三向地震波的合理选取和人工定义

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地震波的定义

地震波的定义地震波的定义地震是地壳的一切颤动，是一种自然现象。

其主要能源来自地球的内部，是由地球内部自然力冲击引起的。

地壳或地幔中发生振动的地方称为震源。

震源在地面上的垂直投影称为震中。

震中到震源的距离称为震源深度。

地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。

地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

发生原理英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。

地球内地震波部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。

地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。

由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。

概念介绍地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。

地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

传播方式地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。

纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。

横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。

面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。

其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。

纵波和横波现象介绍我们最熟悉的波动是观察到的水波。

当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱，以石头入水处为中心有波纹向外扩展。

这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。

然而水并没有朝着水波传播的方向流；如果水面浮着一个软木塞，它将上下跳动，但并不会从原来位置移走。

这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去，从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。

三向地震波的合理选取和人工定义分解

19.5。动力弹塑性分析方法
动力弹塑性分析方法的特点
将罕遇地震作用以较为真实的加速度时程方式进行输入。考虑结构的弹塑性性质。对结构没有过多限制其应用范围的基本假定，适用范围广泛，可以认为是一种仿真分析方法。多条地震波分析时，计算时间相对较长。选取不同的地震波进行分析时，计算结果可能差别较大，需要使用者进行合理罕遇地震下三种薄弱层弹塑性变形验算方法及其适用范围
19.1。弹塑性分析目的、意义 19.2。弹塑性分析的规范规定 19.3。简化弹塑性分析方法及适用范围 19.4。静力弹塑性分析方法 19.5。动力弹塑性分析方法
19.1。弹塑性分析目的、意义
三水准设防中的“大震不倒” 。两阶段设计中的“第二阶段弹塑性变形验算”。强震下变形验算的基本问题：计算和确定薄弱层位移反应和变形能力；通过改善结构均匀性、加强薄弱层和薄弱部位使得层间位移角满足弹塑性变形验算限值要求。
19.4。静力弹塑性分析方法
抗倒塌分析图
静力弹塑性分析方法的特点
静力弹塑性分析方法是将动力地震作用静力化的一种罕遇地震分析方法。考虑结构的弹塑性性质。较动力弹塑性分析方法能一定程度上节省计算时间。通过静力推覆分析过程可以了解结构的抗倒塌能力。通过能力谱方法可以得到结构的罕遇地震下最大弹塑性位移角。能力谱方法存在“以第一振型振动为主、结构可以等效为单自由度体系”等前提假定，能否适用于超高层结构仍然需要探讨；但推覆分析过程有一定的普适性。
选取地震波
实测地震波——特征参数
实测地震波——反应谱
规准加速度谱
3.69
周期(秒)
1
2
3
4
5
6
实测地震波——东南向40度作用

地震波描述

1.1设计加速度过程线依据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，50年超越概率为10%时，工程区地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，相应地震基本烈度为7度。

场地土属中软场地土，场地类别为Ⅱ类。

根据（DL5073-2000）《水工建筑物抗震设计规范》的规定，本工程壅水建筑物抗震设防类别为乙类，设计烈度按7度取。

参考工程地质报告，本课题选取美国Taft地震波、人工地震波与实测地震波共三条地震波进行分析。

Taft地震波，1952年7月21日发生于美国的加利弗里亚州地震（California Earthquake，震级7.4级），是位于加州Kern County林肯学校的No.1095地震台测得的地震记录，该记录地距震中约43.5 km。

地震仪设于学校附近一隧洞混凝土地板上，测得完整的三向地震波，记录长达54 s，最大地震加速度175.9 cm/s2，最大速度17.7 cm/s，最大位移9.15 cm。

Taft 地震波由于记录完整、数据可靠，在国际地震工程界被广泛引用。

本报告中将其峰值加速度调整至0.15 g得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

横河向、顺河向和竖直向输入加速度之比为3:3:2。

计算地震时长20 s，时间步长为0.02 s，各方向地震波时程如图1.1-1至图1.1-3所示。

人工地震波，是根据《水工建筑物抗震设计规范》选取规范标准反应谱为目标谱生成。

人工波生成时，迭代误差取为5%，其中特征周期Tg按照基岩场地取0.3 s，反应谱最大值的代表值βmax取为2，设计加速度代表值为0.15 g。

由此得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

地震勘探原理知识点总结讲解

第三章地震资料采集方法与技术一．野外工作概述1.陆地石工基本情况介绍试验工作内容：①干扰波调查，了解工区内干扰波类型与特性。

②地震地质条件调查，了解低速带的特点、潜水面的位置、地震界面的存在与否、地震界面的质量如何（是否存在地震标志层）、速度剖面特点等。

③选择激发地震波的最佳条件，如激发岩性、激发药量、激发方式等。

④选择接收和记录地震波的最佳条件，包括最合适的观测系统、组合形式和仪器因素的选择等。

生产工作过程：地震队的组成（1）地震测量：把设计中的测线布置到工作地区，在地面上定出各激发点和接收排列上各检波点的位置（2）地震波的激发陆上地震勘探的震源类型：炸药震源和可控震源。

激发方式：炸药震源的井中激发、土坑等。

激发井深：潜水面以下1-3m，（6-7m）。

（3）地震波的接收实现方式：检波器、排列和地震仪器2.调查干扰波的方法（1）小排列（最常用）3-5m道距、连续观测目的：连续记录、追踪各种规则干扰波，分析研究干扰波的类型和分布规律。

从地震记录中可以得到干扰波的视周期和视速度等基本特征参数（2）直角排列适用于不知道干扰波传播方向的情况Δt1和Δt2的合矢量的方向近似于干扰波的传播方向（3）三分量检波器观测法（4）环境噪声调查信噪比：有效波的振幅/干扰波的振幅（规则）信号的能量/噪声的能量3.各种干扰波的类型和特点（1）规则干扰指具有一定主频和一定视速度的干扰波，如面波、声波、浅层折射波、侧面波等。

面波（地滚波）：在地震勘探中也称为地滚波，存在于地表附近，振幅随深度增加呈指数衰减。

其主要特点：①低频：几Hz～20Hz；②频散(Dispersion)：速度随频率而变化；③低速：100m/s ～1000m/s，通常为200m/s～500m/s；④质点的振动轨迹为逆时针方向的椭圆。

面波时距曲线是直线，记录呈现“扫帚状”，面波能量的强弱与激发岩性、激发深度以及表层地震地质条件有关。

（能量较强）声波：速度为340m/s左右，比较稳定，频率较高，延续时间较短，呈窄带出现。

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。

三分量地震采集方2

保证目的层最大炮检距道经动校后不被切除。

同时还要考虑消除多次波、AVO 必须的炮检距以及电缆最大长度等。

根据纵波、转换波联合观测系统设计理论模型可知，最大炮检距的确定应以转换波为主。

⑶采样间隔与道间距在已知地下速度模型的情况下，可以利用射线追踪的方法来计算道间距。

对于时间采样间隔的选择，应满足时间采样定理：max 21f t ≤∆ (6)其中∆t 表示时间采样间隔，f max 表示信号最大频率。

同理，对于道间距的选择，应满足空间采样定律：2minλ≤∆x (7)其中∆x 表示道间距，λmin 表示信号最小波长。

而λmin 与视波速和最大频率之间具有如下关系：max *min f v =λ (8)上述视速度要采用转换波的视速度；假设目的层的深度为H ，目的层以上介质的纵波等效速度分别为pv ，炮检距为x ，纵波零炮检距时间为0t ，则纵波视速度为：xx H v xv x t v dtdx v p ppp2222202*4+=+== (9)纵波和横波等效速度分别为p v 和s v ，炮检距为x ，纵波单程垂直旅行时为图2 PP 波反射系数（左）和PS 波反射系数（右）与炮检距关系图p t 0，横波单程垂直旅行时为s t 0，转换点到炮点和检波点的距离分别为p x 和s x ，则转换波时距曲线可以表示为：根据转换点的渐进线公式计算视速度为：xx c H v c x c H v c x c H x c H v v v p p s s s p s p s p ps )(22222222222222*+++++=(10)其中p s p p v v v c +=，ps ss v v v c +=其中为ΔS 炮间距，ΔX 为道间距。

⑷ 覆盖次数在转换波勘探中，由于转换反射点靠近接收点，当炮点移动而检波点不动时，转换点间距小于半个道距，覆盖次数聚焦于大炮检距，即转换反射点靠近检波点。

当炮点不动而检波点移动时，转换点间距大于半个道距，覆盖次数发散于大炮检距。

地震动曲线的选取

地震动曲线的选取全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：地震动曲线是指地震过程中的地震动力学参数随时间变化的曲线图。

地震动曲线的选取是地震工程中非常重要的一环，正确选取地震动曲线可以保证结构设计的准确性和安全性。

本文将介绍地震动曲线的选取方法及其重要性。

一、地震动曲线的选取方法1.根据工程设计要求：根据工程结构的设计要求，选择合适的地震动曲线。

常见的地震动曲线包括速度时间历程、加速度时间历程等，根据具体结构的设计要求来选取合适的地震动曲线。

2.根据地震波特性：地震波的特性也是选择地震动曲线的重要因素。

地震波的震级、地震波形、频谱特性等都会影响到地震动曲线的选择。

根据地震波的特性来选取合适的地震动曲线可以更好地反映地震对结构的影响。

3.根据地震烈度：地震烈度是描述地震破坏性大小的一个重要参数，根据地震烈度的不同，地震动曲线也会有所不同。

在选取地震动曲线时，要根据地震烈度的具体数值来选择合适的地震动曲线。

4.根据地震场地分类：地震场地的分类也是选择地震动曲线的重要依据。

不同地质条件下地震波会有很大差异，根据具体地震场地分类来选择相应的地震动曲线可以更好地反映实际情况。

1.保证结构的安全性：正确选取地震动曲线可以保证结构在地震波作用下的稳定性和安全性。

选取合适的地震动曲线可以更好地评估结构的地震风险，有助于制定合理的抗震设计方案。

2.指导抗震设计：选取合适的地震动曲线可以为结构的抗震设计提供重要参考依据。

地震动曲线可以反映地震波对结构的影响，根据地震动曲线的特性可以更好地调整结构设计参数，提高结构的抗震性能。

3.提高地震评估的准确性：地震动曲线选取的准确性直接影响到地震评估结果的准确性。

正确选取地震动曲线可以更好地反映地震作用下结构的响应情况，为地震风险评估提供更为精准的数据支持。

4.符合规范要求：在抗震设计过程中，地震动曲线的选取也要符合相应的规范要求。

不同的设计规范对地震动曲线的选取有具体规定，要按照规范要求选择合适的地震动曲线进行抗震设计。

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。

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。

弹性动力时程分析地震波选取方法探讨

弹性动力时程分析地震波选取方法探讨摘要：本文根据珠海市某超限高层弹性动力时程分析结果，探讨了选波方法。

研究表明，采用小样本容量的地震波输入时，天然波输入数量的增加可以降低地震波的总体离散性，按规范推荐的比例输入三向地震波加速度是合理的。

关键词：结构设计；弹性动力时程分析；地震波Abstract: in this paper, according to the Zhuhai city high-rise overrun elastic dynamic time-history analysis results, discusses the selection of wave method. Studies show that, using the small sample size of earthquake input, natural wave input quantity increase can reduce the overall dispersion of seismic wave, according to the standard recommended proportional input three to seismic wave acceleration is reasonable.Key words: structural design; elastic time-history dynamic analysis; seismic wave近年来，随着我国社会经济的发展，各类高层建筑在全国各地日益增多。

它们新颖别致、多样化、复杂化和独特个性等特点给城市带来崭新面貌的同时也给高层建筑结构设计者带来了严峻的挑战。

《建筑抗震设计规范》[1]第5.1.2条和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]第4.3.4条规定了高层建筑应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充验算的范围。

本文对珠海市某超限高层建筑进行弹性动力时程分析，探讨地震波的选取方法。

桥梁抗震设计中地震波的合理选取

系：Ｓ＝ｆ・Ｓ得宴录波的特征周期丁：ＰＡ￡ＰＶ，Ｉ
Ｔ一２ｎ
Ｕ
０５０７９９．１．２
０６．１０７．１
５９５７．７
６５０８．７５７５６．９
１５１．
１６．１１７．１
间的拟速度反应谱值，表ｌ见。
表１绝对加速度反应谱及拟速度反应谱值
地震动反应谱特征值周期Ｔ应根据场地类｜
别和地震动参数区划表按抗震规范取值。实取地震动反应谱特征值周期，即场地固有周期
总第２７期４２１第４期０１年
交
通
科
技
ＴｒｎｐｒａｉｎＳｉｎｅ＆Ｔｅｈｏｏｙａｓｏｔｔｃｅｃｏｃｎｌｇ
ＳｅｉｌＮｏ．７ｒａ２４Ｎｏ．４Ａｕｇ０１．２１
桥梁抗震设计中地震波的合理选取
值，据《震规范》本桥实际场地条件，根抗和取Ｃ一１７Ｃ一１０Ｃ一１１，ｆ．，．，．８Ａ一０１，人上．５ｇ代
式计算得ＰＡ＝２９９ｍ／Ｇ．４ｓ。利用ｍｉａ程序的地震波数据生成器功能计ｄｓ
程抗震设计规范》６（［以下简称《震规范》的区］抗）
图３实录地震波１４Ｅ１ＣｅｔｏＳｔ，９０，ｎｒｉｅ
２０Ｄｇ的拟速度反应谱７ｅ

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。

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。

地震波描述

场地土属中软场地土，场地类别为Ⅱ类。

根据（DL5073-2000）《水工建筑物抗震设计规范》的规定，本工程壅水建筑物抗震设防类别为乙类，设计烈度按7度取。

参考工程地质报告，本课题选取美国Taft地震波、人工地震波与实测地震波共三条地震波进行分析。

地震仪设于学校附近一隧洞混凝土地板上，测得完整的三向地震波，记录长达54 s，最大地震加速度175.9 cm/s2，最大速度17.7 cm/s，最大位移9.15 cm。

Taft地震波由于记录完整、数据可靠，在国际地震工程界被广泛引用。

横河向、顺河向和竖直向输入加速度之比为3:3:2。

计算地震时长20 s，时间步长为0.02 s，各方向地震波时程如图1.1-1至图1.1-3所示。

人工地震波，是根据《水工建筑物抗震设计规范》选取规范标准反应谱为目标谱生成。

人工波生成时，迭代误差取为5%，其中特征周期T g按照基岩场地取0.3 s，反应谱最大值的代表值βmax取为2，设计加速度代表值为0.15 g。

由此得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

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. 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地震波的基本概念

• A one-dimensional pulse, usually the basic
response from a single reflector. Its key attributes are its amplitude, frequency and phase. The wavelet originates as a packet of energy from the source point, having a specific origin in time, and is returned to the receivers as a series of events distributed in time and energy. The distribution is a function of velocity and density changes in the subsurface and the relative position of the source and receiver. The energy that returns cannot exceed what was input, so the energy in any received wavelet decays with time as more partitioning takes
Wavefront at 110 msecs
From Tom Boyd’s WWW Site /fs_home/tboyd/GP311/introgp.shtml
Wavefront at 140 msecs
From Tom Boyd’s WWW Site /fs_home/tboyd/GP311/introgp.shtml
一滴水珠

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则1

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则2010-06-06 20:14:20| 分类：结构设计相关| 标签：高层建筑地震地震波地震资料|字号大中小订阅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/A max) 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。

地震波传播理论和概念

地震波传播理论和概念
地震波的类型和特征
▪ 当震源激发时，在固体中会产生各种振动特性的地震波。而当边界条件不同时还会改变这种振动特性。
▪ 按波传播的范围分：体波和面波。 ▪ 体波--波在无穷大均匀介质(固体)中传播时有两种类型的
波，纵波和横波。它们在介质中以整个立体空间传播，合称体波。 ▪ 面波—波在自由表面或岩体分界面上传播的一种类型的波。在地表常见的面波有瑞利波、拉夫波，在井中有斯通利波、和管波等，还有槽波。
▪ 在三维体介质中，横波的振动与传播方向垂直有两个方向，可把横波分为SV和SH波两种形式：如果振动发生在通过波传播方向的垂直平面内称SV波，在水平面内则称SH波。
SV波
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SH波
地震波的传播规律
1、地震波的反射和透射
▪ 不管什么时候，波只要入射到两种介质的分界面时，一部分会反射回来，称反射波，入射和反射波在同一介质中；另一部分则透射到第二介质中，称透射波(或物理学称折射波，与地震勘探中的折射波概念有区别)。地震波的反射和透射是地震勘探的基础。
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反射和透射定律
▪ 反射定律
反射线位于入射平面内，反射角α’等于入射角α。
▪ 透射定律：
透射线也位于入射面内，入射角的正弦和透射角的正弦之比等于第一和第二两种介质的波速之比,即
sin V1 sin V2
或
改写
V1 V2
sin sin
sin sin
V1
V2
此式表示波在两种介质内传播的视速度是相等的。
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4、波型转换
▪ 波在非法线入射的情况下，无论是纵波或是横波。在介质的分界面上不仅会改变波的方向，产生反射和透射，而且会发生波的分裂。由一种波分裂为两种不同类型的波，同时会有纵波和横波的反射和透射。