三向地震波的合理选取和人工定义分解

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[整理版]正确选取地震波

[整理版]正确选取地震波地震波的选取方法 (MIDAS(2009-05-16 22:51:32)转载?标签: 分类: 结构专业杂谈建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值,a(t),,k*g的时间总和，k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k ,0.5。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构一般取0.3基本周期的5,10倍。

说明:有效峰值加速度 EPA,Sa/2.5 (1)有效峰值速度 EPV,Sv/2.5 (2)特征周期Tg = 2π*EPV/EPA (3)1978年美国ATC,3规范中将阻尼比为5,的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

三分量地震采集方1

三分量地震采集方1三分量地震采集方法一、概述1、开展多波多分量勘探的目的和意义多波多分量勘探又称为矢量勘探，是指综合利用纵横波震源和多分量检波器对各种波场进行观测，以揭示更多的地下构造、岩性和油气信息的勘探技术。

三分量地震勘探一般指利用纵波激发，采用三分量检波器记录一个纵向分量和两个横向分量的技术方法。

随着油气勘探的逐步深入，大庆探区的油气勘探与开发中需要解决的地质问题越来越复杂，如对松辽盆地复杂构造和复杂岩性气藏、中浅层薄互层岩性油藏、深层火山岩气藏、海拉尔古潜山裂缝性油藏等复杂目标的勘探等，这些地区常规地震数据的成像质量、分辨率，探测地下岩性、流体和各向异性的能力已无法满足复杂地质目标勘探的要求。

解决这些复杂问题，仅仅依靠纵波已经难以解决，必须采用综合物探技术方法。

国内外大量实例表明，多波多分量地震勘探能有效推动复杂地质问题的解决。

同样，在油气田开发过程中增加转换波信息也可以更好地描述油气藏、刻画油气藏动态。

在兴城地区开展三分量地震勘探试验是针对松辽盆地北部中浅层砂泥薄互层及深层火山岩等复杂勘探目标的特点，在充分吸收、消化国内外已有技术的基础上，通过现场试验，一是探讨利用数字检波器采集的三分量地震资料进一步提高葡萄花油层、扶杨油层分辨率的潜力，二是探索利用数字检波器采集的三分量地震资料识别营城组、登楼库组及泉头组储层和储层含气性有效预测的潜力，形成一套有效和实用的多分量地震资料采集、处理、解释等方法和相应的技术流程，提高储层岩性识别以及含油气储层预测的精度，同时，为大庆探区其它地区油气勘探开发进行技术准备。

2、国内外研究现状目前，三分量地震勘探技术在国际上发展迅猛，正成为海上油气田勘探开发阶段必不可少的技术手段，取得了可观的经济效益。

在进行海上多分量地震勘探研究的同时，国外也在开展陆上转换波勘探的研究工作,在理论和实际应用方面对多分量地震勘探技术进行了深入研究，并做了许多工作。

在三分量检波器研制方面，已由动圈式三分量检波器发展到数字检波器。

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则(转载)

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则地震动具有强烈随机性，分析表明，结构的地震反应随输入地震波的不同而差距很大，相差高达几倍甚至十几倍之多。

故要保证时程分析结果的合理性，必须合理选择输入地震波。

归纳起来，选择输入地震波时应当考虑以下几方面的因素：峰值、频谱特性、地震动持时以及地震波数量，其中，前三个因素称为地震动的三要素。

1、峰值调整地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当，否则应按下式对该地震波的峰值进行调整。

A′(t) = (A′max/Amax) A (t)其中，A′(t) 和A′max分别为地震波时程曲线与峰值，A′max取设防烈度要求的多遇或罕遇地震的地面运动峰值; A (t) 和Amax分别为原地震波时程曲线与峰值。

2、频谱特性频谱即地面运动的频率成分及各频率的影响程度。

它与地震传播距离、传播区域、传播介质及结构所在地的场地土性质有密切关系。

地面运动的特性测定表明，不同性质的土层对地震波中各种频率成分的吸收和过滤的效果是不同的。

一般来说，同一地震，震中距近，则振幅大，高频成分丰富;震中距远，则振幅小，低频成分丰富。

因此，在震中附近或岩石等坚硬场地土中，地震波中的短周期成分较多，在震中距很远或当冲积土层很厚而土质又较软时，由于地震波中的短周期成分被吸收而导致长周期成分为主。

合理的地震波选择应从两个方面着手：1) 所输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致。

2) 所输入地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。

3、地震动持时地震动持时也是结构破坏、倒塌的重要因素。

结构在开始受到地震波的作用时，只引起微小的裂缝，在后续的地震波作用下，破坏加大，变形积累，导致大的破坏甚至倒塌。

有的结构在主震时已经破坏但没有倒塌，但在余震时倒塌，就是因为震动时间长，破坏过程在多次地震反复作用下完成，即所谓低周疲劳破坏。

上海地震波-三向输入选取(说明)m

上海地区抗震设计输入地震时程说明（共8页）同济大学房结构工程与防灾研究所二〇一二年六月目录1 天然地震时程选取原则 (3)2 峰值调整 (3)3 频谱特性 (3)4 地震动持时 (3)5 人造地震动生成的方法 (3)6 目标反应谱的确定 (4)7 所选地震时程的基本信息 (4)8 地震时程反应谱与规范反应谱对比 (5)上海地区抗震设计输入地震时程说明1 天然地震时程选取原则天然地震动具有很强的随机性，随着输入地震波的不同结构的地震响应也会有很大的差异，故要保证时程分析结果的合理性，在选择地震波时必须遵循一定的原则。

一般而言，选择输入地震波时应以地震波的三要素（峰值、频谱特性、地震动持时）为主要考虑因素。

2 峰值调整地震波的峰值一定程度上反应了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当（峰值相当并非峰值相等，而是在峰值相近的情况下所选用地震波的反应谱与规范反应谱基本相符）。

3 频谱特性频谱是地面运动的频率成分及各频率的影响程度。

它与地震传播距离、区域、介质及结构所在的场地土性质有密切关系。

一般来说，在震中附近或岩石等坚硬场地土中，地震波中的短周期成分较多，在震中距较远或软弱场地土中，地震波的长期成分较多。

输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致，且在一定的周期段内与规范反应谱尽量接近。

对于天然地震记录而言，3个方向地震波同时都与规范反应谱很接近的条件是很难满足的，但应保证至少一个水平向地震波反应谱与规范反应谱基本吻合。

4 地震动持时地震持时也是结构破坏和倒塌的重要因素，工程实践中确定地震动持续时间的原则是：1）地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内，2）若对结构进行弹塑性地震反应分析（考虑累计损伤效应），持续时间可取长些。

另外，在截取地震波时尚需注意尽量在速度/位移零点处截断以尽量避免加速度积分时速度或位移的``漂移''现象。

地震波的选取方法

地震波的选取方法2010-10-20 22:32:00| 分类：默认分类|举报|字号订阅建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k一般取0.3～0.5。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。

说明:有效峰值加速度EPA＝Sa/2.5 （1）有效峰值速度EPV＝Sv/2.5 （2）特征周期Tg = 2π*EPV/EPA （3）1978年美国ATC－3规范中将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

地震讲义5-三维地震资料的解释

1）电缆波：是由地面沿测井电缆传到检波器的，速度在 2500—3000米／秒之间，用推靠检波器压紧井壁后放松电缆的方法可避免它。 2）管柱波：是最具破坏性的干扰波，是扫过井口的地滚波引
起泥浆柱中质点垂直运动并向下传播的波，在声波测井中称为
斯通利波。其传播速度较低且不呈球面发散(衰减很慢)，很难通过一般叠加方法压制掉。一般可采用加大井源距等办法减弱
基础，以便更清楚地认识待解释的地震资料，经过哪些数字处理，
那些处理会对地震信号的波形、频谱的影响等等。
二、人机联作解释系统配置
1．硬件设备 1)主机系统
2)数据输入与存储系统
图4-11 地震解释工作站基本硬件配置
2．软件组成与功能
l)系统软件
2)应用软件
应用软件一般包括以下几部分： a.数据输入与管理软件：软件 d.绘图软件 b.数据显示软件： c.解释 f.处理分析软件
2．等时切片的断层识别 1)标志层同相轴系统中断和错断，或者强振幅错断，并以大角度切割构造走向。
2) 同相轴走向突变或者零乱，
图4-7 同相轴异常扭曲
图4-8 同相轴走向不一致
3) 识别断层产状，当断层直立时，则时间系列剖面上同一条断层位置重合；断层倾斜时，时间系列剖面上断层应有规律地向一侧移动；若时间系列剖面上断层线无规律移动，剖面上断层显示不清楚，应用垂直剖面来识别。
图4-21 利用ＶＳＰ资料提取衰减值判别岩性
图4-22 含油气圈闭
直达波振幅衰减关系
向变化，因而波的特征更明显、更灵敏， 2）由于检波点更接近地层界面，容易记录到来自界面有关的波，反射品质更好。 3）能记录到具有负视速度的上行波和正视速度的下行波，容易区别和分离；能提供精确的处理参数（如速度、频谱、增益函数），确定多次波的来源等和求取地震子波，以便进

三向地震波的合理选取和人工定义

实验方法
采用适当的方法对数据进行处理和分析，包括滤波、去噪、提取有效信号等。
参数设置
根据实验需求，合理设置实验参数，如采样率、滤波器类型等。
实验数据与方法
结果展示
将实验结果以图表、图像等形式进行展示，便于观察和分析。
结果分析
对实验结果进行深入分析，探讨地震波的传播规律和影响因素。
结果对比
将实验结果与理论预测或已有数据进行对比，验证实验的准确性和可靠性。
三向地震波的合理选取和人工定义
目录
引言三向地震波的基本理论三向地震波的合理选取三向地震波的人工定义实验与分析结论与展望
01
引言
地震波是研究地球内部结构和地震活动的重要手段，而三向地震波的合理选取和人工定义对于地震波场模拟、地震灾害评估和地震工程设计等方面具有重要意义。
随着地震工程和防灾减灾领域的不断发展，对于三向地震波的合理选取和人工定义提出了更高的要求，需要更加精细和准确的方法和技术。
详细描述
频谱分析是一种常用的地震波选取方法，它通过分析地震波的频率成分和能量分布，选择具有代表性的地震波。这种方法能够反映地震波的传播规律和地质构造特征，有助于提高地震资料的解释精度和地震模拟的准确性。
基于地震波频谱的选取方法
VS
根据地震波的传播路径，选择在不同地质构造和地球介质中传播的地震波。
详细描述
三向地震波的人工定义
基于地震波合成的人工定义方法
合成方法
通过模拟地震波传播过程，利用已知的地震波参数（如震源深度、震源类型等）和地质结构信息，生成具有相似特征的地震波信号。
优点
可以模拟不同类型和复杂度的地震波，适用于研究地震波传播规律和模拟地震波场。
缺点

弹性动力时程分析

《高层混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
第3.3.5条按本规程第3.3.4 条规定进行动力时程分析时，应符合下列要求： 1 应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，且弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65％，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％； 2 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期3～4倍，也不宜少于12s，地震波的时间间距可取0.01s或0.02s； 4 结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
三向地震波的合理选取
加速度
方向：S50E，记录时长：40.00秒
时间(秒)
加速度
方向：S40W，记录时长：40.00秒
时间(秒)
加速度
方向：VERT，记录时长：40.00秒
时间(秒)
规准加速度谱
3.69
周期(秒)
1
2
3
4
5
6
保留的旧版地震波库
1.3.3 如何人工定义地震波
在当前的工程目录下建立相应的地震波文件。在当前的工程目录下建立相应的地震波文件。文件名采用“ 加上“ ” 文件名采用 “ USER”加上 “ 1” 、 “ 2” 或其他数字加上 ” 。使用“.X”、“.Y”和“.Z”文件后缀给出主方向、次方文件后缀给出主方向、使用“ 、和文件后缀给出主方向向和竖向所对应的地震波波形。向和竖向所对应的地震波波形。如果用户给出了无后缀文件，缀文件，则认为该文件中的内容为主方向地震波波形。例如“USER1”、“USER2.X”、“USER2.Y”、例如“ 、、、 “USER2.Z”等文件名都是合法的。等文件名都是合法的。等文件名都是合法的文件中第一行输入用户地震波步数n；在第2~第文件中第一行输入用户地震波步数；在第第 n+1

地震波的选取方法

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。

三分量地震记录的互相关分析

三分量地震记录的互相关分析马腾飞【摘要】Seismic wave is a three dimensional vector wavefield,the single com-ponent recordings are actually the projection of particle motion along certain directions.Based on the single component seismogram cross-correlation formu-la,this paper presents a novel simple solution which is suitable for the calcula-tion of three-component seismogram cross-correlation,and the effectiveness of this new approach is verified via a practical case from the aftershock sequence of 2008 Wenchuan MS 8.0 pared with single component seismo-gram cross-correlation,the new approach can obtain a global optimized result more reasonably and erase the discrepancy between different components in the work of template waveform matching.Also this new formula can take advan-tage of the congenerous between different components,suppress the ambient seismic noise effectively,and its rationality was demonstrated in theory.This new approach requires rather small computations as its simplicity in principles and procedures,which is suitable for the seismic data processing in the current era of “big data”.%地震波场本质上是三维矢量波场，单分量记录实际上是三维矢量震动在某一方向上的部分投影．本文基于单分量地震记录互相关公式，提出了一种新的适合三分量地震波形记录多元互相关运算的简易方法，并以2008年汶川 MS 8．0地震余震序列波形为例，对其进行了效果验证．结果表明，相对单分量互相关，该方法可以得到更为合理的全局最优结果，解决波形识别匹配工作中不同分量间的差异问题．该方法还可以利用不同分量间的“同源”信息，有效压制随机噪声，并从理论上说明其合理性．其原理及计算过程均较为简单，整体运算量较小，适用于目前“大数据”时代的地震数据处理．【期刊名称】《地震学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】7页(P96-102)【关键词】三分量记录;多元互相关;模板匹配方法【作者】马腾飞【作者单位】中国北京 100081 中国地震局地球物理研究所; 中国北京 100033 中国财产再保险有限责任公司【正文语种】中文【中图分类】P315.63波形互相关技术是地震学中一种常用的技术手段，目前已经在“重复地震”识别(Schaff， Richards， 2004， 2011; Li et al， 2007， 2011; Ma et al， 2014)、余震事件检测(Peng， Zhao， 2009; Wu et al， 2014)、低频事件观测与识别(Obara， 2002; Shelly et al， 2007)、地震精定位(Waldhauser， Ellsworth，2000; Schaff et al， 2004; Schaff， Waldhauser， 2005)等领域得到了广泛应用．迄今为止，地震学家已经发展了许多先进的数字记录处理方法来计算两个波列间的互相关系数，但这些方法绝大部分是针对单分量的时间序列记录．鉴于地震记录的三维空间属性，各个分量仅是质点运动在垂直或水平方向的投影，因此基于各个分量的单分量互相关系数计算可能会丢失地震记录中某些空间相关信息，不能反映地震波在传播过程中波形和震相变化的全貌，只得到片面性的结果．事实上，只有三分量耦合的空间记录才能真实地反映实际地震波场所包含的全方位信息．就地震事件波形而言，由于其不同震相在不同分量上有较大的运动学差异，因此在采用互相关识别计算时对所用分量均采用统一时间窗口就显得不大“合适”．例如：由于地震信号中噪声的存在，当初至P波到达时，垂直分量会产生较明显的变化，但水平分量依旧处于信噪比很低的“噪声模式”；在S波尾部，垂向信噪比较低，水平向却还有较为明显的振动．在这些互相关运算的时间窗口内，低信噪比“噪声”的存在无疑会对最终的运算结果产生较大影响，使事件的识别与检测面临较大困难，对于震级较小的微震事件来说更是如此．针对这些问题，通过采用对不同分量的地震记录选取不同相关运算窗口的方法(如垂直分量时间窗口为P波到达后4 s，水平分量时间窗口为S波到达后4 s)，便可在一定程度上提高检测识别的准确率(Peng， Zhao， 2009; Meng et al， 2012; Wu et al，2014)．但是，这种硬性规定的不同分量时间窗口难免会“错杀”一部分不符合这种“标准模式”的地震事件，从而影响其识别的完整性；与此同时，当所获取的各个分量之间的差异性较大时，如何对所得结果作出合理的解读也是一大难题．对于台阵记录我们可以通过各种技术手段叠加不同台站的信息来达到压制噪声、提高信噪比的目的(Leonard， Kennett， 1999; Kennett， 2000)，但对于单台站地震记录则无法开展．因此，如何充分发掘不同分量间的“同源”作用，得到能全面反映地震波三维属性的相关信息也是本文将要探讨的内容．1.1 单分量波形互相关原理波形互相关技术的核心即为计算波形的互相关系数，并将其作为事件识别或归类的判定条件．对于单分量波形记录，目前在实际工作中常采用(Båth， 1974)来计算其相关系数. 式中，γ为相关系数， xi和yi分别为计算中同一台站记录到的两次地震事件的选定波列， i和i分别为其相应的平均值．由式(1)可以看出，互相关系数的实质为，由两个经过中心化(去均值)处理后的波形序列组成的n维向量在Rn空间中所成夹角的余弦，因此具有尺度不变性；同时，各个维度对最终相关系数的贡献也与其偏离中心点位置的乘积i)成正比．由于实际记录中的有效信号具有良好的时间一致性，而随机噪声则显得杂乱无章且振幅较小，因此相关运算可以有效地抑制噪声对最终结果产生的影响，这也是采用相关算法对地震信号进行识别的基础．1.2 三分量多元综合互相关系数三分量地震记录有3个独立分量(垂直分量V，切向分量T，径向分量R)，不同波列组合后可以形成一个3×n的矩阵. 对于多维矢量矩阵而言，空间夹角没有意义，这种情况下则不能用上述向量相关的思路来解决多元的相关问题．在实际应用中，通常对不同分量两两相关后计算得出3个独立的相关系数，该相关系数矩阵可以用来描述两矩阵间的相关关系．但在具体工作中我们也会遇到诸如不同分量间最大相关位置不一致、各分量间相关系数差别较大等问题，这给我们带来了较大的挑战．事实上，由于各分量间的的振幅能量、信噪比(signal noise ratio，简写为SNR)水平均不相同，上述问题的出现在匹配识别工作中并不罕见．如果可以找到一种简单快捷的方法，能够综合考虑各分量的振幅能量水平，得到全局最优结果，无疑对此类工作的开展具有重要意义．一种可行的办法为矩阵向量化，即将三分量记录投影展开到一条直线上，以便我们能继续使用向量相关的计算公式来处理三分量问题．需要注意的是，所采用的变换方式必须使各分量之间满足等价互易性，否则所得结果不唯一．如图1所示，将三分量记录首尾相连，依次投影到下方直线，根据圆环排列(Fredricksen， Kessler， 1977)公式，可能的组合方式有/3×(1/2)种，即无论各分量的顺序如何变动，其组合排列方式有且只有一种．如果只考虑相对位置，各分量间没有前后首尾之分，则各分量元素之间实际上是无序的(order-independent)，满足等价互易性，这样我们便可以将空间三分量不同记录中心化后展开至平面，对接成一个新的一维矢量，从而得到适合地震三分量综合相关计算的新公式，具体表达为其中，式中：γ为归一化的三分量全局互相关系数； f1(t)， f2(t)和f3(t)为事件1的三分量记录； g1(t)， g2(t)和g3(t)为事件2的三分量记录；和 (i=1, 2, 3)分别为其对应的平均值； t为地震记录的时间，为初始时间长度的3倍； S1(t)和S2(t)为组合后的时间波形序列. 由于S1(t)和S2(t)在各分量拼接前均已进行中心化处理，则=0，因此三分量总体相关公式也可写为需要注意的是，式(5)中fi(t)和gi(t)均为归一化前记录到的原始数据，其中包含各个分量的绝对振幅信息．由此可以看出：这种“拼接”处理的实质在于可以将各个分量间不同的振幅及相关信息置于同一参考系下，从而得出考虑全局后的整体结果；同时将各分量波形置于更大参考系下也可以有效压制振幅较小、相位不相关的噪声部分，增大综合信噪比，从而提高识别精度．从形式上看，式(5)与单分量相关公式很接近，且其原理技术相对简单，形式也较为简洁，适合大规模地震数据资料的处理计算．以成都台(CD2)记录到的2008年汶川MS8.0地震余震序列中的两个地震事件波形为例，详细分析所得三分量整体相关公式在实际中的应用效果．该地震事件对的震中距为27.385 km，为典型的近台记录，目录参数引自中国地震台网中心的《中国地震月报目录》，两个地震事件均属于微震事件，震级几乎相等，波形数据引自中国地震局地球物理研究所“国家数字测震台网数据备份中心”(Zheng et al， 2010)．由于成都台采用甚宽频地震计，在较大范围内的频率响应曲线较为平缓，因此我们采用1—10 Hz四阶巴特沃斯(Butterworth)带通滤波器对去除均值、线性趋势后的原始波形进行处理，这也与前人工作的参数选取相一致(Li et al， 2007，2011; Ma et al， 2014)．以P波到时为互相关计算起点，所选取的窗口时长为P波与S波走时差的4倍，滑动时长为±2 s，这样便可包含全部的尾波序列，同时避免后续噪声混入影响计算结果(蒋长胜等， 2008)．采用上述流程，计算所得的三分量波形互相关系数分别为0.81205(E--W)，0.86067(N--S)和0.76896(U--D)，如图2所示．可以看出，各分量的波形只在某些不同时段上具有较高的相似性．由于各分量间的计算结果差异较大，对于两次地震的判定也成为一大难题．图3给出了两次地震在成都台(CD2)的三分量整体互相关系数以及各分量间的互相关系数随时间的变化曲线．取P波到时前1 s起算，以窗口中心为计算点， 2 s 为互相关计算滑动窗口长度， 4倍的S-P走时差为窗口长度，自左向右，每次移动1个数据点(即0.01 s)进行互相关运算．为了避免地震波的谐波特性对此处小窗口计算结果产生较大的影响，每次进行窗口计算时，波形只能相对移动±0.01 s (1个数据点)．由图3可以看出，南北分量与东西分量在全程运算中均有较高的互相关值(≥0.8)，而垂向分量在P波和S波到达时间之外振幅较小部分的互相关值有较大的波动，拖累了整体的相关系数计算，因此未达到给定的阈值(≥0.8)．此外，不同时段的总体相关系数给予不同分量的“权重”不同，振幅越大的分量权重越高，因此采用三分量相关可以部分压制不同分量内部低信噪比的“噪声”部分，提高识别的效率和准确率．在上述例子中，运用三分量整体相关公式后可以得出两个地震事件的互相关系数为0.8157，满足重复地震识别互相关系数≥0.8的阈值条件，可以视为一对“重复地震”事件．与上述例子类似，本文详细统计了成都台记录到的一系列不同地震事件之间不同分量的互相关系数差异，得到了采用本文方法后所得到的整体互相关系数与各分量互相关系数之间的关系，如图4所示．可以看出，各分量的相关系数总体上与全局相关系数呈线性对应关系，但仅看某一分量有时会出现较大偏离，因此在这种条件下有必要根据三分量整体相关系数对事件进行合理判断．从图4中也可以看出，即便是对于某一给定的地震事件而言， 3个分量相关计算的结果也会呈现出一定的规律性，即水平分量的相关系数显著高于垂直分量，东西分量的相关系数明显高于南北分量，因此在只能选择一个分量作相关计算时，垂直分量具有更高的识别可信度．李宇彤(2012)利用区域台网对海城—岫岩地区“重复地震”识别的研究也得出类似的结论，这也说明了仅用垂直向的波形数据进行相关运算的合理性(Schaff， Richards， 2004， 2011)．地震波本身为矢量场，本质上为不同特性、不同类型的振动相互叠加干涉的结果，而单分量记录实际上仅为三维矢量在某一方向上的部分投影，因此常规的基于各分量的单分量互相关计算可能会丢失信号中部分与空间相关的信息，不能反映地震波在传播过程中波形和震相变化的全貌，从而导致结果不一致．本文基于三分量记录之间的“同源”特性，提出了一种可以计算三分量记录总体相关系数的简易方法，能够尽可能地利用数据的内在信息，压制随机噪声，并从理论上说明了其合理性．该方法的原理和计算过程均较为简单，整体运算量也较小，无论从经济上还是技术上都适用于未来“大数据”时代的海量资料处理，值得在实际工作中推广应用．由文中的实例可以看出，采用三分量整体相关可以解决互相关系数在不同分量间的差异以及临界识别等问题，所得结果也不是简单的三分量单独相关运算后的算术平均值，而是在各分量间(inter-component)相关后综合叠加得到的结果．这实际上是一种对信号的压噪重构，可以达到增强有效信号、压制干扰噪声的目的，解决了目前“重复地震”以及类似事件识别工作中遇到的问题．此外，采用三分量整体相关还可以同步三分量地震波形记录，避免片面追求各个分量的互相关系数单独最大而造成错误时移(这种现象可能是由地震波的谐波特性所导致)，因此从理论上来讲，也可能会存在整体相关系数比3个分量都小的极端情况，但在实际中由于各种震相混叠、介质不均性等情况的客观存在，故难以出现上述情形．应该看到，这种综合相关算法似乎对在有效震相外信噪较低的波形记录部分的相关计算效果并不明显，因此如何压制有效震相外的信号噪声以增加信噪比，以及充分利用各分量中所包含的地震信息以提高微小地震事件的可探测性也是未来工作的一个可行方向．吴忠良研究员为本研究进行了分析和指导，与加州大学圣克鲁兹分校地震学实验室的Emily Brodsky教授、 Lian Xue博士、 Stephen Hernandez博士进行了有益讨论，中国地震局地球物理研究所“国家数字测震台网数据备份中心” (doi:10.7914/SN/CB)为本研究提供了波形数据，审稿专家提出了建设性的修改意见，作者在此一并表示诚挚谢意．蒋长胜，吴忠良，李宇彤. 2008. 首都圈地区“重复地震”及其在区域地震台网定位精度评价中的应用[J]. 地球物理学报， 51(3): 817--827.Jiang C S， Wu Z L， Li Y T. 2008. Estimating the location accuracy of the Beijing Capital Digital Seismograph Network using repeating events[J]. Chinese Journal of Geophysics， 51(3): 817--827 (in Chinese).李宇彤. 2012. “重复地震”的若干地震学问题[D]. 北京: 中国地震局地球物理研究所: 36--40.Li Y T. 2012. The Seismology of ‘Repeating Earthquakes’[D]. Beijing: Institute of Geophysics， China Earthquake Administration: 36--40 (in Chinese).Båth M. 1974. Spectral Analysis in Geophysics[M]. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company: 87--94.Fredricksen H， Kessler I. 1977. Lexicographic compositions and deBruijnsequences[J]. J Comb Theory： Ser A， 22(1): 17--30.Kennett B L N. 2000. Stacking three-component seismograms[J]. Geophys J Int， 141(1): 263--269.Leonard M， Kennett B L N. 1999. Multi-component autoregressive techniques for the analysis of seismograms[J]. Phys Earth Planet Int，113(1/2/3/4): 247--263.Li L， Chen Q F， Cheng X， Niu F L. 2007. Spatial clustering and repeating of seismic events observed along the 1976 Tangshan fault， North China[J]. Geophys Res Lett， 34(23): L23309. doi:10.1029/2007GL031594.Li L， Chen Q F， Niu F L， Su J. 2011. Deep slip rates along the Longmen Shan fault zone estimated from repeating microearthquakes[J]. J Geophys Res， 116(B9): B09310. doi:10.1029/2011JB008406.Ma X J， Wu Z L，Jiang C S. 2014. ‘Repeating earthquakes’associated with the WFSD-1 drilling site[J]. Tectonophy-sics， 619/620: 44--50.Meng X F， Yu X， Peng Z G， Hong B. 2012. Detecting earthquakes around Salton Sea following the 2010 MW7.2 El Mayor-Cucapah earthquake using GPU parallel computing[J]. Proc Comp Sci， 9: 937--946. Obara K. 2002. Nonvolcanic deep tremor associated with subduction in Southwest Japan[J]. Science， 296(5573): 1679--1681.doi:10.1126/science.1070378.Peng Z G， Zhao P. 2009. Migration of early aftershocks following the 2004 Parkfield earthquake[J]. Nat Geosci， 2(12): 877--881.Schaff D P， Bokelmann G H R， Ellsworth W L， Zanzerkia E，Waldhauser F， Beroza G C. 2004. Optimizing correlation techniques forimproved earthquake location[J]. Bull Seismol Soc Am， 94(2): 705--721. Schaff D P， Richards P G. 2004. Repeating seismic events in China[J]. Science， 303(5661): 1176--1178.Schaff D P， Waldhauser F. 2005. Waveform cross-correlation-based differential travel-time measurements at the Northern California Seismic Network[J]. Bull Seismol Soc Am， 95(6): 2446--2461.Schaff D P， Richards P G. 2011. On finding and using repeating seismic events in and near China[J]. J Geophys Res， 116(B3): B03309.doi:10.1029/2010JB007895.Shelly D R， Beroza G C， Ide S. 2007. Non-volcanic tremor and low-frequency earthquake swarms[J]. Nature， 446(7133): 305--307. Waldhauser F， Ellsworth W L. 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the northern Hayward fault，California[J]. Bull Seismol Soc Am， 90(6): 1353--1368.Wu C Q， Meng X F， Peng Z G， Ben-Zion Y. 2014. Lack of spatiotemporal localization of foreshocks before the 1999 MW7.1 Düzce，Turkey， earthquake[J]. Bull Seismol Soc Am， 104(1): 560--566.Zheng X F， Yao Z X， Liang J H， Zheng J. 2010. The role played and opportunities provided by IGP DMC of China National Seismic Network in Wenchuan earthquake disaster relief and researches[J]. Bull Seismol Soc Am， 100(5B): 2866--2872. doi:10.1785/0120090257.。

PKPM软件讲稿弹性动力时程分析

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《高层混凝土结构技术规程》JGJ32002
第3.3.4条第3点 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算： 1）甲类高层建筑结构； 2）表3.3.4 所列的乙、丙类高层建筑结构； 3）不满足本规程第4.4.2～4.4.5条规定的高层建筑结构； 4）本规程第10章规定的复杂高层建筑结构； 5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。
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三向地震波的合理选取和人工定义
• 时程分析与三向地震波 • 三向地震波的合理选取 • 如何人工定义地震波
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时程分析与地震波
弹性时程分析、弹塑性时程分析均与地震波相关。 TAT、SATWE、PMSAP、EPDA 等软件时程分析时均需选取地震波。旧版软件采用的是按照场地土区分的单向地震波库；新版软件采用的是按照特征周期区分的三向地震波库。三向地震波可以退化为单向地震波进行计算。可以通过填写文本文件的方式增加用户地震波。
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1.2 弹性时程分析具体实现
• 1.2.1 SATWE • 1.2.2 TAT • 1.2.3 PMSAP
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2 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期3～4 倍，也不宜少于 1 2 s，地震波的时间间距可取 0 . 0 1 s 或 0.02s；

PKPM软件讲稿-弹性动力时程分析

需要重点理解的概念：
“平均值、较大值” “统计意义上相符” “两组天然、一组人工波” “基底剪力” “层间位移角”
1.2 弹性时程分析具体实现
• 1.2.1 SATWE • 1.2.2 TAT • 1.2.3 PMSAP
三向地震波的合理选取和人工定义
• 时程分析与三向地震波 • 三向地震波的合理选取 • 如何人工定义地震波
《高层混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
第3.3.4条第3点 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算： 1）甲类高层建筑结构； 2）表3.3.4 所列的乙、丙类高层建筑结构； 3）不满足本规程第4.4.2～4.4.5条规定的高层建筑结构； 4）本规程第10章规定的复杂高层建筑结构； 5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。
弹性动力时程分析
杨志勇
中国建筑科学研究院 PKPM CAD工程部
• 弹性时程分析基本概念、规范规定 • 弹性时程分析的具体实现 • 三向地震波合理选取和人工定义
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
第5.1.2条第3点特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按表5.1.2-2 采用。弹性时程分析时每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。

PKPM软件讲稿弹性动力时程分析

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1.2 弹性时程分析具体实现
• 1.2.1 SATWE • 1.2.2 TAT • 1.2.3 PMSAP
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《建筑抗震设计规范》GB50011-
20第05.11.2条第3点
特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按表5.1.2-2 采用。弹性时程分析时每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。
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《高层混凝土结构技术规程》JGJ32002
第3.3.4条第3点 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算： 1）甲类高层建筑结构； 2）表3.3.4 所列的乙、丙类高层建筑结构； 3）不满足本规程第4.4.2～4.4.5条规定的高层建筑结构； 4）本规程第10章规定的复杂高层建筑结构； 5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。
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1.3.3 如何人工定义地震波

结构抗震设计时程分地震波的选择

（1）设计用地震记录的选择和调整用规范的确定性方法和地震危险性分析方法所确定的设计地震动参数，是选择天然地震加速度记录的依据。

(一)实际地震记录的选择方法选择地震记录应考虑地震动三要素，即强度（峰值）、频谱和持续时间。

对某一建筑的抗震设计，最好是选用该建筑所在场地曾经记录到的地震加速度时间过程。

但是，这种机会极少。

为此，人们只能从现有的国内外常用的地震记录中去选择，尽可能挑选那些在震级、震中距和场地条件等方面都比较接近设计地震动参数的记录。

他的文章给出了相应的地震数据的记录目录。

（二）实际地震记录的调整1.强度调整。

将地震记录的加速度值按适当的比例放大或缩小，使其峰值加速度等于事先所确定的设计地震加速度峰值。

即令其中a(为记录的加速度值为调整后的加速度值;A众为设计地震加速度峰值;。

为记录的加速度峰值。

这种调整只是针对原记录的强度进行的，基本上保留了实际地震记录的特征。

也就是所说的（强度修正。

将地震波的加速度峰值及所有的离散点都按比例放大或缩小以满足场地的烈度要求）2.频率调整考虑到场地条件对地震地面运动的影响，原则上所选择的实际地震记录的富氏谱或功率谱的卓越周期乃至形状，应尽量与场地土相应的谱的特性一致。

如果不一致，可以调整实际地震记录的时间步长，即将记录的时间轴“拉长”或“缩短”，以改变其卓越周期而加速度值不变也可以用数字滤波的方法滤去某些频率成分，改变谱的形状。

另外，为了在计算中得到结构的最大反应，也可以根据建筑结构基本自振周期，调整实际地震记录的卓越周期，使二者接近。

这种调整的结果，改变了实际地震记录的频率结构，从物理意义上分析是不合理的。

另外，在测定场地土和建筑结构的卓越周期时，运用不同的测试仪器和测试技术，往往得到不同的结果。

即使是对同一个测试结果，在频谱上确定卓越周期时，不同的分析方法也会导致不同的结果。

有的选取谱的第一个峰值所对应的周期作为卓越周期，有的选最大峰值时的，也有的取某一段周期等，很不一致。

弹性动力时程分析

需要重点理解的概念：
“平均值、较大值” “统计意义上相符” “两组天然、一组人工波” “基底剪力” “层间位移角”
1.2 弹性时程分析具体实现
• 1.2.1 SATWE • 1.2.2 TAT • 1.2.3 PMSAP
三向地震波的合理选取和人工定义
• 时程分析与三向地震波 • 三向地震波的合理选取 • 如何人工定义地震波
《高层混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
第3.3.5条按本规程第3.3.4 条规定进行动力时程分析时，应符合下列要求： 1 应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，且弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65％，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％； 2 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期3～4倍，也不宜少于12s，地震波的时间间距可取0.01s或0.02s； 4 结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
可以通过填写文本文件的方式增加用户地震波。
三向地震波的合理选取
加速度
方向：S50E，记录时长：40.00秒
时间(秒)
加速度
方向：S40W，记录时长：40.00秒
时间(秒)
加速度
方向：VERT，记录时长：40.00秒
时间(秒)
规准加速度谱
3.69
周期(秒)
1
2
3
4
5
6
保留的旧版地震波库

三维地震资料解读

第一章概述（原理及方法）第二章三维地震勘探数据采集第三章三维地震勘探数据处理第四章三维地震勘探资料解释物探知识回顾1、应用地球物理、勘察地球物理、地球物理勘探简称物探2、地球物理学：研究地球内外，包含地核、地幔、地壳以及水圈、大气圈及其空间的物理场和物理现象，如地磁、重力、地震、放射性、地电、地球热学、气象等。

广义地球物理学：大气圈地球物理学、水圈地球物理学、固体地球物理学又称狭义地球物理学3、物探含义：用物理方法来勘探地壳上层岩石的构造与寻找有用矿产的一门学科。

它是根据地下岩层在物理性质上（密度、磁性、电性、弹性、放射性等）的差异，通过物理学原理，借用一定的装置和专门的物探仪器测量因岩石物理性质的差异引起的物理场（如电场、重力场、磁场）变化规律及分布状况，通过分析和研究物理场的变化规律，结合有关地质资料推断出地下一定深度范围内地质体的分布规律，为地质勘探、工程勘察、环境调查及地下资源分布规律的研究提供依据。

地球物理勘探是物理学、数学、现代计算机科学和地学结合的边缘科学和最有活力的生长点。

它不同于传统的找矿方式，即通过古生物、岩石矿物性质等确定矿藏。

4、几种重要物探方法重力勘探重力勘探是以地壳中岩矿石等介质密度差异为基础，通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造、寻找矿产、解决工程环境问题的一种物探方法。

它主要用于探查含油气远景区的地质构造、研究深部构造和区域地质构造，与其他物探方法配合，也可以寻找金属矿，近年来重力勘探在城市工程、环境方面也有应用。

磁法勘探磁法勘探是以地壳中岩矿石等介质磁性差异为基础，通过观测与研究天然磁场及人工磁场的变化规律以查明地质构造、寻找矿产的一种物探方法。

它主要用于各种比例尺的地质填图、研究区域地质构造、寻找磁铁矿、勘查含油气构造、预测成矿远景区以及寻找含磁性矿物的各种金属非金属矿床，近年来磁法勘探在城市工程、环境方面主要用于开发区、核电站、大坝选址，寻找沉船、炸弹等金属遗弃物与地下管道，考古等方面。