地下地震动频谱特点研究_胡进军
地下地震动工程特性分析
地下地震动工程特性分析
徐龙军;谢礼立;胡进军
【期刊名称】《岩土工程学报》
【年(卷),期】2006(28)9
【摘要】为考察地下地震动的工程特性,选取美国加州强震观测计划(CSMIP)6个
土工台阵的120条三分量地表和地下地震动为数据基础,分别对水平向和竖直向地
震动的加速度幅值,规准反应谱,双规准反应谱,傅立叶谱,持时等工程特征进行了研究。
结果表明,地震动加速度幅值随深度的增加而减小,在浅层的变化速度较快。
规准反
应谱明显受到场地条件和深度的影响。
而不同场地不同深度不同分量方向的双规准反应谱之间差别甚小,双规准反应谱比规准反应谱表现出良好的一致性。
最后,讨论
了土层/基岩场地上台阵地震动的傅立叶幅值谱和地震动持时沿深度变化的特点。
本研究揭示了地下地震动的一些工程特性,可以为地下工程结构的抗震设计提供参
考依据。
【总页数】6页(P1106-1111)
【关键词】地下地震动;幅值比;规准反应谱;双规准反应谱;傅立叶幅值谱;持时
【作者】徐龙军;谢礼立;胡进军
【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院;中国地震局工程力学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P315
【相关文献】
1.天龙湖地下厂房地震动力放大区及动拉力区三维有限元分析 [J], 张建海;何江达;范景伟;陶丽娜
2.基式地震仪(SKZ)初动特性分析 [J], 王广福;王志强
3.地震动频谱特性对地下岩体洞室地震响应的影响分析 [J], 许家胜
4.油气集输悬索管桥动特性及地震非线性时程反应分析 [J], 官杨;朱海燕;范永涛;王国;路军;陈易
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浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的效果
浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的效果l999年第l8卷第2lo～2l7页云南地质cN53一lo41/PIssNl004一l885 /浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的效果,(7歹/郑杰青———————一(滇黔桂石油地质科研所昆明650200)摘要:大地电磁频谱方法是省,部级八五科技攻关课题的研究成果,该方法已开发有岩性探测,油气直接柱耐,永资料探浸I,地热预测等功能1996年运用该方法预测昆明地热.已完成的6口并证实了预测的实用性.该方法能够在钻探前较准确预测到地热层,给地热水勘探开发部署提供了依据.研究认为,该方法探测昆明地热水主要是由于昆明地热水富鲁铁质+铁质引起的地旃.八五”科技攻关项目(编号8511404).项目研究于1995年12月通过省,部级联合验收后,又列人中国石油天然气总,厶,司新技术推广项目,起止时间为I996年1月～I997年8月.所研制的大地电磁频谱探测仪,是利用宇宙自然场引起的大地电磁频谱效应,进行大地电磁频谱探测的被动式仪器.体积仅一个旅行箱大小,重量不足20kg信号采集按确定的频深关系自动选频采集大地电磁信号,最大探测深度7km,采样问隔为5m,探测1狄需要8rain,每个探测深度间隔的信号采集数据为512个.信号经数字处理可取得对应深度的反射电磁波的振幅,频率,相位参数,及其地层相对电阻率,每次探测可立即显示振幅探测结果.目前,方法和仪器已开发有岩性探测,油气直接检测等四项功能,其简况如下:(1)岩性探测:通过仪器对测点地下的地层,岩性探测,了解地下地质层序,可进行地质分层和对比研究,最终选到区域构造分析研究效果.该功能在昭通一鲁甸盆地,百色盆地,塔里术盆地进行了应用试验,效果良好.(2)油气直接检禊I:在地面探测的结果,可判断地下是否存在工业性油气藏.该功能在百色,塔里术油田试验成功,且前正在对方法和原理进行进一步研究和完善.(3)水资源探测;寻找地下淡水层位置.此项功能已在新疆塔里木和广西北海应用获得成功.(4)地热预测:为钻井预测地热层深度和厚度.在昆明和天津预测均获成功,研究认为两城市地热层在探测结果上的响应机不完全一致.昆明地热探测是大地电磁频谱方法应用试验项目之一,探测结果对地热层有明显响应,其响应机制也在工作中逐渐清晰明了.收精日期i1998一O2一∞@2期郑杰青:浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的艘果2111昆明地热探洲效果昆明盆地地热储层,主要为基底震旦系灯影组碳酸盐岩,其上覆寒武系下统泥岩和第三系均为区域性保温隔热层.一般而言,有灯影组地层存在之处,就储存着地下热水.在构造清楚,地层层序明显的地区,均已获得该储层丰富的高温地热水.目前,昆明地热勘探开发只剩下复杂地区,由于构造作用,盆地基底呈菱形断块状分布,灯影组厚薄分布不均,探浅相差较太(从500m~2500m不等).部分地区甚至缺失灯影组,只靠纯地质资料推断地热层的存在和深度,就给勘探开发带来了很大的风险,常常在相邻很近的地方(1km以内),地热层埋深相差上千米,1996年初就有钻井公司因推断不准而蒙受较大经济损失.1996年大地电磁额谱方法开始投入昆明地热层预测,能够在钻井之前较准确地探测到地热层的深度和厚度,减少了地热井钻探的盲目性.1996年垒年预测了lO口地热井,完井6口,预测得到了钻井证实.1,l地热探测效果1996年采用大地电磁频谱方法,在昆明地区预测了10口地热井,已完井6口,正钻2口.下面对已完成的6口井的大地电磁频谱方法预测与实钻结果进行分析(表1).表l大地电磁频谱方法地热预测与实钻结果统计表序号井名方法预测地热层深度(m)实钻遇地热层深度(m)lHIDR(化工疗养院)1700l7102ShFDR(市政府)l850(1960)l9603ShGDR(曙光东区)106010404FBDR(福保村)900870MHGDR(民航公安)1970(2050)20606NJDR(南疆宾馆)1850(2050)2007m完井(1)化工疗养院地热井(HLDR);钻井前大地电磁频谱方法探测结果显示地热层在1850m.实际钻井位鬣偏离该测点80m,该井开钻后又到实际井位进行了一次探测,结果为17O0m(图1),实际钻探结果地热层在17l0m,与预测非常相近.该井最终获得7O.c地热水,日产量达600m.(2)市政府会议中心地热井(ShFDR):钻井前探测结果如图2.预测时认为地热层在l850m,实钻在1960m.复查探测结果,发观是预测推断有误.探测曲线在l960m附近界面最清楚,异常也最突出.该井最终获得69.C地热水,日产600m.. (3)曙光东区地热井(shGDR):该井预测结果(图3)为1060m,实钻在1040m遇地热层,分析认为其误差是由于该井位于城区,探测时受到市电干扰所致.该井获45.c地热水,日产800m.(4)福保村地热井(FBDR):预测点地热层为900m,实钻井位北移,距预测点3O0m,实212度(1it)云南地质深度一:一20口口一一(m】.l8卷圈I化工疗养院地热井(HLDR)探测曲线圈2市政府会议中心地热井(ShFDR)探测曲线深5∞二.度n1)1000—500一深(m) 500一:-:一1000一:●:- 1500一=●●:●2000一:-:2500一圈3曙光东区地热井(ShGDR)探删曲线圈4民航公安培训中心地热井(MHGDR)探刹曲线2期郑杰青:浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的效果2l3钻达地热层深度为870m.该井获67.C地热水,水量超过1000m/d. (5)民航公安培训中心地热井(MHGDR):该井探测结果如图4,预测解释地热层在1970m,实钻于2060m钻达,研究认为是对探测曲线认识上有误,曲线上应为2050m见地热层顶界.(6)南疆宾馆地热井(NJDR):探测结果如图5,钻前预测地热层深度为l850m,开钻后在复查探测结果时认为地热层深度应修改为2050m,曾及时建议钻井公司钻至2050m,但钻井公司在2000m井深时进行了井温地球物理测井,发现在1850m存在温度异常,由于工程事故等原因,没有钻到建议的2050m,于2007m井深完井,实际上没有钻遇震旦系灯影组.结果该井获得36.C地热水,日产超过1000m,没有达到预期要求的水温. 图5南■宾馆地热井(N-.JDR)探测曲线圈6口井的探测结果,除南疆宾馆地热井外,预测与实钻均非常相近.南疆宾馆地热井的预测虽然得到了及时修正,但由于种种原因,该井是不成功的.正在钻探的永力地热井(YIDR)距南疆宾馆地热井2,5km,永力地热井探测结果与南疆地热井非常相似,预测的地热层在2070m(相当于南疆的2050m),该井的钻探结果将会证实南疆宾馆地热井的2050m预测是正确的.1.2地热探测中的地质研究在地热探测中常常会遇到复杂的地质构造问题,在昆明地区较典型的地质问题有海埂某地澄江组砂岩突起和大风垭口构造解释问题.下面就海埂澄江砂岩突起进行一些剖析.图6是海埂中段渔户村附近的地热井分布和大地电磁频谱探测点位置示意图.南面分布着兵器疗养院地热井(BQDR)(图7),铁路疗养院地热井(TLDR),航天疗养院地热井(HTDR),前两El井的灯影组厚度超过100m,航疗地热井仅有40m,三口井的灯影组埋深均在950m左右,地热水温度在60.C以上.北面有一口地热深井,灯影组碳酸盐岩仅在1000m井深处见到几米,该井未获地热水,该井北面的地热井在l000m处存在灯影组.在图的东面灯影组埋深和厚度与兵器疗养院地热井相近.图西面的财税疗养院地热井,也是未钻成功井,该井钻前推断地热层在l500m深度,后钻至l760m不见地热目的层,最后被迫放弃钻探.之后经大地电磁频谱方法探测(图8),该井地热层应为2030rn.该井位置与D2点距离为600m,中间有一条南北向断层,与D1点距离为l000m.应龙华别墅钻地热井之需,对该区进行了大地电磁频谱探测,共测4点:D1,D2,D3,D4,如图9所示,结果D1,D3无灯影组,D2灯影组较薄,D4有几十米灯影组地层灯影组变薄乃214云南地质18卷度O0一:一==一O0:. ●==●O0=. =一:=一O0一m1= == 25002- ==图6龙华别墅地热探测点位置图图7兵器疗养院地热井(8QDR)探测曲线500一深=l0~_--度=15O0—2OO0:-25O0-图8财税疗养院地热井(csDR)探测曲线2期郑杰青:浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的效果21S 500—10帅一15帅一20oo一25帅一500一深=1000一度=15帅一2000—25oo=BBg-fDl点地热探测曲线圈9—2D2点地热探测曲线睦图9—3D3点地热探测曲线216云南地质l8卷至缺失,其上下地层均未发生厚度变化,只是其下澄江组砂岩埋深抬高到了灯影组的位置,仔细研究可以断定是由于该区澄江组向上突起,造成上覆灯影组出露水面,在沉积下寒武统前被剥蚀所致,如图1O所示剖面状态,该突起平面范围根据探测点位置大致可圈出如图6所示.由此可见,大地电磁频谱方法对地热层(目的层)的存在,缺失甚至重复都可以有明确的探测结果.-2昆明地热的探测机制从前面分析已知,在大地电磁频谱探测曲线上,灯影组地热层表现为高幅异常.由于大地:电磁频谱探测仪,是记录电磁效应的响应特征,因此可以认为该地热层具有强烈的电磁异常,经过反复论证认为,这一异常一不是电磁频谱对地热具有特殊响应,二不是震旦系灯髟组碳酸盐岩具有突出的电磁响应特征究其根本.响应是由以下两方面,而主要是该地热水富含铁质.具有比围岩较突出的磁异常所致图l0龙华别墅澄江砂岩fZac)突起剖面示意图震旦系灯影组为白云岩及灰岩,其地层电阻率比较高.高电阻率对电磁频谱响应也较大,但与其它时代的碳酸盐岩相比(如石炭系碳酸盐岩),岩性的响应是一致的;震旦系灯影组的地热水含铁质,且含量较为丰富,因此导致地层的磁性较强,并引起较强的地磁场.所以该组的磁异常比较突出,其电磁频谱响应异常明显,这就是该地热层在大地电磁频谱探测曲线上,呈明显异常高幅的主要机制昆明地区震旦系灯影组的地热水富含铁质而引起强烈的电磁频谱响应,具有其独特的特征,天津市地热在探测曲线上的响应就不完全呈高幅异常(还有其它特征)同时,在地热预测研究中发现,在震旦系灯影组之上的寒武系梅树村组底部夹有黄铁矿层实践证明,黄铁矿及其分散晕所影响的岩层,易受外场的激发极化,所以在灯影组的顶界之上的黄铁矿化地层会被外场激发产生微弱的二次场信号.当分散晕扩散范围大时,其电磁信号会明显增强,这就是为什么有的探测结果在灯影组顶界之上还存在一个明显的高幅异常,市政府地热井,民航公安地热井以及南疆宾馆地热井,开始的时候曾误把黄铁矿异常界面认为是地热层界面.幸好及时进行了修正.2期郑杰青:浅析大地电磁频谱方法探测昆明地热的效果2173结束语大地电磁频谱方法,在1996年预测昆明地热应用与研究中逐渐成熟,能够较准确地预测地热层的厚度和深度,给地热勘探开发部署提供了依据.由于该方法使用的大地电磁频谱探测仪轻便,操作快捷,控测费用投资少,见效快,不受城市区位和地面条件的影响,已逐渐成为昆明地热井钻前必测方法.在今后的研究中,我们将致力于方法的完善和提高信号处理水平及其对探测曲线认识水平,达到对地热层温度和水量的解释,使之更加完善,更加适用本文的编写,参阅和应用了大地电磁频谱课题组1996年研究工作的成果,探测工作由全组人员共同完成,郭自任高工审阅了全文,在此深表感谢.限于笔者水平,偏颇,疏谬在所难免,望不吝赐教.ANANAL YSISOFTHEEFFECTOF USINGMAGNETOTELLURIC SPECTRUMTOSOUNDGEOTHERMOFKUNMINGBASINZhengJieqing (InstituteofDian—Qian—GuiPetroleumGe~ogy,Kunming650200) Themethodofmagnetelluricspectrumisaresearchingresultoftheprovincial andnfin—istrieeighthfive—yearscientific—technologicalkeyproject,Ithasthedevel opedfunctionsoflithologicidentification,directhydrocarbondetection,waterresourecssurve yandgeother—realsounding,ete,InusingthismethodtosoundthegeothermofKunmingbasi nin1996,sixwellswerecompleted,whichshowsittobeapplicable,Thismethodcanacc uratelyfore—castgeothermalreservoirsbeforedrilling,providingthebasisforgeothermal explorationanddevelopment.ItissuccessfulinsoundingthegeothermofKunmingduetotheg eothermalwaterrichinFe,resultinginthemanifestexpressionofgeomagneticfieldinma gnetoteUuricspectrum,。
地面与地下深部地震背景噪声对比分析
地面与地下深部地震背景噪声对比分析万文涛;陈畅;王赟;穆朝民;贺永胜;汪超【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2024(67)2【摘要】深部地下空间具有低于地面的噪声环境,为开展高精度多物理场观测提供了绝佳平台.通过淮南潘一东矿区海拔-848 m的井下巷道和地面的地震联测,我们分析了深部地下与地面的地振动背景噪声特征.对比结果显示,大于1.0 Hz的高频段,地面噪声功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)值高出地下20~40 dB,并呈现随人类活动变化的昼夜模式;而井下观测不存在这一时变规律,地下巷道上覆870 m厚的沉积层有效衰减了浅层或地表的人文噪声.0.1~1.0 Hz频段二者差异相对减小,地面PSD值平均高出地下10 dB.小于0.1 Hz的低频噪声差异较小,或与井下气流干扰和仪器本底噪声有关.在第二地脉动谱的对比中,可发现明显的场地放大效应和地脉动峰的分裂现象.此外,深部地下低噪声环境突显了若干高频非时变信号,根据频域极化分析可厘定这些稳定噪声为井下的固定振动源.上述结果说明深部地下可以为高精度地震观测和震源定位提供优良环境,同时也给深地实验室的后续建设以及相关深地研究提供重要参考.【总页数】16页(P793-808)【作者】万文涛;陈畅;王赟;穆朝民;贺永胜;汪超【作者单位】中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院"多波多分量"地震研究组;中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室;安徽理工大学电气与信息工程学院;军事科学院国防工程研究院工程防护研究所;中国科学院地球化学研究所【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.昆明地震台地面与井下地震观测背景噪声对比2.南海地区地震背景噪声成像与壳幔深部结构3.基于背景噪声的烈度仪、强震计及地震计性能对比分析4.几种旋转地震仪在深部地下巷道的观测对比5.基于背景噪声的中等地震前后地下介质相对速度变化因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
强夯振动的频域分析_孙进忠
另外 , 由式( 9) 得 arg Q( f)-arg Q 0( f)= arg V( f )-arg S ( f )( 14) 按波传播的概念 , 频率为 f 的波动以速度 v ( f) 从 r0传 播到 r 时的相位变化即为相应两个测点上介质作用谱 的相位差 , 即 : arg Q( f)-arg Q 0( f)= 2πf · 将式( 15) 代入式( 14) 得 r -r0 v( f) ( 15)
( 4)
S( f )= |S ( f) | · e iargS(f)
f) Q( f)= |Q ( f) | · e iargQ(
( 5)
式中 V ( f) , S ( f )和 Q( f ) 分别为 v ( t) , s( t) 和 q( t) 的振幅谱 ; argV ( f) , argS ( f) 和 argQ ( f) 分别为 v ( t) , s( t) 和 q( t) 的相位谱 。 将式( 5) 代入式( 3) 可得 |V( f) | = |Q( f) | ·| S( f) | arg V( f)= arg Q( f)+arg S ( f) ( 6)
文 摘 强夯法是地基处理的重要方法之一 。 然而 , 强 夯施工振动往往成 为制约 强夯法 应用的 关键问题 。 另外 , 作为一 种能量 可 控的瞬态冲击荷载 , 强夯施工可以作为一个可控的土动 力学原位试验 。 本文 通过强夯 振动频 域分析 , 提出 了介质 作用函 数和强 夯 激励函数的计算方法 , 对于强夯振动规律的认 识和岩土体动力学特性的研究具有重要意义 。 关键词 强夯 , 振动 , 岩土体动力学 , 介质作用函数 , 强夯激励函数 中图法分类号 TU 472 . 3 +1 文献标识码 A 文章编号 1000 -4548( 2000) 04 -0412 -04 作者简介 孙进忠 , 男 , 1955 年生 , 1982 年毕业于武汉地质 学院地质力学系 , 1985 年在武汉地质学院北 京研究生 部获硕士学 位 , 1990 年晋升副教授 , 1994 年晋升教授 。 现从事岩土体动力学方面的研究与教学工作 。
基于地表数据的井下振动识别与控制
基于地表数据的井下振动识别与控制韩加庚;汪海阁;林玥翔;崔猛【摘要】钻柱振动识别与控制对于减少钻井过程中事故复杂、防止钻头提前失效具有重要意义。
全球每年与钻柱振动相关的失效和破坏的经济损失高达3亿美元。
若能实时监测钻头破岩状态，有效识别并控制钻柱有害振动，则能大大降低这种损失。
调研了国内外对钻井振动问题的研究和应用情况，讨论了钻具振动的产生机理及其地表数据响应关系。
在基于比能优化技术基础上，建立了一套根据地表数据实时识别并控制井下振动的方法。
现场应用表明，振动识别与控制技术能够准确判断井下振动，通过不断优化钻井参数可以消除井下瓶颈因素，挖掘提速潜力，有望为钻井提速和降低成本探寻一条新途径。
%Identification and control of vibrations of drill strings are of great importance to eliminate drilling accidents and protect drilling bits from premature failure. Globally, economic losses related to failure and damages induced by drill string vibration are up to $300 million every year. Such losses can be reduced significantly as long as rock-breading conditions can be monitored in real time and hazardous vibration of drill strings can be identified and controlled effectively. In this paper, existing researches and applications related to drilling vibration both at home and abroad were reviewed, and mechanisms for generation of such drill-tool vibrations and their relationship with surface data were discussed. Based in energy density optimization, a package of techniques for identification and control of downhole vibration on the baisis of surface data were developed. Field application results show that the vibration identification and controltechniques can accurately detect downhole vibration. Through continuous optimization of drilling parameters, the techniques can help to eliminate downhole bottleneck factors so as to fully explore the potential of improving drilling speed. These techniques may provide new alternativesto enhance drilling speeds and to minimize relevant costs.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】7页(P144-150)【关键词】钻柱振动;地表数据;比能;识别;控制;优化【作者】韩加庚;汪海阁;林玥翔;崔猛【作者单位】中国石油集团钻井工程技术研究院; 中国石油勘探开发研究院;中国石油集团钻井工程技术研究院;中国石油技术开发公司;中国石油集团钻井工程技术研究院【正文语种】中文【中图分类】TE21随着勘探开发逐步向深层、低渗透、海洋深水、非常规领域发展，尤其是随着深井超深井、定向井、水平井、大位移井的增多，钻井过程中的振动问题已经成为钻头、钻柱等工具先期失效的主要因素。
基于不同归一化参数的单自由度体系残余位移比离散性研究
基于不同归一化参数的单自由度体系 残余位移比离散性研究
胡进军 1，2覮，刘巴黎 1，2
（1. 中国地震局 工程力学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080； 2. 中国地震局 地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080）
摘 要：结构弹塑性特征的差异会引起残余位移较大的离散性，使得强震下结构残余位移
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湖南大学学报（自然科学版）
2021 年
to evaluate the influence of the following parameters: elastic -plastic characteristic parameters （ductility factor and strength reduction factor）and site condition. A simplified expression is presented to estimate the variation coefficient spectra of residual displacement ratios. It is concluded that the correlation between residual displacements and inelas原 tic spectral displacements is better than that between residual displacements and elastic spectral displacements. The dispersion of the residual displacements is less affected by the site conditions. The variation coefficient spectra of residual displacement ratios increase with the increase of elastic-plastic characteristic parameters. It is suggested to select the inelastic spectral displacement as the normalized parameter，which can reduce the dispersion of the residual displacement ratios.
基于场地卓越周期的VS30估计方法研究——以川甘地区强震台站为例
第38卷第3期2018年6月地震工程与工程振动EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING DYNAMICS Vol．38No．3Jun．2018收稿日期：2017－08－05；修订日期：2017－12－15基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC1500403）；国家自然科学基金项目（51578516）Supported by ：National Key Research and Development Progrom of China （2017YFC1500403）；National Natural Science Foundation of China（51578516）作者简介：胡进军（1978－），男，研究员，博士，主要从事地震动参数特征分析研究．E-mail ：hujinjun@iem．ac．cn m 文章编号：1000－1301（2018）03－0001－09DOI ：10．13197/j．eeev．2018．03．1．hujj．001基于场地卓越周期的V S30估计方法研究———以川甘地区强震台站为例胡进军1，姜治军2，谢礼立1（1．中国地震局工程力学研究所，中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨150080；2．扬州大学，江苏扬州225127）摘要：地表以下30m 深度内的平均剪切波速V S30是广泛用于地震动衰减关系和场地分类的场地条件参数，但是由于一些强震台站的场地钻孔资料不完备，无法获得V S30参数，从而影响和限制了台站获得的强震记录被深入挖掘和广泛应用。
以中国四川、甘肃地区强震台站的场地资料和数据为基础，通过分析场地卓越周期T 0与场地V S30的关系，建立两者的经验模型。
将本研究方法与其他方法估计结果相比表明：本文估计的V S30在表征场地放大方面具有优势，其与场地放大系数之间表现出更强的相关性，且其对场地放大系数的影响规律更符合场地条件对场地放大影响的物理本质；本文方法估计的V S30可以显著减小中国川甘地区场地放大系数的标准差，特别是在周期0．3s 时，减小幅度可达19%。
2016年8月24日意大利佩鲁贾MW 6.2地震动特性
表 1 5 度区强震记录相关参数 Table 1 Parameters of strong ground motions in 5 degree area of instrument intensity
台站代码 AMT NRC SPD TRE CLF FOC TLN NCR IV.RM33 场地 类型 B B B C D C B E B 震中距 /km 9.6 14.3 24.2 44.1 44.2 44.5 56.7 57.5 22.4 EW 417.2 351.7 54.1 66.6 126.6 256.4 116.5 213.9 104.6
第 38 卷 2017 年
第6期 12 月
地 震 地 磁 观 测 与 研 究 SEISMOLOGICAL AND GEOMAGNETIC OBSERVATION AND RESEARCH
Vol.38 Dec.
No. 6 2017
doi: 10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2017. 06. 011
1
强震动记录ห้องสมุดไป่ตู้
截至北京时间 2016 年 8 月 25 日 8 时，意大利民事保护部门运维的全国加速度测量 网和意大利国家地球物理与火山研究所运维的国家地震网，共获得 3 分量自由场地记录
作者简介：孙健 （1993 —） ，男，硕士，主要从事地震动衰减关系研究工作 。E-mail： 984484213@ 通讯作者：胡进军 （1978 —） ，男，博士，研究员，主要从事地震动参数特征分析研究工作 。 E-mail： hujinjun@ 基金项目：中国地震局工程力学研究所基本科研业务专项 （项目编号： 2014B06， 2016A01） ；国家自然科学基金 （项 目编号： 51578516，51238012） 本文收到日期： 2016-12-08
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收稿日期:2004-08-07; 修订日期:2004-08-30 基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(E0221)文章编号:1000 1301(2004)06 0001 08地下地震动频谱特点研究胡进军1,谢礼立1,2(1.中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080;2.哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:本文以美国加州强震观测计划(CS MIP)的6个岩土工程台阵的429条地表和地下地震动时程为数据基础,按照各台阵场地土层分布情况将台阵分为土层和 土层/基岩 两类。
对于同一类场地,将其中的各次地震,按照震级的大小将其分为三类;对于同一类地震,首先计算各地震的水平分量5%阻尼的反应谱以及相应的标准反应谱,并得到各深度测点相对于最深处测点的反应谱比值,分析比较两类场地下各深度反应谱的特点。
另外,傅里叶谱也是本文分析的一部分,通过对不同深度地下地震动的反应谱和傅氏谱的比较,得到了一些较有意义的结论,以供工程参考。
关键词:地下地震动;反应谱;傅里叶谱;谱比中图分类号:P315.9文献标识码:ASpectral characteristics of earthquake sub ground motionsHu Jinjun 1,Xie Lili 1,2(1.Ins ti tute of Engi neering Mechanics,China Earthquake Admini stration,Harbin 150080,China;2.School of CivilEngi neering &Archi tecture,Harbi n Ins ti tute of Technology,Harbin 150090,China)Abstract:The spectral variation of ground motion with depth is investigated in this paper which is essential in determining the seismic design ground motion for embedded struc tures and pipelines.Firstly the earthquake ground motion on surface and in the subsoil recorded by six CSMIP Geotechnical Arrays of United States from about thirty moderate and strong earthquakes are described.Then the arrays were classified into two categories according to their site conditions.Finally,the spectral variation characteristics of ground and sub ground motions with depth is investigated by comparing the re sponse spec tra and Fourier spectra.Key words:earthquake sub ground motion;response spec trum;Fourier spectrum;spectral ratio引言21世纪是人类开发利用地下空间的世纪,这是解决越来越严重的土地紧缺、环境污染、交通拥塞、能源浪费等一系列人类面临的严峻挑战的战略方向。
地下空间的开发利用,已成为世界性发展趋势和衡量城市现代化的重要标志。
因此,了解地震动在地表下沿深度的变化规律,对于半埋或者完全埋置于地下的结构物的抗震设计与抗震安全来说是十分必要的。
以往国内外对地表与地下地震动也曾作过大量的研究,但从场地条件对地下地震动的影响的角度研究者居多,而从地下工程抗震设计角度研究输入地震动,也即研究地震动沿地下深度分布的规律者还不多,随着我国以及国际地下空间的发展,对地下地震动研究的需求,也就更为迫切了。
本文针对于此,对收集到的第24卷第6期2004年12月地 震 工 程 与 工 程 振 动EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATIONVol.24,No.6Dec.2004地表和地下不同深度的地震动记录,按照不同场地和震级的分类,分别研究了其反应谱和傅里叶谱不同深度的特点,以供工程抗震设计,特别是地下工程的抗震设计者参考。
1 台阵概况及地震动数据基础本研究采用了美国加州强震观测计划(California Strong Motion Instrumentation Program,CSMIP)的6个岩土工程台阵上记录到的28个地震,包括三分量共429条地震加速度时程。
本文以CSMIP 各台阵的地表和地下各深度的地震动作比较分析,CSMIP 的6个台阵的场地条件及测点深度、地震计数等见表1,其中El Centro 、Eureka Samoa 、La Cienega 和Vincent Thomas 台阵的场地条件很类似,属于厚软冲积层,本文将它们称为土层场地;Treasure Island 台阵的场地土层上部为填土和冲积层,下部为基岩,本文称这种场地为 土层/基岩 场地。
其中,土层场地台阵:El Centro 、Eureka Samoa 、La Cienega 、Vincent Thomas East 和Vincent Thomas West 的场地土层S 波波速在近地表处为150m/s 左右,在深度100m 处增至500m/s 左右,土层场地中的La Cienega 台阵的土层P 波和S 波波速见图1,Treasure Island 土层/基岩 台阵的P 波和S 波波速如图2,场地土层上部为软土,下部为基岩。
各地震的具体参数见表2。
图3 CS MIP 的地震震级与震中距情况表1 CS MIP 台阵概况台阵测点数通道测点深度/m 地质条件El Centro 4120,30,100,195厚冲积层Eureka Samoa 5150,19,33,56,136厚软冲积层La Ci enega 4120,18,100,252厚软冲积层Treas ure Isl and 7210,716,31,44104,122填土冲积层岩石Vincent Thomas Eas t 4120,18,46,91厚软冲积层Vincent Thomas Wes t6210,15,30,91,189厚软冲积层2 研究方法地震动的频谱特性可以通过其反应谱、傅里叶谱和功率谱等来反映,本文从最常用的反应谱和傅里叶谱方面来讨论地下不同深度地震动的特点。
2 地 震 工 程 与 工 程 振 动 24卷土层和 土层/基岩 两类,另外,考虑到震级大小对地震动频谱沿深度变化的影响,对于同一类台阵中包含的所有地震,按照震级的大小将其分为三类。
对于各类地震,计算其水平分量5%阻尼的反应谱以及相应的标准反应谱,并得到各测点相对于最深处测点的反应谱比值,分析比较各震级类型下不同深度反应谱的特点。
另外,傅里叶谱的研究方法与反应谱类似,需要说明的是,本文仅对水平分量作分析,且各反应谱是指绝对加速度反应谱、相对速度反应谱和相对位移反应谱。
3 土层场地频谱沿深度变化为了较全面地分析地震动的频谱特点,本文从加速度、速度、位移反应谱和傅氏谱等方面分别对其进行了分析。
另外,本文还对不同深度的标准反应谱作了比较,以了解不同深度地震动反应特性。
土层场地包括5个台阵,且各台阵测点深度不同,本文分别对各台阵的地震动数据作了分析。
首先,按照震级的大小将地震分为三类:震级M <4.5为I 类,称为较小地震;4.5<M < 6.0为II 类,称为中等地震;M >6.0为III 类,称为较大地震(强震)。
分类结果见表1。
由于各台阵场地土层特点很接近,因此其频谱沿深度的变化特点也很类似,以下仅以部分台阵的三类地震为例进行说明。
表2 CSMIP 台阵地震目录及分类台阵名称时间M L深度/km 震中距/km 按M 分类台阵名称时间M L 深度/km 震中距/km 按M分类El Centro10/16/19997.1 6.0216III 4/9/20004.31010.4I 6/14/2000 4.25.114.6I 6/14/2000 4.5 4.913.5I 2/22/2002 5.77.054.7II Eureka Samoa3/16/20005.9 5.0106.4II 9/22/20004.413.125.4I 12/27/2000 4.028.745.7I La Cienega6/26/1995 5.013.347.6II 3/18/1997 5.1 1.8176.7II 4/4/19973.34.2 6.7I 4/5/1997 2.5 4.1 6.4I 4/26/19975.116.545.8II 4/27/1997 4.915.245.7I 1/12/19983.411.319.1ILa Cienega4/15/1998 3.29.213I 6/17/19993.08.515.2I 10/16/19997.16203.6III 10/16/1999 5.8 5.8205II 8/1/2000 3.015.912.2I 9/16/2000 3.312.27.9I 9/9/2001 4.2 4.9 2.7I Treas ure Island 1/16/1993 4.87.9120.4II 6/26/19944 6.612.6II 8/12/1998 5.49.2143.8II 12/4/1998 4.1 6.913II 8/17/19995 6.729II 9/3/20005.29.461.4II Vincent Thomas East 10/16/19997.1 6.0206.6III Vincent Thomas West 10/16/19997.16.0207.5III3.1 加速度谱方面地震时造成结构破坏的最主要原因就是加速度引起的惯性力,因此地震动的加速度是表征地震动强度的重要参数。
以下将通过El Centro 台阵的三类不同震级强度的地震来说明地震动加速度频谱沿深度的变化特点。
图4、图5、图6分别是El Centro 台阵的三类地震中一次典型地震的反应谱、标准反应谱和相应类的平均谱比图形。
36期胡进军等:地下地震动频谱特点研究图5 El Cen tro 台阵II 类地震加速度反应谱、标准反应谱及平均谱比图6 El Centro 台阵III 类地震加速度反应谱、标准反应谱及平均谱比从总体上看,加速度反应谱一般随深度的增加而减小,且反应谱在浅层随深度的下降幅度较大,在深层部变化较小。