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.      

微动探测方法研究进展与展望

微动探测方法是在背景噪声成像理论的基础上发展起来的一种新型地球物理探测手段,其根据获取野外数据的观测台站方式分为微动阵列方法和微动单台方法.本文综述了前人对微动探测方法的研究进展,并对目前该方法存在的问题及研究的发展趋势进行了展望.微动阵列方法采用频率波数法或空间自相关法从微动信号中提取频散曲线,进而反演获得地下横波速度结构.微动单台方法即H/V谱比法以三分量台站为观测基础,对水平分量信号与垂直分量信号进行傅里叶谱比,以此估算沉积层厚度、获得共振频率以及场地放大因子等.目前微动探测发展还有诸多问题需要进行深入研究,例如瑞雷波与勒夫波浅层探测理论方法、同时考虑基阶和高阶面波的影响进行多阶面波反演方法研究以及H/V谱比曲线与频散曲线联合反演方法研究等,从而提高微动探测方法浅层探测精度以满足城市地下空间精细探测的需求,加深探测深度为透明地壳、地下第三空间的精细探测提供一种新型地球物理手段.     

基于振动台试验的黄土场地效应研究

地震作用下黄土场地对地震波不同分量的放大效应影响显著。针对黄土高原典型黄土场地在地震作用下的放大效应,设计并完成大型地震模拟振动台试验,通过输入不同强度的地震动荷载,研究黄土场地加速度（PGA）放大系数、傅里叶谱、加速度反应谱、H/V谱比与地震动强度和场地高度的变化规律,揭示地震波不同分量对黄土场地效应的影响。结果显示：黄土场地对地震波的水平分量具有明显的放大效应,对地震波垂直分量的放大效应影响较小;随着高程的增加,地震波水平分量PGA放大系数呈现非线性变化;随着地震动强度和高程的增加水平分量卓越频率的频段和幅值逐渐增加,卓越频率向低频偏移,放大倍数呈现出非线性特性。     

1962年新丰江地震前后τH/τV的变化

在研究唐山7.8级强震前后区域小震的地震波振动持续时间比τH/τV(即水平分量的振动持续时间与垂直分量的振动持续时间之比)变化的基础上,进一步分析了1962年新丰江水库6.1级地震序列的地震波衰减特征。新丰江水库地震是前震丰富,余震衰减缓慢的主震型序列。双下地震台位于新丰江6.1级主震震中附近,相距不到2公里。使用DS—1型短周期地震仪,熏烟记录。本文分析处理了双下台1961年9月至1963年5月记录到的新丰江K≥8的地震。研究了τH/τV在时间进程上的变化。结果表明:在新丰江6.1级主震与5.3级最大强余震前,地震波振动持续时间比τH/τV分别出现了低值异常时间段。这与我们对唐山7.8级地震的研究结果相一致。而在分析τH/τV与震源深度和震中位置关系时未发现明显的规律。     

用H/V谱比法与折射微动法确定表土层参数

表土层参数对地震场地响应有重要影响,通过H/V谱比法和折射微动(REMI)方法确定场地表土层厚度和速度结构等有实际意义.REMI方法采用常规折射地震采集设备,利用自然震动作为源,通过地震波场τp变换和傅立叶变换,将地震记录从时空域变换到慢度-频率域提取频散曲线,不同于主动源面波勘探,被动源面波勘探能获得更大深度的土层结构.     

基于微动H/V谱比法的土石分界面探测研究——以济南中心城区为例

土石分界面对城市抗震设防和地下工程建设具有重要意义.城市中复杂的干扰限制了常规地球物理勘探方法的使用,本文选用环境友好且抗干扰能力强的微动H/V谱比法对济南中心城区的土石分界面展开研究.在济南中心城区开展三分量微动测量,得到了400多个测点的微动数据,计算了对应的H/V谱比曲线.将得到的H/V曲线划分成单峰、宽峰、双峰和无峰四种类型,分析了不同类型曲线与地质结构的关系.根据基岩性质不同,将研究区的基岩划分为灰岩和岩浆岩两种类型,总结出了基岩为灰岩时的深度-频率关系式,同时发现当基岩为岩浆岩时无法得到可靠的关系式.根据关系式计算得到了济南部分测线的土石分界面深度分布,另外,关系式的计算结果与钻孔资料十分吻合,能满足工程探测的精度要求.本方法为在城市强干扰环境中确定土石分界面深度提供了快速准确的解决方案.     

应用微动H/V谱比法和台阵技术探测场地响应和浅层速度结构

为了快速而且廉价地获取北京市详细的场地响应和浅层速度结构,应用于地震动模拟和地震灾害预防,我们开展了微动观测技术和处理方法研究.本文利用2007年夏季北京五棵松地区进行的几个微动观测实验数据,使用单台H/V谱比法分析场地的卓越频率及其对应的放大系数,并对比了不同地震仪和观测时间对H/V曲线的影响;应用高分辨率F-K频谱分析方法从微动台阵数据中得到Rayleigh波的频散曲线并使用邻域算法反演出浅层速度结构.H/V结果表明该地区卓越频率在2.1～2.2 Hz之间,对应的放大系数下限约为3;利用微动H/V方法得到的场地卓越频率具有较高的稳定性.微动台阵反演结果给出了比较合理的波阻抗界面深度和层平均速度结构,认为地下80多米处的波阻抗界面是决定场地卓越频率和其场地放大系数的主要界面.本研究表明微动技术应用于评估城市地震场地响应和浅层速度结构是可行且易于实施的.     

磁照图和基线值的意义

1.磁照图的认识磁照图记录的是地球磁场 H、D、Z 三个分量24小时的变化过程,如图(1)所示。从图上可以看见七条记录曲线。每个分量各两条,一条反映地磁场变化,简称变线;另一条是量图用的基准线,简称基线。水平分量的变线、基线分别用字母 H 和 H_B 表示;偏角的变线、基线分别用字母 D 和 D_B 表示,垂直分量     

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。     

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。     

汶川地震强余震场地非线性反应

采用汶川地震强余震26个强震动台站记录,基于H/V谱比法,计算台站场地的强、弱震作用下场地卓越频率之比R_(fp)和体现强、弱震作用下场地H/V谱比曲线差异程度的DNL,进而识别并分析场地非线性反应特征。结果显示,R_(fp)、DNL与PGA之间存在显著相关性;其中10个台站出现明显的场地非线性反应特征;大部分台站发生场地非线性反应的PGA阈值为100 cm/s~2,部分为50 cm/s~2;实例证明,因某些台站不易通过H/V谱比法识别场地卓越频率,因此采用R_(fp)识别场地非线性反应具有一定局限性。     

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。     

微动面波的介质响应和H/V谱特征研究

目前,微动面波信息研究的主要方法是对面波中的Rayleigh波成分进行相关性分析.为了充分有效的利用面波信息和提高识别的准确度,本文基于微动面波H/V谱的基本原理,通过对给定模型的数值计算,得到了微动面波的介质响应曲线和H/V谱,分析了面波中Rayleigh波和Love波多模式波的介质响应和H/V谱特征.结果表明微动面波的介质响应特征与地层界面具有一定的对应关系,且在H/V谱中Rayleigh波和Love波的主频具有一致性,Love波的利用对H/V谱具有增强作用,文中也指出了H/V谱法在高频应用领域中有待进一步解决的问题.由于该方法使用的是地微动噪声中的面波信息,不需要专门的震源,因此具有经济快捷、应用范围广泛等优点,将可能成为一种新的有很好应用前景的地球物理勘探方法.     

同一测点不同地震动分量空间相干性分析

利用SMART-1台阵的3次地震记录计算了同一测点三平动地震动分量问的相干值,并提出了相干函数模型。分析表明,同一测点各地震动分量间是低相干的,随频率衰减不明显;两水平分量问的相干性比水平分量与垂直分量间的相干性大。因此在工程计算中不计相干函数随频率的变化不会带来太大的误差。     

1999年台湾集集地震近断层竖向与水平反应谱比值的研究

选取了1999年9月21日台湾集集7.6级地震主震中68组断层距在20km以内的近断层台站记录和46组断层距在40~70km的东部台站记录,按台站的上下盘位置、场地条件和断层距分组,对其竖向和水平加速度反应谱比值V/H进行了统计分析。研究表明:1)断层的滑动方向和断层破裂的传播方向对断层距在3km以内的台站上的地面运动谱比值V/H有一定影响,且主要体现在中短周期范围内,例如平行断层方向的谱比值要比垂直断层方向的谱比值大。在下盘断层距3~20km的范围内,场地条件对V/H基本没有影响。2)在集集地震中长周期(>3s)部分的谱比值通常>32,且有一个较高的峰值,表明其竖向运动加速度中的长周期分量大于其它地震。3)对于下盘的台站,地面运动在短周期(<0.2s)段的谱比值不随断层距的增加而减少。与中远(>40km)距离的台站相比较,近断层台站的V/H在工程界关心的周期范围内普遍较大。4)场地条件对谱比值V/H的影响在近断层处不显著。在远离断层的东部台站上,硬土场地谱比值V/H在长周期段大于软土场地     

集集地震中场地条件对地震动特性的影响

文中将921台湾集集地震主震的404组强震记录按照不同震中距和场地类别分组,对加速度水平分量和垂直分量的持时、峰值加速度(PGA)、包络线、反应谱比值进行了统计分析。结果表明,场地条件对不同分量加速度时间历程的若干特征有显著的影响,而且比较复杂。此外,断层方向对地震动水平特性也有一定的影响。具体研究结果为:1)地震动水平分量的持时随着场地依次变软而增大;2)断层方向对PGA衰减特征有一定影响;3)不同震中距离和场地条件下集散的时间里程的包线基本上都是单峰点的时间函数;地震动加速度水平分量包络线与竖向分量包络线有明显的不同;4)在震中距相同的条件下,场地愈软弱,周期愈短,谱比值EW/SN愈接近1。场地愈软,在短周期(<0.1s)段,V/H谱比值是变大的趋势,而在长周期(>特征周期)段则是变小的趋势;而且相对来说V/EW谱比值随场地变软而减小的趋势相对要强一些     

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。     

2022年四川泸定Ms6.8地震强震动特性研究

北京时间2022年9月5日12时52分,四川省甘孜州泸定县发生M_s6.8级地震。国家强震动台网获得了133组三分量加速度记录,在对记录进行初步筛选和滤波后,研究了PGA和PGV衰减关系、竖向地震动特点、地震动速度脉冲,对比分析了反应谱和设计谱,着重对石棉挖角台站附近震害与地震动的相关性进行了分析,结论如下：1)三种台站强震动记录的PGA和PGV拟合曲线都比较相近,PGA、PGV拟合曲线与霍俊荣的预测模型较为接近;2)竖向地震动偏大,约38.2%的强震动记录V/H大于2/3,可能是屋顶塌落、柱子扭转和天花板坠落等震害现象出现的主要原因;3)识别出具有速度脉冲特性的记录11条,该类记录对长周期结构影响较大;4)所选记录反应谱大多超过了罕遇地震设计谱水平段,具有速度脉冲特性的051SMW台站周围房屋破坏较严重,人员伤亡较重。     

基于H/V谱比法的乌恰地区场地分类研究

场地条件对于地震动特性影响显著,在工程地震领域中强震记录与之对应的场地条件在研究中十分重要。利用H/V谱比法对新疆乌恰地区12个强震台站场地进行场地分类计算,并与实际钻孔剪切波速的场地分类结果对比分析,H/V谱比法和实际钻孔波速分类结果还是有很好的对应关系,为研究区域内缺乏钻孔剪切波速测试资料的场地进行场地分类提供了参考依据。     

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。