基于强震动观测记录的新疆南天山地区地震动特性统计分析

将布置在南天山地区的71个强震动台站从2007～2018年记录到的732组强震动加速度记录按照不同震级、震中距和场地类别分组,对加速度水平向分量和垂直向分量的加速度峰值(PGA)和放大倍数谱(β谱)及其特征周期(T_s)和持时进行了统计分析。结果表明:(1)三分量PGA随震中距的变化规律符合已有的衰减关系。地震波的传播规律和特殊的地壳构造会影响同类震级和场地条件下的PGA大小。场地条件对水平向不同分量的PGA的影响有不同的特点或规律;(2)地震动垂直向分量T_s总体上小于水平向分量T_s。随场地依次变软,水平向分量T_s逐渐增大;而垂直向分量T_s随场地类别的变化规律不明显。随震级和震中距的增大,T_s有逐渐增大的趋势;(3)场地类别对地震动水平向分量的持时有一定的影响,随着场地依次变软,持时会有些增大,对于垂直向分量,则没有明显的规律。     

中国东北及邻区竖直向地震动强度包络函数参数的确定及其衰减关系

选用2008—2019年中国东北及邻区27次地震竖直向105条强震动记录,以三段式强度包络函数模型为目标,利用加权最小二乘回归方法,尝试建立了东北及邻区竖直向地震动时程强度包络函数参数的衰减公式,以使我国的地震动区域划分更具有普遍性。同以往的研究类似,上升段持时t₁和平稳段持时t_s的确定方法采用了70%能量持时法。所选地震的震级为3.3—5.8级,最大震中距为371 km。基于土层场地的竖直向记录,通过与我国目前常用的时程强度包络函数参数的衰减关系进行对比分析发现,t₁与震级之间有明显的相关性,实际应用中应考虑震级对t₁的影响;地震整体持时较短造成t_s上升趋势随距离的增加而变缓;下降段由衰减系数c的变化可见,记录整体衰减较快。     

中国大陆地区地震动时程强度包络函数研究

地震动时程强度包络函数可描述地震动幅值的变化特征,主要用于地震安全性评价中的人工合成地震动。目前,国内工程最常用的强度包络函数参数的衰减关系是利用美国西部强震动记录统计得到的结果。本文以研究更适合我国大陆地区的强度包络函数参数及衰减关系为目标,基于中国大陆地区基岩场地强震动观测数据,采用目前广泛使用的三段式强度包络函数模型,运用70%能量持时法确定上升段持时t1和平稳段持时ts,利用统计回归方法确定衰减因子c,最终通过加权最小二乘法确定了我国基岩场地水平向和竖直向加速度时程强度包络函数参数及其衰减关系公式。通过与国内最常用的时程强度包络函数参数的衰减关系对比发现,上升段持时t1与震级之间有明显的相关性,而后者则与震级无关,下降段衰减因子c在远场普遍大于后者的研究结果。     

地表岩土层对地震动特性的影响分析

利用日本强震观测网KiK-Net中两个基岩台站、两个Ⅲ类场地台站中数百条强震记录,对比基岩场地和Ⅲ类场地的地震动特性,分析傅里叶谱卓越频率与震级和距离的关系,以及上覆岩土层对地震动的影响。分析结果表明:基岩场地上,地下和地表各分量傅里叶谱卓越频率随震级增大或距离增大而减小,大小及分布规律基本一致;Ⅲ类场地上,地下记录各分量傅里叶谱卓越频率随震级增大或距离增大而减小,而地表记录的这一规律则不明显,且地下、地表卓越频率大小及分布明显不同,对于同为Ⅲ类场地但土层条件不同的台站其变化也不同。说明坚硬的基岩场地对地震动影响较小,而基岩上覆土层对地震动有明显的影响且其影响具不确定性。     

竖向与水平向地震动加速度反应谱比特性分析

本文采用全球范围128次地震的3235组三分量强地面运动记录,分析了其加速度竖向分量反应谱与水平分量反应谱的比值(V/H)的总体特征,研究了V/H随震级、震中距、局部场地条件和震源机制的变化关系。研究结果表明:(1)场地越硬,长周期段V/H越大,短周期段则相反;(2)震级越大,长周期段V/H越大,短周期段变化不明显;(3)短周期段V/H随震中距增大而减小;(4)对于大震(M7),长周期段V/H随震中距增大而减小;而对于中强震(M7),比值在近场(R60km)随震中距增加而增大,在远场则随震中距增加而减小;(5)V/H与震源机制也有一定的关系。     

竖向与水平向地震动加速度峰值比统计特征分析

以强地面运动加速度记录为基础,研究了竖向与水平向加速度峰值比值(V/H)的统计分布特征。结果表明,V/H服从对数正态分布。对记录按震级、震中距、场地条件和震源机制进行分类统计,研究了这些因素对V/H的影响。统计分析结果显示,V/H与震级的关系不明显;V/H随距离的增大而减小,在软土场地上尤为明显;V/H与场地条件有很大关系,在近场(R≤60km)土层场地要高于基岩场地,而在远场则相反;震源机制对V/H有较大影响,特别是在近场。     

地震加速度相位差谱分布的数字特征

本文从地震加速度记录相位差谱的分布具有对数正态分布特征这一计算分析结果出发,进一步研究了基岩场地上加速度记录相位差谱分布的统计平均的数字特征——均值(?)、标准差(?)与震级M、震中距R的统计关系。它可应用于工程实际,从而为合成强度和频率含量两者均为非平稳的人造地震动提供了一个实用性较强的方法。文中利用统计分析结果,给出了不同震级、震中距的拟合目标反应谱的人造地震加速度时程。     

基于Kik-net井下基岩强震动记录的持续地震预警震级估算方法

基于地震预警中不同预警参数估算的震级差别很大,且原因不清楚,使得震级估算的准确性难以得到保证。利用井下基岩观测点的强震动记录可以最大限度减少场地条件的影响,震级估算具有干扰小、质量高的优点。选用日本Kik-net 358个台站井下基岩观测点的14 423条强震动记录数据,通过分析预警参数τ~p_(max)、τ_c、τ_(log)、P_d、IV~2分别在P波初至1 s、2 s、3 s等时段下的震级估算效果,揭示了以前未有解释的造成基于各参数估算的震级差异的原因,并给出一种震级持续估算方法。本文发现:τ~p_(max)受场地条件影响明显,建议采用基岩场地强震动记录数据进行计算;τ_c和τ_(log)受加速度记录积分计算影响容易使得震级估算偏大;P_d采用P波初至4 s进行计算,可以避免6.5～7.2级地震的震级饱和。提出了实时调整预警参数的震级持续估算方法,即基岩强震动记录的初至1 s、2 s P波的τ~p_(max)估算震级,初至3 s P波的P_d估算震级,并以初至4 s地震波的P_d估算震级作为最终的估算震级。     

台湾集集大地震及其余震的长周期地震动特性

用丰富的高质量数字强震记录对台湾集集大地震及余震的长周期地震动特性进行了研究. 本文主要研究了长周期地震动的强度随震级、距离及场地条件的变化情况;同时对近断层的长周期地震动特性进行了分析. 结果表明,集集大地震及余震的长周期地震动反应谱的形状主要受场地条件和震级控制（D+E类场地的反应谱要比B+C类的宽,震级大的反应谱要比震级小的宽）,而受距离影响并不显著;近断层长周期地震动明显受断层活动特性影响:上盘的长周期地震动比下盘的强,北部的比南部的强.      

反应谱特征参数的提取及其变化规律研究

以误差最小原则，用自动搜索的方式对强地震反应谱提取特征参数，并分析了这些参数与震级和距离的关系，结果表明，在不同场地条件下，反应谱的特征周期和谱平台高度随震级的增大而增大；同时，随着距离的增大，特征周期增大，谱平台高度降低，下降段衰减系数平均值为1.5左右。     

垂直和平行于断层方向的脉冲参数特性分析

如何实现速度脉冲参数化并对其参数进行特性分析是一个值得深究的问题。从NGA-West2强震动数据库选取126组近断层脉冲型地震动记录,采用速度脉冲模型,基于最小二乘法拟合得到水平分量的速度脉冲模型特征参数,研究震级、断层距、场地类别对脉冲参数的影响,并对比垂直和平行断层分量脉冲参数的特性差异。结果表明:垂直断层分量的脉冲峰值随震级和断层距的变化速率均快于平行断层分量的相应值,场地条件对脉冲峰值随震级和断层距的变化规律具有较大影响;半脉冲周期与主脉冲周期存在强线性相关性,两者随震级的变化规律存在差异;当震级相同时,基岩场地上的脉冲峰值时刻小于土层场地;对于集集地震来说,较小的形状参数主要分布于靠近破裂断层处,随着断层距的增大,不同分量之间的脉冲形状参数的差异也随之变大。     

根据渐进谱的统计规律生成地震加速度时程

基于美国西部80条基岩上的近场强震记录, 采用Nakayama方法生成记录的渐进谱, 并参照Kameda方式,用统计方法建立了根据震级、距离等地震参数预测渐进谱的统计模型. 提出一种以渐进谱为目标谱的生成幅值和频率非平稳地震加速度时程的迭代方法. 由于考虑了渐进谱幅值和相位的相互影响,所生成的时程的相位也是时频非平稳的,并在相位调整中识别了相位谱增量符号以加速迭代收敛进程. 最后根据统计回归的目标渐进谱模型和本文提出的拟合目标渐进谱的方法,可生成不同震级、距离条件下的幅值和频率均非平稳的地震加速度时程.      

相位差谱的分布特征和人造地震动

本文进行了地震加速度记录相位差谱的计算分析。文中指出,强震加速度时程的相位差分布符合对数正态分布,用该分布产生的随相角在合成人造地震动时程时并不需要叠加强度包络函数,所得人造地震动与实际记录十分相近,从而为合成频率含量和强度两者均为非平稳的人造地震动提供了一个实用性较强的方法。本文将对数正态分布相位差谱与正态分布相位差谱生成的人造地震动分别与实际记录进行了比较,结果表明用对数正态分布相位差谱合成的人造波与实际地震动吻合得更好。     

考虑场地类别与强震持时的滞回耗能谱的特征分析

基于力或位移的结构抗震设计方法大多无法反映地震动持时的影响,而能量设计方法则能较好地弥补其不足。按场地类别和强震持时,将302条Northridge地震记录分为15组,对地震记录的峰值进行规一化处理,采用钢筋混凝土退化三线型恢复力模型,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,研究场地类别、强震持时、强度屈服水平以及结构周期等因素对滞回耗能的影响。结果表明:在给定地震记录的峰值和屈服强度水平下,结构的滞回耗能依赖于场地条件和强震持时等因素;滞回耗能随强震持时的增加而增大,随场地特征周期的增加而增大。通过非线性回归分析,建立了与峰值加速度、峰值速度、强震持时相对应的简化滞回耗能谱的计算公式。     

加速度时程包络函数地区性差异初步研究

已有研究表明,不同地震活动强度地区的地震动峰值加速度及反应谱衰减规律有明显差异。对比分析了不同地震活动强度地区的加速度时程包络函数衰减规律是否同样存在差异。美国西部位于环太平洋地震带,地震活动的强度和频度都很高,属强地震活动区。而欧洲相对于美国西部,地震活动稍弱,属中、强地震活动区。根据加速度时程的完整程度,从NGA强震数据库中筛选出1429条美国西部强震记录和131条欧洲强震记录。在考虑场地条件时,将地表30m内等效剪切波速引入衰减模型来表征场地条件。应用最小二乘法,分别确定了美国西部和欧洲地震动加速度时程包络函数衰减关系,并进行了对比。结果显示,不同地震活动强度的地区,其包络函数确实存在差异。最后,分析了除地区性差异外,影响结果的其它因素。     

沿深度方向地震动相干函数影响因素分析

基于KiK-net台网强震记录,探讨震级、震中距、场地类别及测点高差等对沿深度方向相干函数的影响规律。结果表明:①水平分量的相干函数值随频率变化规律相同,竖向与水平分量间的差异较大;相干函数值随频率和测点高差的增加而减小;Ⅲ类场地较之Ⅰ,Ⅱ类场地,所记录的相干函数值随频率增加而衰减的速度更快。②近场(R≤300 km)相干函数值大于远场(R300 km);震级对相干函数的影响规律不明显;不同场地记录沿深度方向地震动相干性不同,建议选用王招招模型描述Ⅲ类场地地震动相干性,Harichandran模型描述Ⅰ,Ⅱ类场地地震动相干性。③基于日本"3·11"地震记录拟合得到了按震中距分段的相干函数模型参数值。     

汶川地震水平向地震动高频衰减参数的统计分析

高频衰减参数kappa是近场强地震动模拟中的一个重要参数,本文利用汶川地震的强震记录计算了主余震的kappa值,并分别给出了3种场地类别的kappa值随震中距和震级变化的统计参数。统计结果表明,水平方向地震动的高频衰减较明显;当震中距或震级较小时,部分强震记录的衰减缓慢;3种场地类别的kappa值统计结果均与震级和震中距有关,并随着场地类别的增大,相关系数相应增加。计算得到的kappa值离散性很大,本文在线性拟合的基础上给出了kappa的取值范围,这一范围基本控制在拟合直线两倍标准差之间。本文的研究结果对kappa值的估计有重要参考价值。     

腾冲地震台观测井水位同震响应特征分析

以2008—2017年腾冲地震台井水位记录的同震响应事件为研究对象,系统分析该井水位的同震响应特征,结合井孔地质背景条件,对同震响应机理进行初步探讨。结果表明:腾冲地震台井水位同震响应能力随着震级增大而逐渐增强;因井震距不同,同震响应主要表现为近震阶降—复原型和远震振荡型变化;同震响应幅度随震级增大而增大,随井震距增大而减小,且水位同震变化受震级与井震距的影响力基本相当;震级越大,同震响应持续时间越长;发生井水位同震响应的地震分布具有明显区位型特点。分析认为,振荡型同震响应机理与面波作用有关,阶降—复原型同震响应机理可能与腾冲地震台观测井所处地质构造有关。     

介质非均匀性参数对散射波包络的影响

本文以von Kármán型随机介质为非均匀介质模型,通过数值计算并结合实际观测资料对比分析介质非均匀性参数对散射波包络宽度的影响.结果表明散射波传播距离、频率、介质粗糙程度及介质非均匀体尺度因子的变化均可引起散射波包络的展宽,但散射波传播距离、散射波频率对散射波包络宽度的影响只是表象,而造成散射波包络变宽的根源则是介质粗糙程度及与非均匀体尺度因子;随着介质粗糙程度的增大,介质非均匀体尺度因子对散射波包络宽度的贡献速率增大.     

山东长岛地区地震波非弹性衰减Q值、场地响应及震源参数研究

利用山东台网记录的长岛震群2017年2月14日—9月1日期间的波形与震相资料研究长岛地区非弹性衰减系数,得到该地区介质平均Q值与频率f的关系式为Q(f)=363.9f1.374 1。采用Moya等[1]提出的利用遗传算法联合反演得到长岛周边台站的场地响应,根据Brune模型震源参数计算公式求解长岛震群序列地震震源参数。结果显示,各个震源参数之间均存在一定的相关关系,地震矩随ML震级的增大而增加,地震矩与破裂半径R之间存在半对数关系,拐角频率fc随地震矩的增大而减少;长岛地震序列的应力降数值普遍偏小,最大不超过0.9MPa,这意味着长岛震源区整体构造应力较低,也可能指示长岛震群为低摩擦应力的断层作用;震源参数随时间的变化方面,整体而言,长岛震群地震应力降变化起伏很大,在M4.1地震发生前,拐角频率与应力降均发生快速下降后随即翻转上升的现象,证明在M4.1地震发生前震源区整体应力的挤压逐渐增强。