基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析

2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震是继2008年汶川M8.0地震和2013年芦山M7.0地震之后,青藏高原东缘在不到10年的时间内发生的第3个震级M7.0以上的强震,震中位于青藏高原巴颜喀拉块体东缘东昆仑断裂带东端的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇部位,四川省地震局的数字强震台网共有37个台站获取了主震的三分量强震加速度记录。由于傅里叶（Fourier）变换仅能提供强震记录的频域信息,故本文在对九寨沟M7.0地震的加速度记录进行时频分析时采用了一种基于聚类经验模态分解（EEMD）的希尔伯特-黄变换（HHT）方法提取信号时频特性,通过对震中附近台站的加速度记录进行EEMD分解和希尔伯特（Hilbert）变换及谱分析,最终有效获得了信号能量的时频分布特征,量化提取了中心频率、Hilbert能量、最大振幅对应的时间等特性,并与Fourier变换进行了对比研究。研究结果表明:对于非线性的强震记录采用EEMD能够有效抑制经验模态分解（EMD）中存在的模态混叠问题,FFT谱与Hilbert边际谱相比,它在低频处会低估地震动的幅值,随着频率的增加,FFT谱又会放大其幅值。      

河北尚义M4.0地震加速度记录时频特性分析

2016年6月23日,河北张家口尚义县发生M 4.0地震,发震构造为尚义-平泉断裂。采用基于聚类经验模态分解（EEMD）的HHT计算方法,对尚义M4.0地震强震动记录进行EEMD分解、Hilbert谱变换及谱分析,得到强震动台站的加速度记录分量的时程、FFT谱和边际谱、瞬时能量谱及时频谱,对比分析并认识各种谱的时频特性及规律,做好灾前预防工作,以减少人民生命财产损失。     

2011年四川炉霍M_S5.3地震加速度记录的时频分析与能量计算

2011年4月10日四川炉霍发生Ms5.3地震.本文选取了此次地震中不同震中距的台站所获取的三分量加速度时程记录,针对目前EMD分解的HHT方法存在的模态混叠问题,采用了一种基于EEMD分解提取信号时频特性的方法,对加速度记录进行能量计算和时频分析发现,该方法不但有效抑制了以往EMD分解过程中所出现的模态混叠问题,而且还较好地提取到记录的时频特性和能量集中分布的时频段.并与Fourier变换、小波分析进行了对比研究证明了该方法在处理非平稳、非线性强震信号中的有效性和实用性,在强震数据处理领域有着较好的应用前景.     

汶川8.0级地震强震动加速度记录的初步分析

本文对国家强震动台网中心收集的2008年5月12目14时28分04秒汶川8．0级地震中获取的420组三分量加速度记录进行了处理和初步分析。在分析前对原始加速度记录进行整理、转换数据格式、零线校正、录入原数据,形成标准格式的未校正加速度数据;在这次地震中布设在龙门山断裂带及其周围地区有50多个台站获得了大于100 Gal的加速度记录,有46组三分量加速度记录的断层距小于100km,使中国大陆近断层区域所获得的强震动加速度记录的数量成倍增加。本文依据这批数据对汶川大地震强震动特性进行了初步分析,给出了此次地震断层附近地区的PGA衰减规律,并利用此规律模拟断层附近的加速度峰值,绘制了PGA分布图;给出了汶川地震断层附近的加速度反应谱、上盘效应、速度大脉冲效应等地震动特征,这些特征可作为抗震设计规范修订的依据及灾区重建时参考;最后展望了这批强震动加速度记录的应用前景。     

基于EMD,EEMD与CEEMD的信号时频分析技术对比研究

时频分析方法在各个领域中广泛应用起来,特别是在工程领域中对结构和构件的变形以及内部损伤检测应用较多。HHT作为一种新兴的非线性,非平稳时频分析技术在探测和勘探领域中具有广阔的前景。文中重点对EMD,EEMD和CEEMD算法进行分析,通过对合成信号进行傅里叶变换和希尔伯特-黄变换,得到信号的频谱图,希尔伯特黄谱,边际谱等数据。通过对比分析,总结了三种方法的优缺点。结果表明,EMD,EEMD和CEEMD方法是进行非线性非平稳信号分析的有效工具。     

基于改进的希尔伯特-黄变换的地震强震动特征提取

2021年5月21日漾濞M_s6.4地震是云南近10 a以来继M_s6.5鲁甸地震和M_s6.6景谷地震后发生的又一次破坏性浅源地震,其震中位于滇西北地区维西-乔后断裂带附近。震源机制结果显示：此次地震属于走滑型破裂,符合区域构造特征。为进一步研究该地震强震动特征,特引入改进后的希尔伯特-黄变换(HHT),以不同角度客观分析强震动的尺度和频域特征。研究结果表明：希尔伯特-黄变换在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的边际谱和时频谱可在一定程度上保留原始数据的主要信息,该方法可为类似破坏性浅源地震的强震动特征分析提供更有效的信息参数,保证了信号分解的稳定性,更适于处理非平稳信号,可为现代信号应用分析于强震动特征提供另一种新思路。     

基于汶川MS8.0地震强震动记录的山体地形效应分析

2008年汶川M_S8.0地震中, 固定和流动地形影响台阵记录到大量主余震记录, 本文通过对其均方根加速度、 相对持时、 频谱等要素进行分析, 讨论了山体地形效应的特征及其影响因素. 对于自贡西山公园地形台阵各测点的分析结果显示: 该台阵山脚基岩位置地震动的均方根加速度和相对持时明显低于山体周边土层场地和山体基岩测点; 随着高程的增加, 山体基岩测点的均方根加速度逐渐变大, 相对持时则变化不大, 傅里叶谱形状也大体一致, 在2.0—5.0 Hz频段内有所放大; 山体周边土层场地和山体地形对于相同地震动输入中不同频段内地震动能量的放大水平不同, 从而导致二者的地表地震动强度产生显著差异, 且前者对地震动持时的增加更加显著.      

2020年1月19日新疆伽师MS6.4地震强震动记录特征初步分析

2020年1月19日新疆伽师发生M S6.4地震,新疆强震动观测台网共获取44组强震动记录,西克尔强震台获得本次地震最大峰值加速度633.3×10-2 m·s-2。本文对获取到的强震动记录进行初步整理、分析,拟合得到本次地震地震动峰值加速度衰减关系,在300 km范围内与经验性衰减关系相差不大。计算分析了峰值加速度大于100×10-2 m·s-2的5个典型强震台站加速度反应谱,并与设计反应谱进行对比分析,同时计算了这5个台站地震动70%及90%能量持时,两者相差较大,反映出地震主要能量释放集中在相对较短的时间内。     

基于折线包络的经验模态分解方法

1998年,Huang提出了处理非平稳信号的HHT方法(Hilbert-Huang Transform,简称HILT).该方法包括两个步骤:①任意信号首先经过经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)被分解为一系列固有模态函数(IntrinsicModeFunction,简称IMF).     

基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解压制高频噪声

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中提高信噪比的关键性问题.本文针对f-x(频率-空间)反褶积空间预测滤波器无法处理非平稳、非线性信号的缺点,提出了一种基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解(Empirical Mode Decomposition in the frequency-space domain,f-xEMD)压制地震剖面中高频噪声的方法.该方法采用全域高通滤波从原始数据中分离出含有部分有效信号的高频数据,将其变换到f-x域,然后在滑动的短窗口内提取每一个频率的空变数据序列进行EMD分解得到高频复本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)IMF1,将所有频率的IMF1序列反Fourier变换到时间域得到噪声剖面,将其与原始数据相减,达到高频噪声压制的目的.该方法可克服传统EMD分解方法中的模态混叠现象,保护陡倾角反射同相轴;压制后的噪声剖面中不包含有效信号能量,地震剖面的信噪比得到了提高.模拟数据和实际数据处理结果充分证明了该方法的有效性.     

基于HHT的结构强震记录分析研究

本文利用HHT(Hilbert-HUang Transform)研究了结构强震记录的时频特性及结构动力特性。介绍了一座7层钢混框架结构及其强震观测台阵概况以及经历的地震情况,选择了在3次有代表性地震中的强震记录,利用一种新的非平稳信号处理方法HHT对记录进行了处理和分析,得到了该结构强震记录的时频幅值三维分布以及边际谱,并将边际谱与傅里叶谱进行了对比,识别了结构的自振频率。研究表明,对结构强震记录这种强非平稳信号,可以利用HHT分析得到能量集中分布的频段与时间范围。HHT边际谱与傅里叶谱相比,在低频部分幅值要大于傅里叶谱,而在高频部分,幅值要小于傅里叶谱。利用结构强震记录识别的自振频率比环境振动测试结果要小。     

Preliminary site classification of free-field strong motion stations based on Wenchuan earthquake records

During the great Wenchuan earthquake, about 460 permanent free-field stations in National Strong Motion Observation Network System (NSMONS) of China captured the main shock acceleration records. These records can be applied to site effect analyses, and then the site classification of those permanent stations can be carried out firstly, which will served as the fundamental information for further research. In this paper, the site of near-fault stations is classified by horizontal-to-vertical spectral ratio (...     

新疆阿图什市-伽师县交界Ms5．8地震强震动观测分析

2011年8月11日18时06分（北京时间）,在阿图什市、伽师县交界发生5．8级地震,新疆强震台网记录到13条三分向加速度记录,简要分析强震动记录特征,并完成典型记录的频谱特征计算,为进一步开展新疆地震动特征研究提供参考。     

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.     

辽宁海城M4.3地震强震记录分析

2008年辽宁海城M 4.3地震,辽宁省强震动台网12个强震台站记录到地面运动,是辽宁省自开展强震动观测以来同时获取强震记录最多的一次,记录的最大加速度为167.5 cm·s-2,初步展现了辽宁省强震动台网建设的成效.     

Ground motion attenuation of M_s8.0 Wenchuan earthquake

The great MS8.0 Wenchuan earthquake has been the most destructive earthquake since 1949 in China. The earthquake occurred no more than half a year after the establishment of the National Strong Motion Observation Network System (NSMONS) of China; what is more, the epicenter was located in the area with dense strong motion observation stations so that a large number of strong motion records of the main shock were obtained. In this paper, 501 strong motion records from 167 observation stations are utilized to...     

基于ArcGIS平台的芦山地震强震动记录分析

利用ArcGIS平台的探索性空间数据分析(ESDA)模块,将四川省强震台所记录的芦山地震强震动进行Histogram、QQplot图、半变异协方差函数云图、Voronoi地图分析,研究芦山地震强震动的特征及原因.结果表明:原始数据不服从正态分布,以宝兴地办、宝兴民治、盐源泸沽、盐源干海等台站记录离群较为明显;经过对数变换后的强震动三分量线性关系较好,宝兴地办台站的记录未出现离群现象,宝兴民治、宝兴明礼等台记录的离群现象不太明显.东西向和南北向的地震动密集度集中在西北角,收敛过渡密度区域位于龙门山山前的大邑断裂附近,与芦山地震的发震构造有较好的一致性;垂直向的地震动记录密集度集中在北部地区,而南部较为稀疏,可能与巴颜喀拉块体前缘整体随应力场变化往南移动有关系.     

汶川地震强震动地面倾斜研究

根据三分量强震动传感器水平摆和竖向摆对倾斜的动力响应差异,利用谱比法计算出汶川MS8.0地震中近断层强震动的断层法线方向和平行方向的同震地面倾斜. 结果表明, 本次地震中强震动观测台处地面倾斜一般小于1deg;,影响频段主要在0.1 Hz以下,发生较大倾斜的台站主要在距地表破裂迹线30 km以内,在100 km之外或水平向加速度幅值均方根在200 cm/s2以下时很少发生0.01deg;以上的同震地面倾斜．总体上看,上盘区域的倾斜值普遍小于下盘区域,法线方向倾斜值一般大于平行线方向倾斜值．位于前山断裂与中央断裂之间区域的绵竹清平台谱比较低但平缓且频带较宽,可能反应了该区域的运动特殊性,而汶川卧龙台则显示了上盘边缘区域地面倾斜较大．逆冲段与走滑段台站倾斜对比显示,地面倾斜可能受局部场地条件影响较大．