谱比法(SSR法)估计其场地反应并与GIT法的结果进行比较,显示两者较为一致,验证了广义反演结果的可靠性。将GIT法获得的28个台站的场地反应与HVSR法获得的结果进行比较,发现HVSR法计算的台站场地卓越频率与GIT法较一致,但场地反应幅值大都低于GIT法,验证了HVSR法能很好地估计场地卓越频率但会低估场地反应幅值的已有认识。在对数刻度下回归了1.0~5.0Hz、5.0~10.0Hz及1.0~10.0Hz频率段内的平均场地放大因子与上地表土层20m深度的等效剪切波速VS20值的线性关系,结果显示两者具有较好的相关性。(4)在运用广义反演法对汶川地震场地非线性反应进行识别与分析的过程中,定义了一种新的表示场地至地震源(site-to-source)距离的形式——凹凸体距,并验证了其相比目前常用的破裂距、断层距和震源距更能科学近似地表示大震中场地至地震源的距离,解决了广义反演方法不适用于大地震的局限性。(5)提出了将S变换应用于场地地震反应的非线性识别与分析的研究思路,与GIT法和HVSR法分别对33个强震动台站在汶川地震主震中的场地地震反应进行非线性识别与分析。结果表明,当地震动PGA300cm/s2或PGV20cm/s时,场地地震反应出现明显的非线性现象,对应台站051AXT、051GYS、051GYZ、051JYC、051JYD、051JYH、051JZW、051MXN、051SFB和062WUD,在汶川地震主震中产生了显著的场地非线性反应。通过与GIT法和HVSR法的研究结果进行比较,证实S变换在时域内可有效地进行场地反应的非线性识别,并且较频域方法具有能识别非线性发生的具体时间的优点。(6)在对汶川地震场地地震反应进行非线性识别过程中,分析了GIT法和HVSR法获得的弱、强地面运动作用下的场地卓越频率之比RFp与地震动水平PGA、PGV以及场地系数VS20、VS30之间的相关性。结果显示,RFp与PGA、PGV存在较强的正相关性,却与VS20、VS30弱相关。提出了一种新的定义场地反应非线性程度的参数——ADNL,计算了各台站的ADNL值以及其他类似参数fNL、DNL和PNL,并与地震动参数PGA进行经验回归分析,结果显示,各参数与PGA都存在强烈相关性。     

用H/V谱比法计算云南区域数字地震台站的场地响应

用H/V谱比法,计算给出了云南区域数字地震台网23个子台S波随频率变化的台站场地响应特征。结果表明:在1～10Hz频段内,23个子台S波的场地响应相对较平坦,在1.41～2.91之间变化,平均2.08;在大于10Hz的高频段,部分台站的场地响应有较明显的放大。     

基于广义反演法的不同位置地震引起盆地放大效应的研究——以仙台盆地为例

基于强震观测记录,采用广义反演法和HVSR法分析日本仙台盆地48个强震台站以及场地v_S30和盆地深度对放大效应的影响。研究表明,相比于广义反演法,HVSR法能够较好地给出场地主频,但会明显低估放大效应的幅值;处于盆地外不同位置的浅源地震引起的盆地放大效应差异明显,仙台盆地南部海域地震引起的放大效应最大,盆地北部陆地地震引起的放大效应最小;盆地南部和东部地震引起的S波的放大效应与v_S30的相关性较强,北部地震的放大效应与v_S30基本不相关;盆地S波的放大效应与盆地深度在0.5～5 Hz频段内的相关性较强,在0.25～0.5 Hz和5～10 Hz频段内基本不相关。     

用双向反应谱比法估计地形对结构反应的影响

基于汶川地震发生时自贡市西山公园地形影响台阵的加速度记录,利用双向反应谱比法分析了山脊地形对单自由度体系结构反应的放大效应,结果表明:(1)水平向结构反应在结构自振频率小于1Hz的低频段放大效应不明显;在1～ 10Hz频段山顶放大效应最大,最大值达3.25,对应频率为6.25Hz;在10 ～ 20Hz频段,各台站放大效应趋于平稳,靠近山顶的7号台站放大效应最明显,最大值为2.3,对应频率为16.7Hz.(2)结构反应的最大放大系数有随高度的增加而增大的趋势,且在1 ～ 10Hz频段这种趋势比较明显.(3)与其它场地效应估计方法相比较,该方法能够体现地形效应对结构反应的影响,从而更有利于研究建筑结构震害的分布.     

祁连山主动源观测台站场地响应分析

场地响应是精确测定震源参数和稳健估计出高精度地壳介质衰减变化的关键影响因素之一,采用H/V尾波谱比法,对祁连山主动源观测台网中40个短周期观测台站的场地响应进行了分析。结果表明,祁连山主动源观测台网中40个短周期观测台站均存在不同程度的放大（衰减）作用,根据40个台站观测波形的尾波场地响应曲线特征,可将其分为平坦类、放大类、高频衰减类,在1~20 Hz频段内部分台站场地响应曲线呈现平坦,场地响应值为1~2倍;而大部分台站在不同频段有明显放大（衰减）作用,场地响应值为0.3~9倍。台站台基岩性可能是决定场地响应曲线特征和大小的主要因素,且与台基介质密度具有反相关性。     

内蒙古地区场地响应区域特征分析

本文以内蒙古地区台站分布、地质构造和地震活动性为基础,将内蒙古的大部地区划分为三个研究区域分别进行了场地响应研究。对近几年积累的大量ML≥3.0级以上地震,共计39个台站记录到的124次地震事件的785条波形,根据S波的观测振幅谱,采用遗传算法分别反演了三个区域的介质非弹性衰减系数和台站场地响应,并对其进行了讨论。本文得到的介质衰减模型和台站场地响应,将对台网测定ML震级需要考虑的量规函数、台站校正值等提供重要参考。研究结果表明:除个别台站存在场地放大或缩小的响应外,绝大多数台站的场地响应表现出一定的区域性特征;西部区域(除极个别台站外)对高频存在明显衰减;中东部区域对整个频段的反映都比较稳定;东部区域对整个频段存在明显放大,这与该区域覆盖层厚度大相吻合。     

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.      

江苏省区域地表背景噪声特性的分析

利用welch方法,计算了江苏省"十五"数字地震台站地表背景噪声在0.01～20 Hz频带范围内的功率谱值,结果显示在周期10～16 8、4～8 s处分别存在两个明显的峰值.对比白天和夜晚时段台站三分向地表背景噪声的功率密度谱比值发现,地表台站三分向背景噪声在高频段(≥1 Hz)变化最为显著,在微震峰值频段(0.125～1 Hz)几乎所有台站之间的差异都不大,低频段(≤0.125 Hz)大部分台站垂直向白天时段的噪声水平比夜晚的值低,水平向则相反;但井下观测系统全频段内的比值变化都很小.此外,在2～16 Hz频率范围内,沿长江的苏南-上海地区的平均噪声水平高于苏中和苏北地区,比NLNM(低噪声模型)值高约45 dB左右;在0.125～1 Hz频率范围内,江苏中东部的噪声水平高于其他区域,推测这可能是与区域地质构造差异有关.     

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。     

陕西省地震动衰减及台站场地响应研究

利用陕西省测震台网的25个台站和2008—2010年所记录到的19个地震进行了陕西省Q值及台站场地响应值的计算,得出非弹性衰减Q值随频率f的关系为Q（f）=826.57f 0.3538。这说明陕西省处于高Q值区域,地壳相对较稳定,地震活动性相对较弱。计算得到的陕西省数字测震台网25个台站的场地响应值,其中,只有铜川台（...     

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。     

华北中北部地区震源参数和场地响应的联合反演

利用遗传算法反演华北中北部地区27个地震震源谱的低频水平、拐角频率和25个台站的场地响应。具体方法是利用研究区的平均衰减模型对记录谱进行路径校正，然后假定每一个地震的ω^2模型，调整低频水平和拐角频率使所有台站场地响应的标准偏差最小，最后给出参与计算的每个台站的场地响应。结果表明，17个基岩台中11个台的场地响应在1～20Hz范围内接近1，6个基岩台的场地响应部分频段放大或缩小3倍以上。8个井下摆台站的场地响应形态相同，表现为低频放大，高频部分迅速衰减。地震矩与震级的关系为logM0=17．1 1．13ML，地震矩与震源半径的关系为logM0=19．4 0．0052r。     

浙江地区Lg波路径衰减关系及 台站场地响应参数

基于浙江省数字地震台网2007—2012年记录的台湾地区355次M_S≥4.0地震的波谱比数据, 使用场地响应与路径衰减联合反演的方法, 对穿越台湾海峡特定路径的Lg波衰减关系及浙江地区36个测震台站的场地响应参数进行了计算. 计算中选取频率为1—7 Hz、 间隔为0.2 Hz, 计算得到了三分向(U--D, N--S, E--W)的衰减关系及场地响应参数. 三分向衰减参数关系为γ_UD(f)=0.0055f0.94, γ_NS(f)=0.0064f1.11和γ_EW(f)=0.0048f0.90. 浙江地区36个台站均获得了稳定的场地响应, 其中庆元台在高频端表现出较明显的放大效应, 其它台站在所研究的频率范围内各分向场地响应大致相当, 并未显示出明显的方向性特征. 最后对场地响应的异常部分进行了具体分析和验证, 表明本文计算结果正确可靠.      

内蒙古区域背景噪声特征分析

应用PDF方法,计算了内蒙古现运行48个测震台站0.01~20 Hz频带范围内的功率谱密度(PSD)和1~20 Hz频带范围内噪声均方根(RMS)值,定量分析了内蒙古区域背景噪声水平。结果显示:平均噪声水平属于Ⅰ类的台站有45个,Ⅱ类有3个;台站背景噪声在1 Hz以上频段内,主要受公路和人为影响;在0.6~1 Hz频段内背景噪声水平差异较小;在低频段,水平向受温度和湿度影响大于垂直向,山洞台受影响小于地面台。