地层大起伏场地微动波动力和时间特性研究

场地的微动波特征在一定程度上能够反映地层结构的地质信息,近年来在工程地质勘察中得到应用,但关于微动波产生的机理及与地层结构的关系,还有待于深入研究。选择地层大起伏实际场地作为研究对象,对场地进行大量的微动波观测,采用H/V谱比法进行数据的处理与解译,研究地层大起伏场地覆盖层厚度的变化对微动波动力特性和时间特性的影响。研究结果表明随着场地覆盖层厚度的减小,场地H/V谱形态由明显的单峰转变成双峰,最终转变成峰值平台,峰值的范围和频率逐渐增大,而峰值谱比逐渐下降。H/V谱形态出现频率值较高,范围较大的峰值平台,这对于自振频率相对较高的低层建筑物的抗震极为不利,在地震灾害评估的研究中应给予足够的重视。     

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异,是地壳内低速区结构特征判别的重要依据.本文尝试利用空间自相关法(SPAC法)从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构.以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例,采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30 km 深度范围内的一维S波速度结构.结果表明,该区结晶基底埋深较浅约2 km;分别在5~8 km 和12~16 km 深处发育S波低速层;8 km 和 20 km 处是S波速度差异较大的速度分界面.这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合,表明SPAC法估算地壳S波速度结构是可行、有效的.     

基于微动方法研究五大连池火山区尾山火山锥浅层剪切波速度结构

为了研究五大连池火山区尾山火山锥浅层三维波速结构特征,在尾山火山锥附近区域布设了无线地震检波器密集台阵,记录连续地震背景噪声波形数据.基于微动方法（拓展空间自相关方法）提取了台站间2~5 Hz频率范围的Rayleigh面波相速度频散曲线.利用面波层析成像方法反演获得2~5 Hz Rayleigh面波二维相速度图像,基于每一个网格节点的频散曲线,进一步反演获得了尾山火山锥附近区域地表至700 m深度的三维剪切波速度结构.成像结果显示：在0~150 m较浅深度,靠近尾山火山锥区域显示为相对高速异常,远离火山锥区域则显示为相对低速异常.而至150~700 m较深深度,波速异常特征与浅部相反,靠近尾山火山锥的区域显示为相对低速异常,远离火山锥的区域显示为相对高速异常.在远离尾山火山锥区域,浅层的相对低速异常可能与松散沉积层有关,深部的高速异常则反映了结晶变质岩的影响.在靠近尾山火山锥区域,浅部的相对高速异常应该反映了出露地表的玄武岩,而深部的相对低速异常则可能反映了火山通道周围广泛发育的破碎裂隙结构及其火山喷发后孔隙流体填充的影响.     

基于LWPC和IRI模型的NWC台站信号传播幅度建模分析

频率为3~30 kHz的甚低频（VLF,Very Low Frequency）电磁波具有波长长、传播距离远的特点,能够沿地面-低电离层波导进行传播,在通信、导航等许多领域都被广泛应用.基于波导模理论的长波传播模型（LWPC,Long-Wavelength Propagation Capability）能够用于计算甚低频波的传播路径及幅度,进而研究耀斑、磁暴、地震等事件对电离层的扰动.本文利用国际电离层参考模型（IRI,International Reference Ionosphere）对LWPC中电子密度和碰撞频率进行改进,并将模拟结果与武汉大学VLF接收机实际观测到的NWC（North West Cape）台站信号幅度进行比较分析,结果表明改进后LWPC模型得到的幅度及变化趋势与实际值更加接近.LWPC模型给出的电子密度与IRI模型得到的电子密度在日间基本一致,但是在夜间存在差异,造成夜间部分区域NWC台站信号幅度的差异性,验证了电离层电子密度对于VLF信号传播具有的重要影响.传播路径上的晨昏变化也可以引起VLF信号幅度分布的突变,在日出和日落时间段内存在明显的过渡区域.基于IRI模型的LWPC,改善了VLF电波传播过程的预测分析效果,提供了一种长波导航通信质量的评估方法.

     

基于NWC甚低频信号的日出效应的观测与分析

频率在3~30 kHz的甚低频(VLF,Very Low Frequency)波具有较小的传播损耗和较高的趋肤深度,可以在地球-低电离层波导中实现长距离传输,广泛应用于航海导航、对潜通信等领域,且在电离层遥测方面具有十分重要的意义.基于武汉大学自主研发的VLF接收机在武汉接收的NWC(North West Cape)台站信号,本文通过分析2018年4月23日—2020年7月22日的观测数据研究了日出期间NWC信号的幅度响应及其特点和规律.结果表明NWC信号日出期间的幅度响应主要包括两种极小值结构：2个幅度极小值(SR1、SR2)的Type Ⅰ结构和3个幅度极小值(SR1、SR2、SR3)的Type Ⅱ结构.在以SR1出现时间为时间零点进行时序叠加分析后发现,Type Ⅰ结构比Type Ⅱ具有更强的规律性和稳定性.在Type Ⅰ结构下,SR2出现时间的波动范围、平均值、标准差分别为43~65 min、54.2 min、4.4 min,而在Type Ⅱ结构下,SR2和SR3出现时间的波动范围分别为48~93 min、80~120 min,平均值分别为64.7 min、96.4 min,标准差分别为10.2 min、11.7 min.在27个月的观测期内,3—7月份Type Ⅰ结构的出现概率100%,未出现Type Ⅱ结构,而在1—2月和8—12月Type Ⅰ结构出现的概率明显下降,最低降至1月份的20.7%,而Type Ⅱ在1月、2月、11月的出现概率均高于70%.按春秋分交替变化(周期1和周期2)的统计结果,在周期1内Type Ⅰ和Type Ⅱ结构出现的概率分别为91.5%、8.5%,而在周期2内Type Ⅰ结构出现的概率降至41.9%,Type Ⅱ结构出现概率则升至58.1%,这表示观测期间内Type Ⅱ结构主要出现在秋冬季,春夏季发生概率较低.

     

地脉动水平/竖向谱比表征地震动场地效应的有效性及其修正

近年来,地脉动水平/竖向谱比法广泛应用于获取场地卓越频率工作中,但在指示地震动放大系数方面是偏小的。利用KiK-net台网403个台站共21万余组数据,通过对比分析地脉动水平/竖向谱比MHVR和地震动水平/竖向谱比EHVR,发现二者的谱形和峰值频率基本一致,但幅值存在差异。根据MHVR谱形将场地分为6类,建立将MHVR修正为EHVR的经验方法。当MHVR有可解释的峰值时,实测EHVR和修正后MHVR预测值一致性提高。地震动峰值加速度在40 cm/s2以下时,EHVR受场地非线性的影响较小,利用MHVR及其修正方法可有效估计EHVR。     

钻孔应变观测原位标定方法研究进展

钻孔应变观测的原位标定是制约钻孔应变定量观测理论与技术发展的基础性问题。为推进钻孔应变观测在地球动力学研究中的应用,从标定模型、参考应变信号等方面系统总结钻孔应变观测原位标定方法研究的最新进展,指出钻孔应变观测原位标定中存在的主要问题,并展望今后的发展方向。     

一种GPS多路径反射信号的雪深反演

针对传统雪深测量缺乏必要时空敏感性的不足,该文在分析GPS信号多路径反射模型的基础上,利用GPS信噪比观测数据,通过分离提取多路径反射分量研究其时频特性,探讨GPS多路径信号与雪深及其变化关系并进行反演建模。依据菲涅尔反射区理论,确定了反射区域范围,进一步探讨卫星、波段选择及初始反射高度确定等。对比实验研究表明,反演结果与实测值吻合较好,相关系数为0.93,均方根误差为8.6cm;信噪比多路径反射分量的频率能有效跟踪积雪深度的变化。     

Precise tidal gravity recorded with superconducting gravimeters at stations Wuhan (China) and Kyoto (Japan)

 Three long series of tidal gravity observations, totalizing approximately 24 years and recorded with three superconducting gravimeters, T004, T008, and T009, at stations Wuhan (China) and Kyoto (Japan), are studied. The tidal amplitude factors and phase differences are determined precisely using Eterna and Nsv techniques. The precision of the main tidal amplitudes is at the same level of 0.01 μGal. The atmospheric gravity signals are corrected using the coefficients determined with a regression method between tidal gravity residual and station air pressure. The oceanic gravity signals are modeled based on five global oceanic models. It is found that the oceanic models developed by the analysis of measurements from Topex/Poseidon altimeters have the best fit to the superconducting gravimeter measurements, since the observed residuals and the discrepancies between the amplitude factors and the theoretical tidal models are reduced more significantly. The long-period gravity variations are dominated by the non-linear drift phenomena of the instruments, and the short-term variations in gravity are due to the background noise at the stations. Received: 20 January 2000 / Accepted: 15 September 2000     

Undifferenced Cycle Slip Estimation of Triple-Frequency BeiDou Signals with Ionosphere Prediction

With the rapid development of BeiDou satellite navigation system (BDS), high-quality service has been provided in the Asia-Pacific region currently, which will be extended to the whole world very soon. BDS is the first Global Navigation Satellite System that all satellites broadcast the triple-frequency signals. The triple-frequency signals in theory can improve the cycle slip detection that is one of the preconditions in precise positioning by making use of carrier phase. This paper discusses the development of a cycle slip detection method for undifferenced BDS triple-frequency observations in kinematic scenario. In this method, two geometry-free extra-wide-lane combinations and one geometry-free narrow-lane (NL) combinations are employed. The key is to mitigate the between-epoch ionospheric biases in the geometry-free NL combinations. We propose to predict the ionospheric biases of current epoch by using those from its consecutive foregoing epochs. The method is tested with extensive experiments in varying observation scenarios. The results show that in case of sampling interval as small as 5 s, the between-epoch ionospheric biases can be ignored and the correct cycle slips can be determined. Meanwhile in case of lower sampling frequency, one needs to compensate the ionospheric biases of current epoch by using the predicted ionospheric biases. The presented method can correctly detect all cycle slips even if they are as small as 1 cycle.