我国强地震动记录特征综述

本文概述了我国强地震动台网的发展历程, 总结了唐山地震的强地震动记录特征和2007年以来我国数字台网获取的强地震动记录特征, 重点分析了近年来发生的几次典型破坏性地震的强地震动记录特征． 结果表明: 我国近场地震动记录体现了近场的方向性效应、 上/下盘效应、 速度脉冲、 局部场地效应等多样性特征, 可以进一步服务于地震工程领域的科学研究与工程应用．      

基于L1正则化逻辑回归模型的速度大脉冲预测及影响因素分析

包含速度大脉冲的地震动与普通地震动有显著的不同,此类地震动对建筑结构有着特殊的破坏作用。有效预测速度大脉冲是否发生和分析影响速度大脉冲发生的因素,对于概率地震危险性分析和减轻地震灾害有重要的作用。首先从美国NGA数据库中选取315条强震动记录,经过预处理后得到研究所需的289条记录,基于处理后的强震动记录并结合相对频度分析方法研究不同因素对速度大脉冲的影响。然后,利用L1正则化逻辑回归方法建立速度大脉冲预测模型,模型最优评价指标的接受者操作特征曲线下方面积为0.76;并对模型进行影响因素敏感性分析,发现其对于破裂区的距离最为敏感。最后,选取符合模型数据分布规律的35条汶川地震实测数据对建立的预测模型进行验证,其中30条地震记录预测正确,相较于已有模型,预测的准确率有一定提高。结果表明,文章建立的速度大脉冲预测模型有较好的准确性和可靠性。     

NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动各分量的适用性

鉴于传统的地震动预测模型未考虑速度脉冲的影响,可能会低估近断层区域的地震风险,而新一代NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动的适用性有待研究。首先,收集了2013年以来的近断层地震动记录,在充分考虑脉冲方向的不确定性条件下,基于小波方法定量地识别出速度脉冲记录,形成了最新的速度脉冲记录数据库;然后,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,基于偏差参数分析方法,定量地研究NGA-West2地震动预测模型分别对速度脉冲原始记录和提取长周期脉冲后的残余记录的适用性。研究结果显示,NGA-West2中的四个地震动预测模型均会低估近断层速度脉冲记录,特别是在脉冲周期附近的周期段内速度脉冲观测值远远大于这四个预测模型的预测值,但残余记录观测值与NGA-West2中四个地震动预测模型的预测值较吻合。值得注意的是,CB2014地震动预测模型能更好地预测残余记录。     

一种改进的近断层脉冲型地震动模拟方法

本文基于小波包技术的随机地震动模拟方法,提出一种改进的参数化随机近断层脉冲型地震动模拟方法。然后,通过识别和提取近断层脉冲型地震动数据库中脉冲型地震动的特征参数,建立了基于震源、传播路径和场地特征等参数的脉冲模型参数预测方程。最后,通过模拟实际记录和误差分析检验了改进的模拟方法的有效性。结果表明:应用改进的模拟方法得到的地震动时程无论在波形、频率特性还是峰值上均与实际记录具有较好的一致性。改进的模拟方法在保留地震动时频非平稳性的基础上,能够有效地提高近断层脉冲型地震动的模拟效果,并且能够很好地体现脉冲型地震动的主要特征。     

地磁时变观测数据中高压直流输电干扰事件多尺度表示及识别方法

高效准确地识别地磁时变观测数据中受高压直流输电干扰的波形对于提高地磁时变观测数据质量具有重要意义.然而, 由于高压直流输电干扰事件持续时间长短不一、干扰程度变化多样, 给识别任务带来巨大困难.为了能自动识别长短不同的高压直流输电干扰事件, 本文提出一种高压输电干扰事件的多尺度表示及识别方法: 利用小波技术具有多尺度的特性, 卷积神经网络具有自动特征提取的特性, 将二者结合, 设计了一个多输入卷积神经网络模型来识别地磁中的高压直流输电干扰事件.首先使用离散小波技术将地磁时变观测样本进行多尺度分解, 得到原始样本的多尺度表示, 再将分解后的多尺度地磁时变观测样本分别输入到含有多个输入分支的卷积神经网络中, 每个分支分别自动提取不同尺度的特征, 然后将多个尺度的特征融合, 并加入注意力机制来自适应计算每个尺度特征的权重, 对多尺度特征进行加权处理, 再采用全连接层和SoftMax层进行分类, 本文将该模型命名为CBAM-MCNN.在中国地震前兆台网中心提供的高压直流输电干扰样本上进行试验, 并将本文所提出模型的识别效果与现有的全卷积网络、残差神经网络、多输入卷积神经网络、IICM-HVDCT-CNN-LSTM进行了对比, 在5271条测试样本集上, 本文所提出的CBAM-MCNN模型识别准确率达到了97.14%, F₁值达到了97.12%, 远远高于其他4种对比模型.

     

震源机制参数对模拟地震动场速度脉冲的影响

近断层区域脉冲型地震动对于大跨度工程结构地震响应具有重要影响,然而大震近场记录的匮乏使得探究脉冲型地震动的特征较为困难．本文借助基于运动学震源模型的地震动合成方法,合成不同震源机制参数情况下的近场地震动场．采取基于能量的速度脉冲识别方法,提取合成地震动场中的速度脉冲并计算脉冲周期和幅值,分析震源机制参数对速度脉冲空间分布及脉冲特征参数的影响规律．研究表明：断层走向变化主要影响脉冲型地震动的方位;倾角和滑动角主要影响脉冲型地震动的数量和分布方位;脉冲型地震动更易出现在与断层走向斜交的方向上,在垂直断层走向方向上脉冲型地震动分布相对较少;走向对脉冲特征参数影响很大;相对于脉冲周期,断层倾角对脉冲幅值影响更显著;倾滑断层引起的垂直分量脉冲周期明显大于其他震源机制情况．     

应用卷积神经网络和自注意力机制识别地磁场干扰事件

随着受干扰地磁观测仪器数量的不断增多,现有半人工识别干扰事件的方法存在效率低、工作量大、识别结果因人而异等问题。本文利用2012年1月1日至2014年12月31日全国地磁台网原始观测数据和地磁专家标注的2小时内干扰事件记录,分别构建干扰事件样本和正常样本各51 357条,基于卷积神经网络和自注意力机制提出一种新的干扰事件识别模型,实现干扰事件的自动、快速分类。实验结果显示,该模型在验证集的准确率达到92.93%,在测试集的准确率达到93.37%。与MLP、FCN、ResNet三种模型相比,本模型在测试集上的准确率平均提高近8.76%,表明卷积神经网络和自注意力机制等深度学习算法在地磁观测数据干扰事件识别领域具有巨大潜力,为进一步精确识别各类干扰事件探索了一种新思路。     

考虑脉冲参数随机性的近断层地震动降维建模

根据50组近断层脉冲型强震动记录,采用连续小波变换提取最强速度脉冲分量,建立最强速度脉冲峰值时刻的统计模型。对近断层地震动加速度高频分量的演变功率谱模型参数进行识别,并利用谱表示-随机函数方法实现了降维模拟,进而积分得到速度高频分量。对脉冲参数进行随机化处理,并采用改进Gabor小波模型随机模拟速度低频分量。将速度高频分量与低频分量叠加得到近断层地震动速度时程。数值算例表明,近断层地震动加速度代表性时程集合的幅值谱和反应谱均与实测记录拟合一致,验证了降维模拟方法的工程适用性。近断层脉冲型地震动的降维模拟与概率密度演化理论相结合,可实现工程结构的随机地震反应与抗震可靠性精细化分析。     

地震油气储层的小样本卷积神经网络学习与预测

地震储层预测是油气勘探的重要组成部分,但完成该项工作往往需要经历多个环节,而多工序或长周期的研究分析降低了勘探效率.基于油气藏分布规律及其在地震响应上所具有的特点,本文引入卷积神经网络深度学习方法,用于智能提取、分类并识别地震油气特征.卷积神经网络所具有的强适用性、强泛化能力,使之可以在小样本条件下,对未解释地震数据体进行全局优化提取特征并加以分类,即利用有限的已知含油气井段信息构建卷积核,以地震数据为驱动,借助卷积神经网络提取、识别蕴藏其中的地震油气特征.将本方案应用于模型数据及实际数据的验算,取得了预期效果.通过与实际钻井信息及基于多波地震数据机器学习所预测结果对比,本方案利用实际数据所演算结果与实际情况有较高的吻合度.表明本方案具有一定的可行性,为缩短相关环节的周期提供了一种新的途径.

     

利用深度学习进行P波到时拾取和初动极性判定

地震震源位置和震源机制解的确定需要精确的P波到时和初动极性信息。由于这些参数的自动化算法的精度比人工识别的要低,因而在处理大数据时是存在一定问题的。本文通过训练卷积神经网络来获取P波到时和初动极性信息,该方法直接对波形记录进行学习,而不是特征提取。我们利用南加州地区1 820万条手动拾取的波形记录,来训练卷积神经网络。1 200万条无关联波形记录的交叉验证显示,自动与人工拾取之间的差异的标准差为0.023s。以人工识别的初动极性做参考,分类器拾取的精度为95%。同时,在不影响质量的前提下,与人工识别相比,分类器拾取的极性数量更多,从而获得的震源机制解数量几乎翻倍。经过训练的卷积神经网络具有很好的精度,这表明它们可以与地震专家一样好,甚至更好。     

强震记录中速度大脉冲模拟及其对反应谱的影响

在近断层地震中,具有速度大脉冲的强震动对建筑物的影响较大。为了描述速度大脉冲,Makris和Roussos提出了由简单连续函数构成的模型,该模型参数较少、形式简单,用来描述实际地震记录中的速度脉冲大多取得较好的效果,但还是有一些记录模拟的结果会出现“丢失”现象,存在一些缺陷。针对此问题,本文提出了2个改进的方法——组合法和镜像法,用来扩展Makris和Roussos模型的适用范围,使其具有更好的适应性。     

基于希尔伯特-黄变换的近断层地震动脉冲特性研究

近断层地震动中存在的低频、大幅值速度脉冲使得临近断层结构具有更高的强度和延性需求。对近断层地震动脉冲特性的深入研究有利于加深对临近断层结构反应的认识,从而为临近断层结构抗震设计提供理论依据。受强震记录处理及速度脉冲识别和提取方法的限制,目前已有的研究工作主要集中于近断层地震动记录的单脉冲特性,多脉冲特性涉及较少。本文基于希尔伯特-黄变换及其相关理论,针对近断层地震动,提出了涵盖原始强震记录基线校正,至多速度脉冲定量判别及提取的整套脉冲特性研究方法,该方法对多脉冲记录尤为有效;基于提取出的理想化速度脉冲构建了（多）脉冲参数与地震参数的统计关系;以脉冲持时新定义了近断层地震动的有效强震持时,并通过多层结构非线性时程分析进行了验证。新方法中,基线校正过程可以获得稳定的地面峰值位移（PGD）和具有物理意义的基线偏移时程;提出的速度脉冲识别及波形提取方法可以将每个脉冲准确定位于时域,同时自动化获得脉冲相关参数;基于理想脉冲定义的近断层地震动有效强震持时可以良好地 表征多脉冲记录的强度。      

Kinematic source model for simulation of near-fault ground motion field using explicit finite element method

1 Introduction The prediction of broadband near-fault ground motion is an important aspect of seismic risk analysis, and is essential for the evaluation of urban seismic safety. Many methodologies are used to model the near-fault ground motions, such as the Green function method, ?nite element (FE) / ?nite difference (FD) method and a hybrid method (Aagaard, 1999; Oprsal and Zahradnik, 2002; Oprsal et al., 2003 a and b). In the hybrid method, the FE / FD method is used to model the low fr…     

近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。     

地震动速度脉冲对巨型结构体系地震响应影响研究

以巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系为研究对象,选择4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,采用数值分析方法分别计算在有、无速度脉冲的地震动激励下三种结构体系的地震响应,探讨地震动的速度脉冲对巨型结构体系在不同控制策略下地震响应的影响。研究结果表明:三种结构体系在速度脉冲型地震动作用下的地震响应大部分要大于无速度脉冲型的地震响应,近断层地震动的速度脉冲对巨-子结构抗震体系、隔震体系以及智能隔震体系的地震响应均有一定的不利影响。智能隔震体系对速度脉冲地震动较为敏感,但能有效地减小隔震层位移。     

地表破裂断层近场速度大脉冲研究

在分析和研究近场强震记录的基础上,对地面运动速度大脉冲进行了数值模拟。研究结果表明：有速度大脉冲的地面运动主要产生在断层周围。是地震发生时断层两盘突然错动在周围场地产生的特殊运动效应,单耳速度大脉冲常伴随有较大的地面永久位移,双耳或多耳速度脉冲常对应于位移大脉冲及可恢复位移,其产生机理与断层的破裂速度关系不大,与断层两盘的位移量有直接关系。速度大脉冲对近断层的长周期结构作用显著,值得研究。     

Study on equivalent velocity pulse of nearfault ground motions

Introduction By analyzing earthquake motions, we could find that earthquake motions near the causativefault have two characteristics. One is the remarkable directivity effect. The amplitude of thefault-normal component is larger than that of the fault-parallel one; the other is obvious pulse mo-tions. Bertero, et al (1977) studied the earthquake records of the 1971 San Fernando earthquake.They first pointed out that some ground motions recorded near the causative fault is characterizedb…     

近断层地震动等效速度脉冲研究

近断层地震动对地表结构物造成严重的破坏,它具有明显的方向性和脉冲型特征. 在速度时程中含有大幅值、长周期的脉冲波,对结构响应影响很大. 为简化计算和分析的需要,在既有的等效速度脉冲模型的基础上,建议了较为合理等效速度脉冲模型. 在充分收集脉冲型近断层地震记录的基础上,对等效速度脉冲模型的脉冲周期、脉冲强度及卓越脉冲数等参数进行了研究,并与以往研究者的结果进行比较,以利于近断层区结构的抗震设计.     

近断层地震动最强速度脉冲方向分量特性研究

为了研究速度脉冲型地震动的最强速度脉冲方向分量与垂直或平行断层方向分量之间的特性差异,本文采用多分量速度脉冲识别方法从NGA-West2强震动数据库的236组近断层地震动速度脉冲记录中提取出最强速度脉冲方向分量,对其脉冲参数随震级M_W和断层距R变化的统计关系式进行了回归分析,并对比了最强速度脉冲方向分量与垂直或平行断层方向分量之间的特性差异。研究结果表明:当R＜30 km时,最强速度脉冲方向分量的脉冲幅值预测值较垂直或平行断层方向分量的预测值大,而当R＞30 km时,两种分量的脉冲幅值预测值相差不大,可以忽略;当M_W≤7.5时,最强速度脉冲方向分量的脉冲周期预测值比垂直或平行断层方向分量的预测值大,而当M_W＞7.5时,两种分量的脉冲周期预测值差异不大,可以忽略。