利用中国数字地震台网宽频带记录研究长周期地震动反应谱特性

利用６５次地震的中国数字地震台网（ＣＤＳＮ和ＮＣＤＳＮ）宽频带和甚宽频带（ＢＢ及ＶＢＢ）记录，分别计算了阻尼比ζ＝０．００５，０．０１，０．０２，０．０５和０．１０的基岩水平向相对位移反应谱、相对速度反应谱和绝对加速度反应谱．结果表明，工程上常用的强震加速度记录，不足以给出可靠的长周期地震动反应谱，而ＣＤＳＮ宽频带记录恰恰可以作为强震加速度记录的重要资料补充来源，用于长周期地震动反应谱特性的研究．

正常家鸽的宽频带心电图时域值和功率谱

实验用南京新博公司生产的NHE-1000型宽频带心电信息检测分析仪,研究了正常家鸽宽频带心电图(WFB-ECG)的时域值和QRS波群的功率谱。主要结果如下:(1)Ⅱ、Ⅲ、aVF导联,QRS波群均为主波向下,形成rS或 rSr’型,无Q波,与人类相应导联的心电图波形相反;S波的升支均有一较大的切迹(无一例外),Ⅱ导联切迹幅度为 0.413±0.133mV,宽度为9.733±1.291ms;Ⅱ、Ⅲ、aVF导联T波直立,方向均与主波相反门(1例除外)。aVR导联,QRS波群主波向上,形成Rs型,T波倒置,与主波方向相反(无一例外),也与人类aVR导联的波形相反。(2)P波时程与P-R段之比值为0.8,而人的为1.0-1.6,小鼠的为0.4。(3)Ⅱ导联QRS波群的功率谱特点:以低频信号(低于80 HZ)为主,而高频频段的相对能量比小鼠的低,比人的高,其中高频频段100-1000 Hz的相对能量为(10.181±7.443)％,80-300HZ为(15.418±10.579)％。(4)QRS波群的额面心电轴为-118°±10°(-96°～-136°);(5)心电向量环的位置与人类的相反,位于-90°～-180°相限。这些现象的产生原因可能是由于家鸽心室 Purkinje纤维末梢延伸到心外膜下心肌,导致心外膜下心肌先除极化,心内膜下心肌后除极化而产生的。

基于主成分分析的自适应宽频带瞬时谱数据融合

为了从瞬时谱分解的大量共频率属性数据中提取和突出与储层有关的主要信息,本文提出一种基于主成分分析的自适应数据融合方法。该方法将变换后的主成分特征值作为权重,自适应地体现各主成分在代表原始数据信息量中的贡献率,使融合后的数据更能突出和反映各频率瞬时谱数据中的有效信息,实现了宽频带瞬时谱数据的降维与优化。实际资料的应用表明,本文的方法可快速提取和突出包含在大量瞬时谱数据集中的主要信息,清晰地刻画储层的几何形态和展布特征,提高资料解释的效率。

宽频带地震数据瞬时谱分解及快捷解释方法

瞬时谱分解产生的若干共频率瞬时谱数据体不仅占用大量存储资源,而且影响了地震资料解释的效率。为此,本文首先提出联合应用短时傅里叶变换及S变换的时频谱分解方法,提高中、低频段时间分辨率及分解宽频带地震数据;接着应用分频段主成分分析实现宽频带瞬时谱数据集的降维与优化,并保持不同频段信息随频率变化的特性;最后将聚类测度引入模糊C均值聚类中,对经分频段主成分分析后数据集做进一步自适应融合。实际资料应用效果证实,本文方法可有效分解宽频带地震数据,快捷地提取和突出包含在大量瞬时谱数据集中的主要信息,清晰地刻画储层几何形态和展布特征,节省了存储资源并提高了宽频带地震资料解释效率。

最小时频带宽积Gabor谱图及应用

短时傅里叶变换谱图的方法已广泛运用于信号处理的各个领域,但是短时傅里叶变换谱图的时频分辨率较低。Gabor谱图是短时傅里叶变换谱图的一种特殊形式,文章把时频带宽积最小标准运用到Gabor谱图的窗函数中去,提出了最小时频带宽积Gabor谱图。最小时频带宽积Gabor谱图利用了Heisenberg不确定原理,时频分析结果的时间和频率两个变量都将得到较高的分辨率。将该方法运用于测试信号和实际信号的时频分析,仿真实验结果显示最小时频带宽积Gabor谱图得到了较好的时频分析结果。

2022年9月5日泸定M_(S)6.8地震宽频带地震动谱元法模拟

2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的泸定M_(S)6.8地震的全过程宽频带(0.1—5 Hz)地震动模拟,通过与六个台站的时程记录、对应的反应谱以及NGA-West2地震动衰减曲线进行比较检验了方法的精度和适用性;进而给出了此次地震的三分量速度波场快照图,再现了地震波传播时近场地震动的方向性效应和局部场地效应;最后给出了震中100 km×100 km范围内的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了泸定地震近场强地面运动的空间分布特征,并给出了基于模拟结果的地震烈度分布图。结果显示,震中PGA接近600 cm/s^(2),PGV接近50 cm/s,烈度达到Ⅸ度,且由于泸定地区内高山峡谷地形对地震动的影响,地震动峰值在山顶和峡谷处明显放大,山顶处PGA和PGV分别放大1.9倍和1.5倍,峡谷谷底处PGA和PGV分别放大1.7倍和1.4倍,这里出现的地震动放大现象以及可能造成的次生地质灾害亟需引起注意。

关中地区VP型宽频带垂直摆倾斜仪同震响应分析——以2022年四川泸定M6.8级地震为例

对陕西关中地区的3套VP型垂直摆倾斜仪进行同震响应分析时,以2022年四川泸定M6.8级地震为例发现以下结果,各台站VP型宽频带垂直摆倾斜仪观测性能良好,记录的固体潮形态间有较好的对应关系。通过对地震时段的数据进行功率谱密度分析发现以下情况,首先,在0~0.15 Hz频段内集中出现与地震相关的信息;其次,震时的功率谱密度相比平静期和无波期有所提高;最后,各地震台VP型宽频带垂直摆倾斜仪在毫米波频段具备相对稳定性。

甚宽频带地震计噪声与环境耦合研究

首先以甚宽频带地震计为研究对象,分析垂直向的片簧系统理论模型,探讨气压变化对仪器的LP噪声影响;通过理论分析,得出垂直向的片簧系统受气压变化影响较大。根据片簧系统的理论模型,设计一种密封安装方法,通过实验探讨地震计噪声与环境耦合关系(气压、温度和底座变形的关系)。最后对实验数据进行功率谱噪声分析,结果显示抽真空后地震计三个分向的噪声均降低,其中在100 s处垂直向、东西和南北向分别降低了10 dB、5 dB和6 dB。

新疆北天山地区宽频带地震动模拟关键技术研究

近年来,我国强震动观测记录数据库有了大幅扩充,一定程度上满足了重大工程抗震设防对宽频带地震动输入的迫切需求。然而,对于地震频发、强震动观测记录少的地区,宽频带地震动的数值模拟仍是确定合理地震动输入的重要途径。北天山地区是新疆经济社会发展的核心区域,现有强震动观测记录难以满足该区重大建设工程的抗震设防需求。研究构建考虑北天山地区震源机制、地质构造以及场地特征的宽频带地震动模拟方法对于高地震风险的北天山地区具有重要工程应用价值。宽频带地震动模拟方法由具有强区域特征的高频地震动随机模拟方法及基于求解无限域波动问题的低频地震动模拟方法组成。本文围绕北天山宽频带地震动模拟方法构建中的关键问题展开研究:针对高频地震动模拟,主要研究中小震震源模型的构建及非平稳地震动合成所需的群速度模型;针对低频地震动模拟,主要研究无限域波动数值模拟中高精度人工边界的构建,以尽可能缩小模拟工作区和提高计算效率。取得的研究成果如下:(1)北天山地区震源和路径传播模型构建。利用该地区2009—2015年843个M_L≥3.0地震记录,采用多台多地震联合反演方法建立了该地区的路径衰减、台站场地响应以及震源谱模型。结果表明,北天山地区中小震震源谱具有分段特性:4级以下地震的震源谱与引入震源谱高频衰减因子(κ=0.003)的Brune模型在统计意义上基本一致,4级以上地震的震源谱逐渐偏离Brune模型,呈现较为明显的双拐角频率特性;另外,震源谱存在分区差异,库拜盆地、塔里木盆地内地震的震源谱在高频段衰减更为显著。(2)北天山地区等效群速度模型构建。在已有基于等效群速度模型合成地震动的工作基础上,引入震相微分计算方法改进了等效群速度的计算方法;提出应用测震记录P波到时构建最快波群速度模型,分析了最快波群速度选取对等效群速度模型构建的影响;基于北天山地区的强震动观测记录,统计得到该地区的等效群速度模型。等效群速度模型引入到高频随机模拟方法的算例结果表明,基于等效群速度模型考虑地震动非平稳特征可给出更为合理的地震动模拟结果,对于面波发育的深厚覆盖层场地影响尤为突出。(3)高精度人工边界条件完美匹配层构建。完美匹配层内场方程和界面条件通常分别采用复坐标延伸技术变换强形式无限域内波动方程和界面条件得到,其构建过程相互独立,可能出现匹配不合理而引发的数值失稳、计算精度低下等问题。为此提出采用复坐标延伸技术变换弱形式无限域波动方程以构建完美匹配层的方法。弱形式波动方程耦合了波动方程及界面条件,规避了变换后所得场方程与界面条件的匹配不合理问题。新方法可直接给出弱形式匹配层,结合勒让德谱元建立了弹性介质近场波动谱元模拟方案。利用算例验证了新方案的精度及数值稳定性。(4)新源—和静6.6级地震地震动场的数值模拟。2012年6月30日新源—和静地震是北天山地区近50年来发生的最大地震,测震及强震动观测记录均较为丰富。本文应用反演所得滑动分布和随机滑动分布分别拟合了强震动台站的地震动时程,对比分析了拟合反应谱与观测记录反应谱的差异性;模拟了该地震的烈度分布图,分析其与实际调查烈度图和基于新疆常用地震烈度衰减关系计算的烈度图之间的差异,探讨了破坏性地震发生后应用高频随机有限断层方法生成地震烈度分布图的可行性。

河北区域VP型宽频带垂直摆倾斜仪同震响应分析——以2019年河北唐山M4.5地震为例

以2019年河北唐山M4.5地震为例,对河北区域内6套VP型宽频带垂直摆倾斜仪进行同震响应分析,结果表明,VP垂直摆同震响应良好,与地震波形记录有较好的对应性;对地震时段数据进行功率谱密度分析,发现地震信息主要集中在0~0.15 Hz,各台站地震时段PSD较平静时段的结果增大,最大值随震中距增加逐渐减小,各台站VP垂直摆的频谱在时间-频率上有较好的一致性。

高功率超宽谱源技术研究

高功率超宽谱（uwB）源是高功率微波源的一种，其辐射的超宽谱电磁脉冲体现出宽频带特性，在军事和民用领域具有广泛应用前景，美国和俄罗斯等都高度重视高功率超宽谱脉冲技术的研究和开发。

不同海浪谱激励下矩形液舱内液体晃荡试验研究

在振动台上试验研究了矩形液舱在宽频带Bretschneider谱与窄频带JONSWAP谱分别激励下的随机晃荡自由液面波特性及其对液舱内壁的冲击压力分布规律,并详细讨论了两种海浪谱作用下自由液面高程最大值及动态压力最大值随谱峰周期和有效波高的变化关系.研究发现相同有效波高、谱峰周期条件下,Bretschneider谱激励下的液体晃荡比JONSWAP谱激励下的液体晃荡更为剧烈.自由液面高程频域分析表明两种海浪谱作用下的自由液面波形状主要受液舱最低固有频率调制,晃荡波能量主要集中在液舱最低固有频率上,且液舱内各测点处的最大动态压力从液舱底部到自由液面处依次增大.

区域台网加速度与仿真加速度地震记录的反应谱特征分析

从福建数字强震动台网加速度记录、福建数字遥测地震台网及中国数字地震台网泉州台宽频带或甚宽频带地震仪的速度记录中，筛选出1998年7月至2008年7月，福建及邻近地区17个典型地震（ML3．6～6．7）在基岩和土层台上记录到的51条加速度记录和在基岩台上记录到的31条速度记录。对经数据处理及仿真技术（速度记录部分）获取的82条加速度与仿真加速度时程计算了反应谱与规准后的反应谱（β谱），并分析了谱形参数的统计关系及主要特征，分析结果如下。

水平运动模拟器复演随机海浪谱实验

设计了一种水平随机运动模拟器,并基于模型实验研究了该水平运动模拟器复演宽频带Bretschneider谱(B谱)与窄频带JONSWAP谱(J谱)所生成随机运动位移的能力及其关键影响因素。通过改变谱峰周期和有效波高讨论了两种海浪谱所生成水平随机运动位移的极值及与随机运动位移相应的频谱密度特征,确定了谱峰周期及有效波高对水平运动模拟器冲程的影响规律。基于实测频谱密度与理论谱之间的拟合优度,发现该模拟器对宽频带的B谱具有较高的复演精度,而对能量分布相对集中的窄频带J谱的复演精度相对较低,并且发现谱峰周期是影响J谱实测谱与理论谱拟合优度的主要因素,同时由J谱生成的随机运动位移的标准差及相应频域中能谱密度的方差均大于B谱,表明J谱相对B谱而言是一种高离散度的谱型,在运动模拟器中很难被精确复演为随机运动位移。

应用实测强震动记录的地震动场快速推测方法

致灾性地震动是引起土木工程破坏的根本原因, 震后秒至分钟级的地震动场快速推测是紧急处置、灾害链阻断、灾情获取及震后精准救援的重要依据, 也是震后情景构建和城乡地震韧性评估的关键输入.为了震后快速推测目标区域内无观测仪器场点的地震动时程, 本文首先通过反距离权重插值方法快速推测无观测仪器场点的地震动幅值谱, 结合基于等效群速度的地震动相位谱模型, 发展了一种非平稳地震动快速推测方法;随后引入Delaunay三角剖分算法, 发展了一种分钟级的宽频带地震动场快速推测方法, 并采用实际震例验证方法在不同台网密度下的应用效果.结果表明, 在0.1~25.0 Hz频段, 推测与实测记录的幅值谱在幅值、谱形、卓越频率及高频衰减特征方面有很好的一致性;推测与实测记录的波形、地面峰值加速度(Peak Ground Acceleration, PGA)与速度(Peak Ground Velocity, PGV)、震相到时、加速度反应谱(Acceleration Response Spectrum, Sa)等非常接近, 通过地震动场得到的仪器地震烈度与调查地震烈度基本一致.本文方法实现了地震动波形场近实时计算, 可为烈度速报等近实时地震减灾和应急工作快速提供任意场点地震动时程.

流动地震观测背景噪声的台基响应

大规模流动地震台阵技术发展为高分辨率深部结构成像提供了重要基础,背景噪声是影响流动地震观测质量的关键因素.为掌握流动地震观测噪声规律,发展流动地震观测降噪技术,编制流动地震观测技术规范,我们开展了针对不同台基流动地震观测背景噪声的观测实验与分析.其中,山西省临汾市五个地点架设了共22个对比观测台站,进行了超过一年半的连续观测.通过计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度,研究了不同场地条件和环境噪声下流动地震观测台站的噪声特征及其台基响应,分析了不同台基处理方式对噪声的抑制效果.结果表明:(1)高频人为噪声和长周期自然噪声是影响流动地震观测质量的主要噪声,可以通过增加台基深度和改善台基处理方式等方法降低其影响;(2)增加台基深度能有效地降低长周期噪声和高频噪声,2m深坑能使高人为噪声台站各分量的高频频段和长周期频段分别降低5dB和10dB;(3)由于其不稳定性,沙子台基的水平分量在长周期频段一般要高于摆墩台基5dB,流动地震观测中推荐使用摆墩台基;(4)台站位置、台站内部温度和空气流动都是影响台站噪声的重要因素.在此基础上提出了不同场地条件和噪声环境下的台基处理建议和适合国情的移动地震台阵台站建设参考方案,有助于流动地震观测野外工作的标准化和规范化.

地震计阶跃标定信号去除方法研究

为去除地震计记录信号中的阶跃标定信号,将理论阶跃信号与多项式拟合方法相结合,提出一种去除阶跃标定信号的方法。通过对比不同时段地脉动信号的功率谱密度(PSD)发现,应用本文方法去除阶跃标定信号后的地震信号的PSD与真实信号的PSD较为接近,同时地震信号的各种震相可被清晰还原。

泉州地震台数字地震仪台址的地脉动噪声分析

利用2008年泉州台甚宽频带数字地震仪连续48 h和全年每月连续48 h内白天与夜间各连续4 h的地脉动记录,计算5 Hz、5 s和100 s的静态地脉动噪声功率谱密度、1/3倍频程120 Hz带宽各段的平均静态地脉动噪声有效值、1/3倍频程10030 s带宽各段的平均静态地脉动加速度噪声有效值,以及上述3个频点和2个频段的地噪声在各时段的平均值与有效值随时间的变化等参数,并对其地脉动噪声水平进行综合分析。对了解近年城市建设的发展可能产生的噪声影响,寻求和提高泉州台测震观测质量的技术途径等方面具有实际意义。

中国强地面运动研究进展

简要总结了近年来我国在强地面运动资料的处理、近断层地面运动的影响因素、强地面运动的模拟和宽频带反应谱等方面的研究工作 .同时 。

长时间游泳对小鼠心电活动的影响

以 3 2只小鼠为材料 ,采用对照的方法 ,对正常对照组和游泳组小鼠心电活动的变化进行了比较分析。主要分析指标为Ⅱ导联宽频带心电图时域值及QRS波群和Q—T间期的功率谱。经过 15 0～ 160min的游泳后 ,小鼠宽频带心电图的各项时域值及功率谱较正常组发生了不同程度的变化 :心率变慢 ,由正常组的 5 66± 12 4次 /min减慢为游泳组的 44 0± 114次 /min ;P—R间期由 3 3 .7± 2 .7ms延长为 3 9.3± 3 .1ms;P波时程由 8.0± 0 .8ms延长为 8.9± 0 .9ms;P—R段由 2 5 .7± 2 .5ms延长为 3 0 .4± 3 .1ms。以上变化均有显著性差异 (P <0 .0 5或P <0 .0 1)。而QRS波群时程由 8.8± 0 .9ms延长为 9.1± 0 .8ms;Q—T间期由 18.7± 1.7ms延长为 18.9± 1.4ms;T波时程由 9.9± 1.7ms缩短为 9.7± 1.1ms。QRS波群峰—峰值由1.42 5± 0 .3 2 7mv增大为 1.5 18± 0 .3 15mv ;T波高度由 0 .5 45± 0 .0 99mv增大为 0 .5 90± 0 .143mv ,这些变化均无显著性差异。在QRS波群和Q—T间期的功率谱中 ,游泳组高频相对能量有所增加 。