大容量气枪震源地震动衰减特性分析

为进一步加深对大容量气枪震源激发的地震波传播特性的认知,利用福建海陆多个气枪震源固定激发点重复激发的实验数据,通过线性叠加和仿真技术得到等效单次激发高信噪比速度和位移记录,然后利用不同震中距的位移峰值计算不同固定点气枪激发的等效震级,进而建立等效震级、震中距和速度峰值的衰减关系。结果表明:(1)震中距为0~270km时,大容量气枪单次激发得到的速度峰值为700~4nm/s,位移峰值为200~0.2nm;(2)总容量为8000 in~3的气枪震源P波等效震级为0.181~0.760,S波等效震级为0.294~0.832,总容量为12000 in~3的气枪震源P波等效震级为0.533~0.896,S波等效震级为0.611~0.946,气枪震源激发产生的S波能量大于P波能量,激发环境不同,激发效能相差较大;(3)速度峰值随等效震级增大而增大,随震中距增大而减小,P波速度峰值三分量中垂直分量最大,S波相反,其垂直分量最小,二者水平分量相近。研究结果可为定量判断气枪震源激发的地震波的传播能力以及利用气枪震源进行深部探测或监测的观测系统的设计提供重要依据。     

An Experimental Study on Modulating the Large Volume Airgun Array Signals through Asynchronous Excitation

Large volume airgun arrays have been widely used in exploring and monitoring underground structures for nearly a decade. Nowadays, large volume airgun arrays adopt the synchronous excitation mode, and source characteristics are controlled by the source signal of a single airgun, which to some extent limits its application. In order to realize the asynchronous excitation of the airgun array, we developed a new firing system for the airgun array, and carried out a field experiment in the Binchuan Fixed Airgun Signal Transmission station to study the influences of the asynchronous excitation on the source signal. The experimental results show that:the newly developed airgun array firing system can ignite the airguns according to the setting time series with high precision. By designing the excitation time series, the asynchronous excitation can enhance the energy of airgun source signal at 3-5Hz, and reduce the energy of pressure pulse wave at 6-18Hz. The signal detection capability of the asynchronous excitation with time series mode is equivalent to the synchronous excitation.     

The Seasonal Variation of Large Volume Airgun Signals in Hutubi, Xinjiang

In order to study the seasonal variation of large volume airgun signals in Hutubi, Xinjiang, we analyzed 2,936 signals of airgun source excitations during 2015-2016 received by a seismograph on the bank of the excitation pool. Firstly, the RMS value of the signal amplitude and the daily average temperature were compared after linearly superimposing the signal in days, to analyze the influence of the surface ice cover on the excitation energy release of the airgun source. The result shows that the ice cover will reduce the excitation energy, and the thicker the ice cover is, the more obvious the excitation energy reduces. Secondly, the time-frequency analysis method was used to analyze the influence of the surface ice cover on the signal frequency. It is concluded that the existence of the ice cover has little effect on the signal frequency, but it will affect the intensity of the signal around 4Hz between 1-2s after excitation. The cause of these phenomena is that the ice cover affects the bubble oscillation, which in turn affects the energy conversion. The study shows that when using the cross-correlation delay method to calculate the wave velocity, the signals can be divided into two periods according to the daily average temperature:with or without ice cover on the upper surface of the excitation pool. This can help eliminate the influence of the source variation and improve the accuracy of the monitoring results.     

不同激发环境下井中气枪震源特征研究

基于单枪容量为250in3的BHS-2200LL井中气枪,在内径0.2、5.0m不同激发井中开展了气枪震源特征对比分析,研究表明：①5.0m井中气枪激发产生的信号优势频率集中在10～40Hz,比在0.2m井中的低,这主要是由于较大水体利于气泡的震荡;②在能量方面,5.0m井中激发信号的能量强于0.2m井中的,幅度上相差1个数量级,单次激发的传播距离可达9km;③2种激发环境下产生的气枪信号都具有较好的重复性。     

中国分区地震动衰减关系的确定

本文利用我国丰富地地震工等震线资料,研究了我国烈度衰减关系分区,并建立了分区地震烈度衰减关系。选择既有丰富的强震记录又有烈度衰减关系的美国西部地区作为参考区,并利用本文确定的分区地震烈度衰减关系轩换得到相应的地震动衰减关系式。     

大容量气枪震源长江定点激发信号检测

地学长江计划“安徽段实验”是大容量气枪震源在长江的首次激发。本文针对布设在气枪固定激发点附近的流动台和周边固定台接收到的气枪信号进行线性叠加分析近场和远场信号的时频特性,利用叠加结果检测气枪信号的传播特性,分析不同环境因素对信号传播距离的影响。结果表明：①近岸首台可以接收到清晰的压力脉冲、气泡脉冲的体波和面波信号;②气枪信号主频为5Hz左右,随震中距的增加,压力脉冲信号衰减很快,信号主频频带变窄;③对信号传播距离进行初步检测,最近的传播距离为180km,最远共有3个激发点传播达到260km,夜晚激发信号传播距离较远。     

利用固定台站分析长江激发气枪信号特征

“地学长江计划”安徽实验是以气枪震源为核心的大型主动源探测实验。通过在长江安徽段20个固定点定点激发气枪震源,结合109个固定台站、11条流动测线组成的观测网络,首次利用主动源实现了对长江流域安徽段约6万km2面积的三维地下结构探测。本文利用固定台站对长江激发气枪信号进行了分析,结果表明,长江中气枪信号激发效果良好,固定台记录中气枪信号可识别的最远距离达300km。对气枪信号绝对振幅的研究结果表明：① 50km处的气枪信号约为10nm量级,200km处的气枪信号小于1 nm;② 气枪信号强度的空间分布存在一定的方位各向异性,可能与长江的几何形状有关;③ 台站背景噪声对于提取气枪信号至关重要,高质量的固定台网为识别nm量级气枪信号提供了可能。     

Strong Ground Motion Estimation During the Kutch, India Earthquake

In the absence of strong motion records, ground motion during the 26^th January, 2001 Kutch, India earthquake, has been estimated by analytical methods. A contour map of peak ground acceleration (PGA) values in the near source region is provided. These results are validated by comparing them with spectral response recorder data and field observations. It is found that very near the epicenter, PGA would have exceeded 0.6 g. A set of three aftershock records have been used as empirical Green's functions to simulate ground acceleration time history and 5% damped response spectrum at Bhuj City. It is found that at Bhuj, PGA would have been 0.31 g–0.37 g. It is demonstrated that source mechanism models can be effectively used to understand spatial variability of large-scale ground movements near urban areas due to the rupture of active faults.     

川滇地区中小震地震动衰减特征分析

利用2007年以来川滇地区24次中小型破坏性地震（MS4.7~6.7）的基岩场地和土层场地的强震动记录,分别统计获得了川滇地区水平向基岩场地和土层场地的地震动峰值及加速度反应谱衰减关系。通过与俞言祥2001年基于转换方法得到的我国西部基岩地震动衰减关系的对比,验证了本文衰减关系在中小震级对地震动估计的可靠性。同时,根据强震动数据随震级以及震中距的分布情况,分析了本文结果的适用性和可靠性。     

欧洲中小震基岩水平向地震动衰减关系研究

大震与中小震之间的地震动衰减规律有所不同.本文使用了132条欧洲基岩水平向记录研究中小震地震动衰减规律.震级范围在地方震级4～6级,距离在震源距70km以内.本文得到了峰值加速度和5%阻尼比、周期0.04～4.00秒之间的加速度反应谱的衰减关系.通过与欧洲和美国西部地震动衰减关系对比,分析了在地震活动性不同的地区内,大震与中小震之间存在的差异有何不同.     

汶川8.0级地震峰值地震动特性研究

对汶川Ms8.0地震的加速度峰值进行统计和处理,得到加速度(PGA)与断层距的统计关系、等值线图以及地震三方向的三维加速度图.发现加速度峰值沿断层方向衰减较慢,沿其它方向衰减较快,断层距在100 km内衰减最快.大峰值的加速度基本位于断裂的两侧的狭长地带及沿断裂方向.用中国西部加速度衰减公式计算的加速度值与实际记录值进行比较,发现前者偏小并且衰减得快,可能与本次地震的断裂破裂机制和地质构造有关.     

汶川地震动摇摆分量参数的衰减特征分析

受接收设备和记录数量的限制,对摇摆分量内在属性及参数的统计分析了解甚少。为揭示摇摆分量的工程特性,便于结构抗震分析合理选取地震动参数,基于“5·12”汶川8.0级地震的348条数据记录,对比分析平动分量和摇摆分量的幅值以及频谱和持时的空间分布特征和随断层距的衰减规律。研究表明:摇摆分量与平动分量相比,在数量上峰值小很多,能量持时稍小且特征周期偏大。摇摆分量参数的空间分布特征为峰值具有沿断层破裂传播方向的方向性效应,峰值比、特征周期、能量持时的方向性效应不明显;除特征周期外,峰值、峰值比和能量持时均存在上下盘效应,上盘大于下盘。随断层距的变化特征为摇摆分量参数与平动分量参数的规律性一致,均表现为随断层距的增大,峰值减小,峰值比、特征周期和能量持时增加。     

为新区划图编制所建立的地震动衰减关系

介绍了建立新一代地震区划图所采用的地震动参数衰减关系的总体思路,并从资料、衰减关系分区、衰减关系模型、回归方法、转换等方面说明了地震动参数衰减关系的建立过程,给出了我国分区地震烈度和地震动参数衰减关系结果。新的地震动衰减关系的建立,具有如下特点:一是基于更加丰富可靠的强震记录和烈度资料;二是采用了具有大震近场饱和特征的地震动衰减模型;三是采用了使结果更加稳定的分步回归方法;四是在地震动衰减关系分区时考虑了地震活动性特征。与第四代地震区划图衰减关系相比,由于地震动衰减模型的变化和高震级强震记录的增加,高震级下的峰值加速度有所降低,而中强地震区的峰值加速度则在低震级时有所提高。     

地震安全性评价中地震动衰减关系的类型及其选取

通过阐述地震安全性评价工作中地震动衰减关系的演变介绍了衰减关系的三种类型,其差别在于是否含有高频地震动震级饱和因子C3M2项和加速度近场饱和因子C5eC6M项;分析了这两个因子的由来和作用,并举实例说明,当场地所处的地震环境受高频地震动影响较小时,可忽略C3M2项的影响;而加速度近场饱和因子因包含了震源体尺度的影响,并与实际观测记录相符,是衰减关系必须包含的内容。     

云南景谷MS6.6地震地震动特征分析

2014年8月3日云南省鲁甸发生MS6.5地震后,10月7日云南省内再次发生景谷MS6.6地震。对我国数字强震台网捕获的39组主震记录进行处理后,分析幅值参数、Arias强度以及持时参数的衰减特征,发现两次地震触发台站远场记录的地震动参数均显著低于预测方程,鲁甸地震的近场地震动参数略高于景谷地震;而鲁甸地震地震动参数衰减快于景谷地震,这可能与云南东部地区Q值低于西部地区的区域差异性特征相关。分析结果可以为研究该区域6.5级左右地震动衰减特征提供参考。     

Comparative Study on Two Methods for Measuring Wave Velocity Change of Crustal Medium Based on Large Volume Airgun Excitation Data

This paper proposes the application of dynamic programming method to calculate the relative change of wave velocities and compares its similarities and differences with the cross-correlation delay estimation method based on interference. The results show that:①the trend of wave velocities obtained by cross-correlation method and dynamic programming method are consistent. Besides,it is considered that the calculated result using cross-correlation delay method is reliable.② Compared with the cross-correlation delay method,the calculated result of the dynamic programming method has a magnifying effect and is more sensitive to small disturbances.③ Under ideal conditions,the wave velocity change trend calculated by P-wave and S-wave phase should be consistent. In addition,the cross-correlation delay method is used to calculate the wave velocity change.Under appropriate conditions,the process of recovering from the suspected wave velocity before the M_L1. 1 earthquake near the airgun source can be observed.     

芦山地震强地面运动频谱特征及致灾相关性分析

以芦山地震震中距100km内20个台站的60条原始强震记录为依据,采用零交法计算台站处三方向卓越周期,采用线性加速法计算台站处阻尼比为0.05的三方向反应谱,考察反应谱峰值周期、卓越周期和放大系数在各台站位置处的分布以及在断裂上、下盘的均值。通过研究发现:芦山地震动卓越周期、反应谱峰值周期和放大系数在各台站不同方向上的分量不同;各台站处反应谱的计算表明地震动具有上盘效应以及上盘衰减迅速的特征;地震动卓越周期在芦山地震震中100km的上、下盘上差别不大,其中上盘EW和UD向卓越周期均值略小于下盘,而上盘NS向均值略大于下盘,断裂两盘UD向卓越周期总体小于水平向,断裂两盘三方向卓越周期变化范围为0.013~0.275s;计算得到的放大系数表明80%台站NS向放大系数大于EW向,因此NS向放大系数较大可能是芦山地震诱发崩滑地质灾害的主要因素。     

汶川地震远场地震动特征及其对长周期结构影响的分析

汶川8．0级大地震中,中国数字强震动台网获得了大量的数字强震动记录,这些记录特别是远场记录具有丰富的长周期地震动分量。本文根据东南强震动中心获取的区域数字强震动记录,分析汶川8．0级地震的远场地震动特征,研究了基岩场地及深厚软弱场地的长周期地震动及其差异;根据长周期结构的特点,选取建于深厚软弱场地上的江苏A050强震台的超长地震记录进行结构地震反应分析,研究汶川8．0级地震对远场长周期结构的影响,并结合实际震害特点,提出了长周期结构抗震及地震安全对策中一些值得注意和思考的问题。     

地震动峰值加速度衰减关系对中国西部地区的适用性分析

地震动参数衰减关系描述了地震动参数随震级和距离等因素的变化情况,选取合适的地震动衰减关系是地震危险性分析中确定工程场地地震动参数的关键环节。本文收集、整理和分析了中国西部地区2012年3月9日—2017年9月16日间发生的42次地震事件中获取的强震动记录资料,并选择了3个国际上基于不同地区强震动记录数据建立的地震动加速度衰减关系(ASB11、SCEMY97和LLCS11),开展了加速度衰减关系计算结果与中国西部强震动记录值的对比研究。比较了衰减关系峰值加速度的预测中值与实际记录值之间的差异,并分析了其残差随震级和距离的变化。得到了以下结论:①相比于SCEMY97和LLCS11,ASB11更适合于中国西部地区;②研究中国西部地区的衰减关系时,有必要考虑高频地震动的震级饱和现象。同时,对于如何修正已有衰减关系以使其更适合于中国西部地区给出了相应的建议。     

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。