基于地脉动H/V谱比法的红土场地卓越周期

为研究地脉动H/V谱比法在确定红土场地卓越周期中的适用性,对不同类别红土场地开展系统的地脉动测试。首先利用地脉动H/V谱比法中水平分量的不同组合方式处理地脉动测试数据,得到HVSR曲线;然后分析HVSR曲线,获取场地卓越周期,进而确定场地类别,划分场地岩土类型;最后结合钻孔勘探信息,验证了地脉动H/V谱比法在确定红土场地卓越周期中具有良好的适用性,且H/V谱比法中采用东西和南北向水平分量的矢量和组合方式可更加简便和准确地获取场地卓越周期。

利用H/V谱比法研究三河和唐山地震震区地壳浅部沉积结构

利用一条穿过三河和唐山地震区的密集地震探测剖面数据,采用H/V谱比法获得了三河、唐山地震区及邻近区域的地壳浅部沉积结构特征、场地共振频率及易破坏程度等参数.结果表明:研究区松散沉积层厚度约为100—800 m,呈现出NW浅而SE深的变化特征;探测剖面西北部通县隆起的沉积层厚度约为350—450 m,沉积层界面起伏平缓;大厂凹陷沉积层厚度约为300—600 m,横向变化特征显著.测线东南部唐山地震区地壳浅部存在上下两组较明显的沉积界面:上层界面深度约为100 m,呈水平展布;下层界面深度约为300—800 m,且向东南方向逐渐加深.三河和唐山地震区的场地放大系数约为3—4,场地易破坏程度均大于20,显示出地表建筑物易破坏程度较高的特征.

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.

三河—平谷地区地脉动H/V谱比法探测:场地响应、浅层沉积结构及其反映的断层活动

1679年三河—平谷8级地震,造成了包括北京在内的华北广大地区严重的人员和经济损失,但是该地区和地震灾害密切相关的沉积结构和地震场地响应特征研究,相对比较缺乏.本文利用1~4 km台间距的高密度单台地脉动观测、几个小孔径台阵观测和钻孔测井数据,研究了三河—平谷地区的浅层沉积的场地响应和沉积层三维起伏特征,以及构造运动对沉积厚度的影响.结果表明,研究区沉积层的场地共振频率和沉积厚度有明显的分区特征:东北部场地共振频率主要在1.0~7.0 Hz之间,具有相对较薄的沉积厚度,沉积界面起伏也相对平稳;西南部场地共振频率大部分区域小于1.0 Hz,可低至0.3 Hz,相应的沉积厚度起伏显著,其中在大厂凹陷厚度可达300~600 m.沉积起伏和隐伏断裂带的分布有较好的对应关系,反映了夏垫断裂、南苑—通县断裂第四纪以来较为活跃的正断活动.北东走向的夏垫等隐伏断裂在东北部山前的正断活动相对不发育,以及东北部和西南部沉积厚度的显著差异,都可能受到北西走向的二十里长山断裂带活动的影响.按照Vs30场地分类,研究区内沉积较厚的凹陷地区主要为E类软土,其他区域为D类中硬土.研究结果与区域地质调查、钻孔数据和浅层地震勘探剖面结果基本相符,说明地脉动探测方法能够高效、低成本的获取区域沉积厚度和场地作用,为地震小区划和抗震设防提供有意义的参考.

江苏省泗阳浅层沉积结构的微动H/V谱比法探测

江苏省泗阳地处郯庐地震带内,存在一定的地震灾害风险。地震场地放大效应是加重地震灾害的重要因素,与浅层结构密切相关。文中基于217个微动观测的H/V谱比法结果,研究江苏省泗阳县城的地震场地效应和浅层沉积结构。H/V峰值频率分布结果表明,泗阳研究区地震场地的共振频率介于0.6~1.8Hz之间,有明显的起伏变化;对应的浅层沉积厚度为30~200m,整体上表现为中部浅、向东西两侧逐渐加深的特征,其中中部城区浅层沉积厚度为30~70m,东南角最厚;浅层沉积在NNE走向有显著的深浅交替条带,与海泗断裂带的位置和走向基本一致。与区内2条浅层反射地震勘探剖面进行对比发现,微动方法获得的基岩起伏形态较为可靠。通过微动H/V谱比法得到的沉积结构和场地响应特征,能够为泗阳地区地震危险性的小区划提供有益参考。

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.

微动H/V谱比法在既有混凝土灌注桩探测中应用

随着城市基础建设的深入,前期工程遗留的桩基础往往给后期工程建设带来极大的施工安全隐患,如何对遗留、废弃桩基础进行探测显得异常重要。利用传统的钻探手段探测存在较大的局限性,微动勘探技术在近几年工程建设中得到了一定的应用与发展。结合福州市地铁4号线障碍物调查项目,应用微动H/V谱比法、H/V(V/H)等值线图,对拆除后人行天桥遗留混凝土灌注桩进行探测实验,对桩位置进行准确定位,对桩长进行有效估算,应用效果较好,彰显出抗干扰能力强、分辨率高、经济、快速的优势。

一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.

基于H/V谱比法的重庆测震台网场地响应研究

利用重庆测震台网36个子台地脉动噪声数据,采用H/V谱比法计算分析场地响应。根据各台站0.5~20 Hz场地响应曲线形态特征,将这些子台分为平坦类、低频放大类、中频放大类、中频衰减类和高频放大类。结合7个钻孔应变同址观测台站地质剖面图,分析了浅层地质构造对台站场地响应的影响,结果表明:台基岩性差异和分层结构对场地放大效应有直接影响,台站局部低密度介质会造成低频段(0.5~1 Hz)的场地放大效应,而岩性单一的地下结构场地放大效应不明显。对比3个台基改造台站在改造前后的场地响应曲线,发现台基观测形式的改变对台站场地响应会产生实质性的影响,地震计墩加高后的独立柱体结构,明显增大了中高频段场地放大效应。重庆地区场地响应等值线分布与区域地形地貌之间无必然联系,但台基局部地势和所处山体的位置会影响观测频带范围内场地响应曲线表现形态。综合来看,台基岩性差异和工艺水平、浅层地质构造和介质密度、局部地形特征和山体部位等均会影响台站场地响应的表现形式。

基于XGBoost的多重加权谱比降噪方法

在城市中应用微动H/V谱比方法面对大量且复杂的人文噪声干扰,需要对噪声强度较大的微动数据进行去噪处理或信号分析。本文针对现有方法难以处理干扰较大的微动数据以及信号提取过程繁琐的问题,提出基于XGBoost(extreme gradient boosting)的多重加权谱比降噪方法。首先对采集的微动数据进行幅值和频率分析,建立幅值加权谱比、频率加权谱比和多重加权谱比;然后根据建立的多重加权谱比,通过XGBoost方法获得降噪后的谱比曲线。将本文方法与传统STA/LTA(short time average/long time average)方法进行实际高噪声数据对比分析,结果表明相比于STA/LTA方法,本文方法对高噪声数据提取效果更好。

分布式光纤声波传感背景噪声近地表成像:在北京房山的应用

低成本、高可靠地获得人口密集地区的浅层地下结构,对地震安全性评估和地下空间开发具有非常重要的意义。分布式光纤振动/声波传感(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来发展较为迅速、传感机理不同于传统地震仪的新型观测技术,利用一条普通通信光缆和一个调制解调器就可以实现高密度、长距离的振动测量。我们在北京房山用一段460 m浅埋光纤记录的12个小时背景噪声,获得瑞利波相速度频散曲线,反演出地下浅层S波速度剖面,可以看到厚约15 m起伏较缓的低速土层,反演结果与传统的噪声H/V谱比法探测结果相似,但本文结果有更丰富的结构细节。认为利用DAS高分辨率近地表速度结构探测是可行的,如果能够利用已有的长距离地埋光缆资源,将为近地表低成本、高分辨率成像研究提供新的手段。

山西地震预警台网基准站场地响应研究

应用H/V噪声谱比法,计算分析山西地震预警台网基准站0.1~20 Hz的场地响应。结果表明,39个台站的场地响应曲线无明显放大,8个台站的中频段有较明显放大,15个台站的高频段有较明显放大,15个台站的起伏较大。结合台站地理位置、地质构造、地形地貌等基础资料分析发现,台站的地理位置、空间分布和台基局部地质构造对场地条件的影响不具有规律性。台站在基岩山地的场地条件大部分较好,场地响应曲线平滑且未出现明显放大,能较好地记录地震动。由于地下地质结构的复杂性,有部分在基岩山地的台站存在明显的场地放大作用。受风化、流水侵蚀的场地因条件较差,存在明显的场地放大作用。

竖向地震动特征研究

本文以国内外数十次地震(ML≥5)的近场自由地表加速度记录为基础数据,进行近场加速度峰值比的统计分析,并着重对1999年台湾集集地震竖向地震动反应谱特征进行研究。统计结果表明,竖向与水平向(V/H)加速度峰值比与震源距相关,随震源距增加,比值降低;竖向反应谱及竖向与水平向加速度反应谱比是周期的函数、并与场地条件及震源距相关。

基于噪声谱比法的福建台网观测台站的场地响应研究

应用噪声谱比法,收集了福建台网观测台站记录的地脉动噪声数据,计算分析了85个观测台站的场地响应.根据场地响应曲线形态将福建台网观测台站分为4类,并简要分析了影响台站场地响应结果的因素.计算结果表明,福建台网观测台站台基情况普遍较好,在台站观测频带内场地响应曲线平坦,大部分台站均没有明显的频率放大点.本文采用H/V谱比法与Moya方法所获得的37个台站的场地响应结果基本一致,仅有少数台站存在较大差异.应用场地响应分析结果,结合计算震级时所量取的周期,对福建台网观测台站的单台震级校正值进行了估计,并与统计方法获得的单台震级校正值进行了比对.结果表明,两种方法获得的台站震级校正值存在一定的相关性,但由于考虑的影响因素不同,具体的台站震级校正值尚存在差别.

云南测震台网台站场地响应与M_L震级测定的讨论

利用2016年云南测震台网记录到的地脉动数据,运用H/V谱比法计算分析了47个测震台站在0.1～20.0Hz频段内的场地响应。选取2012～2016年期间云南测震台网记录到的ML≥2.5地震做单台震级偏差统计分析,挑出受场地放大作用而出现单台震级大于台网平均震级的台站做去场地放大校正,然后重新统计单台震级偏差情况。计算结果显示云南测震台网的台站受台基条件和所处位置等地质构造因素影响,均存在一定程度的场地放大作用,大部分台站场地响应的卓越频率为1～6Hz,放大倍数为2～4倍。受场地放大作用的影响,大姚、芒市等19个台站的单台ML震级大于台网平均震级。在去除场地放大作用后,台站单台震级与台网平均震级的偏差有所减小。

安徽强震动台站场地响应研究

采用H/V谱比法,利用安徽强震台网记录的波形数据,计算了3个强震台的场地响应。结果表明,当台站场地为基岩或覆盖层较薄时,由地脉动和S波数据分别计算出的谱比曲线一致性很好。当覆盖层大于30.5 m的时候,两者的放大因子有差异,即用S波计算的场地放大响应要明显大于用脉动计算的场地响应。

祁连山主动源观测台站场地响应分析

场地响应是精确测定震源参数和稳健估计出高精度地壳介质衰减变化的关键影响因素之一,采用H/V尾波谱比法,对祁连山主动源观测台网中40个短周期观测台站的场地响应进行了分析。结果表明,祁连山主动源观测台网中40个短周期观测台站均存在不同程度的放大(衰减)作用,根据40个台站观测波形的尾波场地响应曲线特征,可将其分为平坦类、放大类、高频衰减类,在1~20 Hz频段内部分台站场地响应曲线呈现平坦,场地响应值为1~2倍;而大部分台站在不同频段有明显放大(衰减)作用,场地响应值为0.3~9倍。台站台基岩性可能是决定场地响应曲线特征和大小的主要因素,且与台基介质密度具有反相关性。

基于噪声谱比法的内蒙古西部地区台站场地响应研究

利用内蒙古西部12个台站的地脉动噪声数据,采用噪声谱比法研究台站的场地响应情况。分析表明,台站场地响应按曲线形态可分为3类,且可能受地形地貌、局部构造和台基状况等条件影响。对比分析噪声谱比法与Moya方法的场地响应结果发现,场地响应曲线形态基本一致,只有极少数台站存在明显差异。结果表明,内蒙古西部区域大部分台站的台基状况总体较好,场地响应曲线较为平坦,无明显频率放大点。

广东测震台站的场地响应以及对震级确定的影响分析

认识台站场地响应对提高台网产出数据的准确性具有重要的意义。分析了广东台网72个测震台站的地脉动记录数据,利用谱比法计算得到各台站0.1~20Hz的场地响应。结果表明有32个台站场地响应曲线平缓,无明显频率放大点;有32个台站的场地响应曲线在部分频率范围表现出较高值;还有4个台站场地响应曲线表现轻微场地缩小作用和4个台站场地响应曲线呈起伏剧烈的形态。综合台基岩性分析,发现台站的基岩硬度越大、结构越致密,场地放大作用越小。进一步利用2011年1月至2019年10月广东台网记录到的852次地震事件(ML≥2),分析了台站场地响应对单台震级的影响,结果发现大部分台站的震级偏差结果与场地响应具有一定关系,考虑场地响应的单台震级校正值能够在一定程度上减小单台震级偏差,提高单台震级的准确性。

城市钻探盲区的地质勘探方法研究与应用

研究目的:在城市轨道交通建设中,存在因某些原因无法开展钻探工作但可以进行物探作业的钻探盲区,其通常位于房屋密集区内,常规物探方法没有足够空间开展工作,导致市政工程勘察设计工作中存在资料缺失的问题。研究结论:(1)针对城市地质勘探中存在钻探盲区的现象,本文提出了一种基于标准区钻探物探统计特征的综合勘探方案,首先在标准区开展多种勘探方法试验的基础上,系统分析了各种物探方法的成果指标,再将标准区的指标参数推广应用于与其有相同特征的钻探盲区中,进而实现钻探盲区的地质勘探工作;(2)微动H/V谱比法和微动台阵法可应用于钻探盲区的地质勘探中,两者具有近似的勘探准确率;(3)本文提出的综合勘探方案在给出覆盖层起伏和不良地质发育情况时也给出了相关成果的准确率,满足轨道设计在钻探盲区的技术要求。