玉溪盆地三维速度结构建模

本文以玉溪盆地为例,提出了一种包含数据预处理、模型建立、模型修正和模型检验的建模方法.基于各类数据间不同的可信度,给出了消除各类数据间速度偏差的折减函数.为避免以往模型修正过程中对地震波形数据的依赖以及对地脉动H/V谱进行模拟等复杂问题,本文提出了一种改进的模型修正方法,即根据基阶瑞雷波H/V谱与实测地脉动H/V谱形状变化相似的原则,对模型进行修正.修正依据为:在玉溪盆地中,单个地脉动测点所在位置处的地下速度结构中各沉积层面的深度均增加约15 m时,由该点的地下速度结构得到的基阶瑞雷波H/V谱的波峰周期和波谷周期均增加约0.1 s,且二者分别由盆地内沉积层的深层和浅层的速度结构所控制.由于地脉动数据的获取较方便,因此该模型修正方法具有广泛的适用性,由该方法修正后的玉溪盆地三维速度结构模型经检验具有较高的准确度.      

采用FDTD方法模拟三种简单沉积结构模型的脉动H/V响应

利用地脉动进行地球物理无源探测技术,并基于地脉动观测的水平分量与竖直分量谱比法(H/V),获取沉积层卓越频率和沉积盖层厚度已得到较广泛的应用。本文从正演的角度出发,分别建立了水平层状、倾斜层状和不均匀构造三种由简单到复杂的模型,采用时域有限差分方法(FDTD)模拟地脉动随机源的探测数据,将数值模拟获得的数据利用H/V谱比法(Nakamura方法)进行反推,与原模型设置值相对比符合良好,表明FDTD的全波正演能很好地模拟获得各种模型在随机源激发下产生的稳定波场信息,为应用地脉动探测研究城市沉积层提供了科学的依据。     

利用H/V谱比法研究三河和唐山地震震区地壳浅部沉积结构

利用一条穿过三河和唐山地震区的密集地震探测剖面数据,采用H/V谱比法获得了三河、唐山地震区及邻近区域的地壳浅部沉积结构特征、场地共振频率及易破坏程度等参数.结果表明:研究区松散沉积层厚度约为100—800 m,呈现出NW浅而SE深的变化特征;探测剖面西北部通县隆起的沉积层厚度约为350—450 m,沉积层界面起伏平缓;大厂凹陷沉积层厚度约为300—600 m,横向变化特征显著.测线东南部唐山地震区地壳浅部存在上下两组较明显的沉积界面:上层界面深度约为100 m,呈水平展布;下层界面深度约为300—800 m,且向东南方向逐渐加深.三河和唐山地震区的场地放大系数约为3—4,场地易破坏程度均大于20,显示出地表建筑物易破坏程度较高的特征.     

震级、震源距对地震信号H/V影响分析

本文采用喜马拉雅科学探测台阵四川省境内10个台站,计算了所有地震信号0.5—15 Hz的H/V谱比,分析了震级、震源距对H/V谱比的影响,并与各台站场地地脉动H/V谱比进行了比较. 结果表明: 震级对各台站地震信号的H/V谱比振幅值以及峰值频率几乎没有影响;震源距对谱峰明显的H/V谱比曲线的谱形和峰值频率影响不大,但对谱峰不明显的H/V谱比曲线的峰值频率有一定影响;H/V谱峰明显的台站,地震信号与地脉动信号的H/V谱比曲线的峰值频率具有很高的一致性,H/V谱峰不明显的台站,二者的峰值频率有一定差异.      

微动H/V谱比方法

微动H/V谱比,即地表记录的不同频率地震背景噪声的水平分量与垂直分量的比值.?在工程地震领域,通常用V表示微动记录的垂直分量,用H表示微动记录的水平分量,测得作为频率函数的H/V谱比曲线后,依据一定的关系(通常是经验的),建立H/V谱比曲线的峰值与地层结构基阶共振频率之间的关系,从而估计沉积层厚度或场地放大因子,有时也...     

用HV谱比法推测银川市区沉积层基底分布特征

在缺乏其他资料的情况下,地脉动常常用做确定地震动对地表介质产生影响效应的简便手段。本文以银川市区为研究对象,根据地震勘探资料有目的的选取5条测线在银川市区进行地脉动观测,观测点共141个。用Nakamura提出的HV谱比法解析观测数据,在给定地下构造剪切波速度(VS)的基础上,由H/V比值曲线中的基本频率推测盆地深层地下构造。通过理论计算进一步验证了解析结果。结合前人地震勘探资料推测了银川市区脉动基本频率分布特征,并给出2D和3D银川市基底构造变化情况,对比分析表明,HV谱比法得到的脉动基本频率值可以反映银川盆地基底变化情况。     

H/V谱比方法在强震记录应用中几个影响因素的初步研究

随着我国强震记录的积累,利用强震记录进行工程场地抗震设防研究成为必然。使用滇西南地区2007—2011年间强震台网记录到的强震动记录数据,研究使用水平/垂直谱比法(H/V)处理强震数据时的几个影响因素。通过研究发现:在使用H/V谱比法进行场地地震效应研究时,强震记录和地脉动记录存在较大的不同;使用强震记录可以获得更多的震源和台站场地参数信息,但这同时也相应增加了强震数据使用时的难度。比较国内外学者使用强震数据进行场地地震效应的研究成果,分析在使用强震数据时存在的问题,最终给出使用强震记录研究场地效应的建议。     

噪声HVSR法在OBS探测中的应用——以珠江口外海OBS台阵为例

噪声谱比法(horizontal-to-vertical spectral ratio, HVSR)通常用于确定沉积层的厚度,而应用于海底地震仪(OBS)以获取海底沉积厚度的研究较少.本文将HVSR法应用于珠江口外海域OBS台阵中,验证了该方法用于OBS探测中的可靠性.通过对珠江口外海27台OBS收集的三分量地震噪声记录进行处理,得到了所有台站的HVSR曲线.有23台OBS的HVSR曲线可获取与沉积层厚度相关的峰值频率,通过经验公式可以计算得到沉积层厚度.结果显示,珠江口外海域沉积层(新生代地层)厚度范围为100～3500 m,研究区东南部沉积层远厚于西北部,且沉积厚度受到NEE向滨海断裂带控制.本文获得的结果与以往依靠反射地震剖面和钻井等获得的沉积层厚度结果基本一致.进一步分析发现研究区新生代地层具有多层结构,大部分HVSR曲线在5～12 Hz存在振幅最大的波峰,认为是与第四系厚度相关的峰值频率,继而确定第四系厚度为20～50 m.本研究拓展了HVSR法的应用领域,为获取海底沉积层厚度提供了一种新的可靠方法.     

安徽强震动台站场地响应研究

采用H/V谱比法,利用安徽强震台网记录的波形数据,计算了3个强震台的场地响应。结果表明,当台站场地为基岩或覆盖层较薄时,由地脉动和S波数据分别计算出的谱比曲线一致性很好。当覆盖层大于30.5 m的时候,两者的放大因子有差异,即用S波计算的场地放大响应要明显大于用脉动计算的场地响应。     

安徽省国家强震动台站场地响应及背景噪声分析

利用安徽省部分强震动台站记录的地脉动数据和历史地震数据,采用H/V谱比法和噪声功率谱密度函数法,对比分析台站的场地响应及背景噪声,结果表明:全椒、马鞍山地震台的场地卓越周期小且背景噪声低;沈巷地震台卓越周期大且背景噪声高;三山地震台无明显卓越周期;地震台站背景噪声与场地响应曲线之间不存在一一对应关系。     

地震预警仪观测地脉动差异与评估场地条件的可行性研究

根据台站场地条件进行地震动参数校正,有助于提高地震预警的有效性和准确性。针对我国地震预警台网中部分台址场地条件信息不完整及观测仪器的多样性,通过采用不同灵敏度的力平衡式加速度仪、速度仪和MEMS烈度仪,同时进行大量不同类别场地的地脉动观测,多角度对比分析时、频差别,探讨基于地震预警仪观测地脉动评价场地条件的可行性。结果表明,加速度仪灵敏度越高,H/V谱比卓越频率越易识别;速度仪与力平衡式加速度仪观测的地脉动,三分向傅氏谱和H/V谱比的谱形与卓越频率均一致;与TAG-33M强震仪相比,TMA-53烈度仪观测的地脉动整体幅值略高,波形较差,但随着振幅增大趋于一致;在近80%的场地上,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动傅氏谱卓越频率相差＜0.5 Hz;当幅值均方根值＞0.05 Gal时,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动竖向和水平向傅氏谱均趋于一致;当幅值均方根值为0.02 Gal～0.05 Gal时,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动竖向和水平向傅氏谱谱形均有较高的相似性;当幅值均方根值＜0.02 Gal时,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动傅氏谱谱形相差较大,相似性低;依据TAG-33M强震仪观测地脉动H/V谱比的卓越频率判定场地类别,准确率达83.3%;TMA-53烈度仪观测地脉动的H/V谱比过于平坦,大多数场地上卓越频率识别困难。     

强震动记录H/V谱比法计算处理的若干关键环节

强震动记录H/V谱比法自提出以来,已广泛应用于地震工程各研究领域中。但对数据处理的2个关键环节——Taper预处理及傅氏谱平滑未有详细研究。因此,本文针对强震动记录H/V谱比法计算涉及的重要数据处理过程,对四川地区19个强震动台站在汶川地震余震中获取的642组强震动记录开展研究。研究实例表明:S波H/V谱比振幅在周期 < 1s时高于全时程,论证计算H/V谱比时截取S波窗口的必要性;S波窗口的截断会引起傅里叶振幅谱的边瓣效应,若不加以处理,将显著影响低频部分H/V谱比结果,Taper预处理对于消除这种截断误差具有良好效果;在兼顾平滑效果及卓越周期识别准确度的基础上,通过不同带宽的Parzen窗试算,认为0.5Hz带宽宜用于傅里叶H/V谱比曲线平滑。     

三河—平谷地区地脉动H/V谱比法探测:场地响应、浅层沉积结构及其反映的断层活动

1679年三河—平谷8级地震,造成了包括北京在内的华北广大地区严重的人员和经济损失,但是该地区和地震灾害密切相关的沉积结构和地震场地响应特征研究,相对比较缺乏.本文利用1~4 km台间距的高密度单台地脉动观测、几个小孔径台阵观测和钻孔测井数据,研究了三河—平谷地区的浅层沉积的场地响应和沉积层三维起伏特征,以及构造运动对沉积厚度的影响.结果表明,研究区沉积层的场地共振频率和沉积厚度有明显的分区特征：东北部场地共振频率主要在1.0~7.0 Hz之间,具有相对较薄的沉积厚度,沉积界面起伏也相对平稳;西南部场地共振频率大部分区域小于1.0 Hz,可低至0.3 Hz,相应的沉积厚度起伏显著,其中在大厂凹陷厚度可达300~600 m.沉积起伏和隐伏断裂带的分布有较好的对应关系,反映了夏垫断裂、南苑—通县断裂第四纪以来较为活跃的正断活动.北东走向的夏垫等隐伏断裂在东北部山前的正断活动相对不发育,以及东北部和西南部沉积厚度的显著差异,都可能受到北西走向的二十里长山断裂带活动的影响.按照Vs30场地分类,研究区内沉积较厚的凹陷地区主要为E类软土,其他区域为D类中硬土.研究结果与区域地质调查、钻孔数据和浅层地震勘探剖面结果基本相符,说明地脉动探测方法能够高效、低成本的获取区域沉积厚度和场地作用,为地震小区划和抗震设防提供有意义的参考.     

Geophonino-3D的设计与测试:应用H/V谱比法的低成本三分量地震噪声记录仪

地震效应与地震发生地的地质特性密切相关,会加强该地区的地表运动,尤其是软土地区。加强的程度与共振频率相关,可通过水平与垂直谱比法(H/V谱比法)测量地震噪声从而估算共振频率。本文设计了一种低成本用户友好型数据采集系统(Geophonino-3D),用于记录三分量地震噪声。可开发的系统由信号调节电路和安装有SD Shield(用于存储数据)的Arduino Due组成。本设备首先在实验室中对其实验灵敏度、内部噪声稳定性、通道一致性进行了测试,评估了其是否适用于H/V谱比法。随后,通过在阿利坎特省(西班牙东南部)8个土壤特性不同的场地记录地震噪声,进行了实验验证。根据比较商用地震记录仪测出的功率谱密度和H/V峰值,评估了所开发数据采集系统的性能。所得结果表明本数据采集系统适用于应用H/V谱比法记录地震噪声。Geophonino-3D采用开源和开放硬件系统,部件价格远低于其他商用设备,对于资金短缺的研究团队来说,这是明显的进步。     

地脉动方法在合作市覆盖层厚度探测中的应用

基于合作市区41处地脉动观测点数据的快速傅里叶变换和单点H/V频谱分析结果,总结了合作市区场地条件的地脉动特征,并结合钻孔揭示的场地条件资料,反演合作市区的覆盖层厚度.根据合作地区不同局部地形观测数据和数据分析结果,分析了地形对地脉动的放大效应.结果表明:合作市区场地的卓越周期主要分布在0.1～0.2 s,与合作市区场地条件相符;2条剖面H/V频谱分布稳定,覆盖层厚度地脉动反演结果与钻孔揭示厚度吻合较好.     

基于地脉动和地铁振动的钢筋混凝土建筑结构响应分析

在北京城区的一栋钢筋混凝土建筑(Reinforced Concrete building,简称RC)中,进行历时两天的地脉动和地铁振动观测.介绍了利用地脉动和地铁振动信号研究RC建筑结构响应的观测方法、仪器设备、数据采集和数据处理方法.对观测数据进行两种分析:(1)对连续的地脉动背景噪声,采用H/V谱比法;(2)对经过...     

基于实测2D物探剖面的渭河盆地效应研究

引入一段渭河盆地实测的2D物探剖面资料,利用谱元法分析了盆地沉积层和基底几何结构对盆地效应的影响。分别建立了渭河盆地2D有限元模型、均质基岩模型和1D层状模型,用Legendre谱元法计算了3种模型的地表地震动场,重点分析了2D模型的地表地震动特征,然后分别以均质基岩模型和1D层状模型计算结果为基准,求取了2D模型与两者的谱比结果,通过分析谱比结果发现：(1)对于深宽比小的盆地来说,盆地沉积层厚度对地震动的放大起主导作用;(2)从2D模型与均质基岩模型谱比结果可以看出,2D模型中沉积层厚度大的区段对地表地震动放大显著,反应谱谱值的放大系数与沉积层V_p=4.5 km/s界面埋藏深度呈极强的线性相关关系;(3)从2D模型与1D层状模型谱比结果可以看出,2D模型中介质对地表地震动的影响与介质速度结构形状密切相关。文中结果对盆地内建筑物的抗震设防有一定的参考价值。     

利用背景噪声和接收函数研究华北克拉通地壳结构

收集华北克拉通地区188个宽频带流动台站观测资料进行处理.通过背景噪声面波数据和接收函数双重资料约束联合反演,得到了研究区沉积层厚度、地壳厚度及地壳S波速度结构.结果显示:(1)沉积盖层厚度与地质构造相对应,盆地区与隆起区分界明显.(2)研究区地壳厚度变化范围约29~46 km,自西向东逐渐变薄.(3)中、上地壳华北盆地S波速度偏高,可能与新生代以来多次沉降所造成的相对高的岩石强度有关;(4)下地壳S波速度显示研究区主要存在三个低速区,分别是唐山—天津周边、张北及太行山造山带地区;华北盆地存在显著高速异常,推测可能是由于华北盆地经历下地壳拆沉后,大规模的伸展作用相伴随的幔源基性铁镁质岩浆底侵至下地壳结晶所造成的.(5)多个发生过强震的区域表现出沉积层下方存在较大范围的(约10 km)高速体,并且高速体又被其下低S波速度包裹,壳内岩石强度的差异为应力积累及地震发生提供条件.     

基于重磁震资料的南海新生代盆地分布综合研究

作为西太平洋最大的边缘海,南海分布有30多个新生代沉积盆地,其蕴含着丰富的油气资源.但由于资料的限制,南海存在不同区域盆地研究程度不同,不同区域盆地面积差别较大,部分盆地只是坳陷而没有达到盆地的级别以及盆地外围可能存在凹陷等问题.南海新生代盆地分布问题制约了其油气分布规律、储量等基础地质问题的研究.本文以地震剖面数据为约束,以重力资料为主、辅以磁力资料,研究了南海新生代盆地分布及构造区划.通过提取新生代盆地及其构造单元引起的重力异常,结合地震剖面等资料反演了新生界底界面深度及新生界厚度.在充分调研已有盆地和构造单元划分方案的基础上,根据南海的地质及地球物理特征,确定了盆地及构造单元划分标准.以新生界厚度为基础并结合重、磁、震、地质等资料,进行地质-重磁震联合解释,将南海原有的36个盆地重新划分为24个盆地,盆地总面积扩大了约15万km².研究表明,南海新生代盆地沉积层厚度在1.5~16 km之间,有6个北东东/北东向沉积坳陷带、2个近南北向沉积坳陷带以及1个三角沉积坳陷区;盆地展布方向主要为北东和北东东向,其次为北西和近南北向,呈现"南三北三"的分布特征.     

沉积层结构被动源探测方法及其在典型盆地的应用

准确的沉积层结构,对盆地地区油气资源调查与勘探、地震动场地效应评估和壳幔深部结构成像等研究均具有重要意义.近二十年来,随着地震观测技术的进步和大量流动台阵数据的积累,利用被动源资料探测沉积层结构的地震学方法研究取得了长足的发展.本文对这些主要方法进行了归纳总结,阐述了基本原理及相关进展.其中,基于远震体波数据的研究方法主要有：接收函数和转换函数、波场反延拓的H-β方法、以及P波质点运动分析等.基于近场体波资料约束沉积层结构通常采用的是高频波形拟合方法.此外,还简要介绍了谱比法、背景噪声面波成像和Rayleigh波Z/H幅度比,以及多种方法的联合反演.最后,对我国东部典型盆地地区,如松辽盆地和华北盆地下方沉积层结构已取得的研究进展进行了总结.