以反应谱和功率谱密度函数表征的强震运动的统计特性

文中利用我国海城和唐山地震１９０条强震记录和美国西部１３８条强震记录研究了以反应谱和功率谱密度函数表征的强震运动的统计特性。反应谱用最大地面加速度归一化，即表为谱放大系数，功率谱密度函数用金井清谱描述。文中研究了参数的统计值和依赖性，以及谱放大系数和金井清谱参数与场地条件、震源和震中距等之间的相关性，分析比较了中美两国强震运动谱的统计特性，并对我国地震工程应用的强震运动谱的统计参数值的选取提出了建议。     

北武当观测站洞体形变观测功率谱密度特征分析

选取山西省北武当地震观测站洞体形变测项正常时段及干扰时段的观测数据,计算功率谱密度(PSD),分析洞体形变数据的正常背景特征和不同干扰下对应PSD值的变化特点。结果表明：(1)无干扰：正常背景下,观测数据每日PSD值变化不大,可反映最大频率为8.3×10^-3Hz的PSD分布;(2)曲线加粗：在10^-3Hz以上频段,干扰日PSD值增大,表现为高频干扰;(3)台阶、突跳和畸变：PSD值全频段明显增大;(4)趋势改变：PSD值变化不大;(5)地震波：随着同震效应增大,PSD值频段范围和变化幅度增大。     

一致概率谱衰减指数的取值方法探讨

在重大工程的地震安全性评价工作中,根据概率法地震危险性分析得到的一致概率反应谱,与建筑抗震设计规范给出的设计反应谱常常不一致,特别是在长周期部分,一致概率谱一般均低于相应的规范谱。为解决地震安全性评价得到的一致概率谱在抗震设计中的应用,本文通过比较、分析一致概率谱和规范谱,针对一致概率谱标定得到的衰减指数γ较规范谱明显偏大的特点,提出了一致概率谱衰减指数的取值方法。     

对应地震反应谱的当量功率谱密度函数的数值算法

提出根据地震反应谱曲线求解当量功率谱密度函数曲线的一种数值算法,为结构随机地震反应分析中确定和计算地面运动功率谱密度提供依据。在相对位移谱与结构相对位移响应峰值的均值之间建立联系;在现有迭代方法的基础上,对算法公式作进一步的推导和整理,将迭代计算转变为线性方程组的求解计算,进而避免迭代方法的不收敛。通过对数值计算结果的分析发现,由于规范反应谱曲线存在斜率突变,采用本文算法计算出的功率谱密度曲线在规范反应谱曲线的两端和分段转折点处会出现倍周期分岔甚至混沌现象。为此建议适当增加低频范围内离散频率点的数目,且采取整体光滑的反应谱曲线,从而提高计算结果的稳定性。     

结构随机响应的一种改进的概率谱叠加方法

目前有一些关于多自由度结构体系的地震响应中响应峰值按降序(即由大到小的顺序)排列时的峰值统计性质的研究。本文对这些研究中的概率方法提出一些改进。由于这些改进，概率谱叠加方法在实际应用中就变得更准确和实用。本文以五层的结构模型为例，计算其在埃尔森特罗(1940)地震激励下的响应，并与时程分析结果进行比较。结果表明，改进的概率谱叠加方法能够谁确的计算较高几阶重要响应峰值的幅值。     

内蒙古地倾斜观测主要干扰信号的功率谱密度特征

选取内蒙古地区地倾斜观测资料的正常背景和受大风、降雨、气压干扰及地震波影响的典型数据,采用功率谱密度(PSD)分析方法,对其正常背景和4种主要干扰信号的功率谱密度特征进行分析。结果表明,在正常背景下,每日PSD结果基本一致,秒采样较分采样数据可多获得8.3 mHz～0.5 Hz频段的高频信息;大风干扰对大于10^-3 Hz频段产生影响,并对秒采样数据会造成第二类地脉动噪声信号能量显著增加;降雨干扰主要影响低于10^-4 Hz频段,对秒采样数据的0.01～0.10 Hz频段还会产生一定影响;气压干扰影响的是10^-4～10^-3 Hz和0.01～0.10 Hz频段,对秒采样数据可能会引起第二类地脉动噪声信号能量的明显增加;地震波影响的频段范围、噪声变幅与观测仪器记录到的地震波最大振幅、持续时间呈正比。这4种干扰信号均表现为影响频段内背景噪声明显高于平静日。     

碰撞非相干散射理论谱宏观法和微观法的比较研究

非相干散射理论谱是理解非相干散射雷达探测的理论基础,其求解过程分为微观法和宏观法.在考虑碰撞不考虑磁场的条件下,本文使用这两种方法对理论谱分别进行求解,给出了关键求解过程,并对等离子体的归一化导纳和极化率以及非相干散射的微分散射截面和谱密度函数进行分析,得到了它们各自之间的数学关系,概括性分析了两种方法在理论选择、最终结论及多种因素下求解的异同点.

     

一种基于频率域偏振分析提高三分量地震资料信噪比的方法

三分量地震资料包含着丰富的运动学和动力学信息,各种随机噪声的存在严重降低了资料的信噪比,给有效信息的提取带来了一定的困难.本文在引入多窗谱分析方法的基础上,通过对谱密度矩阵特征问题的求解提取三分量地震记录的偏振参数,实现频率域偏振分析;根据所求得的偏振参数以及随机噪声和有效信号的偏振特性差异,设计相应的自适应滤波器,通过该滤波器的滤波作用,最终实现压制随机噪声的目的.     

应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进

针对大小震拐角频率的差异,假设大震断层上每个子源的拐角频率与已破裂的子源个数平方根成反比,基于ω2震源谱模型,通过理论推导构建了一个函数,将动力学拐角频率引入经验格林函数法。以汶川地震余震记录为格林函数,分别用改进前和引入动力学拐角频率后的经验格林函数法合成5·12汶川大地震强地面运动。对比合成结果与观测记录,结果表明改进前经验格林函数法合成的地震动在低频部分相对实际记录偏低;引入动力学拐角频率之后的经验格林函数法合成的结果在高频基本保持不变,低频部分得到提高,并与实际记录符合。引入动力学拐角频率后,大部分合成结果很好地符合实际记录。说明动力学拐角频率可有效改善经验格林函数法的低频合成结果,同时验证了经验格林函数法对MW7.9特大地震地震动合成的有效性。     

对概率地震危险性分析方法中地震动离散截断位置影响的讨论

概率地震危险性分析方法(PSHA)衰减关系不确定(即地震动离散)校正,采用的是截断的正态分布模型,在平均值正负ε倍标准差范围内考虑其对场址地震动影响.ε取值对极低年超越概率(APE),如10-4或更低的地震动参数具有重要影响.     

Frequency dependent polarization analysis of ambient seismic noise recorded at a broadband seismometer in the central United States

We present a new approach to polarization analysis of seismic noise recorded by three-component seismometers.It is based on statistical analysis of frequency-dependent particle motion properties determined from a large number of time windows via eigenanalysis of the 3-by-3,Hermitian,spectral covariance matrix.We applied the algorithm to continuous data recorded in 2009 by the seismic station SLM,located in central North America.A rich variety of noise sources was observed.At low frequencies (0.05 Hz) we observed a tilt-related signal that showed some elliptical motion in the horizontal plane.In the microseism band of 0.05-0.25 Hz,we observed Rayleigh energy arriving from the northeast,but with three distinct peaks instead of the classic single and double frequency peaks.At intermediate frequencies of 0.5-2.0 Hz,the noise was dominated by non-fundamental-mode Rayleigh energy,most likely P and Lg waves.At the highest frequencies (3 Hz),Rayleigh-type energy was again dominant in the form of Rg waves created by nearby cultural activities.Analysis of the time dependence of noise power shows that a frequency range of at least 0.02-1.0 Hz (much larger than the microseism band) is sensitive to annual,meteorologically induced sources of noise.     

Robust adaptive polarization analysis method for eliminating ground roll in 3C land seismics

To improve the data quality of converted waves, and better identify and suppress the strong ground-roll interference in three-component (3C) seismic recordings on land, we present an adaptive polarization filtering method, which can effectively separate the groundroll interference by combining complex polarization and instantaneous polarization analysis. The ground roll noise is characterized by elliptical plane polarization, strong energy, low apparent velocity, and low frequency. After low-pass filtering of the 3C data input within a given time-window of the ground roll, the complex covariance matrix is decomposed using the sliding time window with overlapping data and length that depends on the dominant ground-roll frequency. The ground-roll model is established using the main eigenvectors, and the ground roll is detected and identified using the instantaneous polarization area attributes and average energy constraints of the ground-roll zone. Finally, the ground roll is subtracted. The threshold of the method is stable and easy to select, and offers good groundroll detection. The method is a robust polarization filtering method. Model calculations and actual data indicate that the method can effectively identify and attenuate ground roll while preserving the effective signals.     

Defining equivalent stationary PSDF to account for nonstationarity of earthquake ground motion

This paper presents three approaches to defining the stationary power spectrum density function (PSDF) of strong ground acceleration, for prediction of structural response corresponding to the strong-motion stationary part of the input excitation. The first approach defines the PSDF in terms of the Fourier amplitude spectrum and a stationary duration of ground acceleration. The PSDF obtained by this approach predicts accurately the response of structures with low to intermediate natural periods. In the second approach, we introduce the concept of stationary duration of response, which is defined as a function of the natural period and damping ratio of the oscillator. Using this approach, it is possible to get accurate estimates of response amplitudes for the broad range of natural periods. However, it is not convenient in practical applications to deal with several stationary durations for a given input excitation. Further, to evaluate these durations it is necessary to specify both the Fourier and the response spectra of ground accelerations; whereas the common engineering practice is to specify the response spectrum only. Therefore, the third approach suggests the use of the response ‘spectrum compatible’ PSDF. The paper presents several improvements in the general methodology used for this purpose. The improvements mainly relate to using more accurate peak factors and to using the transient nature of response. The spectrum compatible PSDFs, as evaluated in the present study, provide realistic specification of strong ground motion for stochastic seismic response analyses of structures.     

多分量地震极化分析评述

多分量地震勘探弥补了用常规单分量地震勘探进行岩性识别、地层构造解释时造成的多解性的不足.极化分析方法在多分量地震资料处理中又起着举足轻重的作用,它根据各种类型的波在传播过程中不同的极化矢量,对地震资料进行震相识别、波场分离和去噪等,为多分量地震资料的后续处理和解释打下基础.目前,国内外学者对极化分析方法进行了大量的研究...     

基于加窗Hilbert变换的复偏振分析方法及其应用

考虑到传统Hilbert变换所隐含的无限长序列假设的实际局限性, 本文将多窗分析法引入到短时序列Hilbert变换中, 通过构建复协方差矩阵和对该矩阵的特征值与特征向量的求解, 获得三分量地震记录的时变偏振参数;基于不同波型的偏振特性与实测偏振参数, 采用线性_余弦权重函数或高斯权重函数自适应空间滤波, 识别与分离具有特定偏振特性的不同地震响应. 针对天然地震三分量记录的处理结果表明, 该方法在识别、分离具有特定偏振特性的不同地震响应方面具有一定的潜力.     

联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震P波到时

对微地震P波到时的自动拾取是微地震信号分析和数据处理的主要目标之一。基于小波变换的多尺度分析思想,对微地震信号进行小波处理后的小波系数代替原始信号,应用包含在小波变换系数中的信号偏振信息,提出了联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震信号P波到时的方法。通过对嘉阳煤矿监测的实际微地震数据进行小波变换,用多尺度小波分解的各个尺度单支重构信号构成协方差矩阵,求解不同尺度协方差矩阵的最大特征值和次大特征值求取P波到时定位函数,实现P波到时的自动拾取,取得了满意的结果.