第八章-地震学基础-强地振动及其观测
第八章-地震学基础-强地振动及其观测
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
由记录到的水平加速度峰值和垂直加速度峰值的比较 可以看出，在震中距25公里以外，垂直峰值平均为水平峰 值的1/2－2/3。近场垂直分量峰值加大，震中距小于10公 里时，有许多实测垂直加速度峰值与水平峰值相当，甚至 超过水平分量。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
强地震动三要素
• 地震动强度（峰值） • 地震动频谱（反应谱、傅氏谱、功率谱） • 地震动持续时间
目前世界上约有四十多个国家开展强震观测工作，设置 了规模不等的观测台网，用于强震观测的仪器超过2万台。美 国现设置有5000台强震仪，并正在实施一个布设6000台强震 仪的新计划；美国加州规定所有超过6层的建筑物必须在地下 室、顶层和中间层各设置一台强震仪。日本有强震动观测仪 器近5000台。中国大陆地区目前有强震仪约2000台，台湾地 区布设了700多个强震台。
仪器测量频率范围规定为强震仪幅频特性上、 下限频率下降3dB的带宽。现代强震仪记录地震 动的周期范围至少为0.04~20秒。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
• ④ 动态范围 仪器在容许的失真条件下，能记录到的 地震动范围，与量程的含义类似，用分贝（dB）表 示：
dB=20*lg(测量的上限/测量的下限) 5.1.1-1 电流计记录式强震仪和光直记式强震仪的动态范围一 般为40dB, 模拟磁带强震仪的动态范围可达50dB， 数字磁带强震仪的动态范围可大于100dB ，固态存 储式强震仪的动态范围在低采样率时可大于120dB。
《强震动观测技术》重要知识点汇总(3)(1)解析
1. 试述强震动观测的主要任务。
针对各类场地和工程结构布设强震动观测台网，获取真实可靠的强地面运动记录和工程结构地震反应资料，为研究强地面运动的特性和工程结构抗震设计方法与技术提供重要的基础资料。
①获取强地面运动的定量记录②获取工程结构的地震反应数据③强震动观测资料是地震工程学与近场地震学研究和发展的基础资料④应用领域的进一步扩展----地震应急决策2. 强震动观测有哪些特点，它与测震观测有何区别？①观测活动服务科研目标不一样；可能引起工程结构破坏和生命财产损失的强烈地震动与监测地震活动性、测定地震的震源参数、研究地壳和内部结构②观测记录和感兴趣的物理量不一样；测量加速度（幅值、频谱、持续时间）与测量位移、地震波的到达时间（幅值、初动方向、震源位置、）③记录工作方式不一样；触发运行、无人值守与连续记录、高灵敏度、有/无人值守④台站设置位置不完全一样。
自由场地、各类物和结构物与背景噪声极小、基本均匀分布3. 试述强震动观测的发展趋势。
台网规模迅速扩大；大震预警系统和快速反应系统迅速发展；基于强震动观测的震害快速评估系统；布设各类观测台阵；4. 强震仪的基本组成和基本技术要求。
强震动仪主要包括拾振器（加速度计）I和记录器两部分，拾振器直接测量地震运动的装置，记录器控制强震动仪的工作状态，并记录拾振器测量的测点运动；①较宽的频带，至少应为0 - 50赫兹I②能记录的最大加速度值应不低于 1 gn=0.01g=0.001gal=0.001m/sA2③仪器应能连续记录多次地震动④触发运行⑤稳定可靠、维护方便、故障率低5. 试说明数字式强震仪数据采集单元组成和基本参数数字强震动仪的数据采集单元主要由模数转换器（ADC）和数字信号处理芯片（DSP）组成。
技术指标：采样率、噪声、动态范围、分辨率、频响特性采样率：每秒钟采样数越高越好但是所占存储空间大噪声：无传感器输入情况下记录器本身的采样输出值大小，用噪声均方根值 nR 表示动态范围：满量程输入Ae 和噪声（均方根值）nR 的常用对数乘以20,单位dB ，DR=20*lg （Ae/nR ），不低于 90dB 强震仪数据采集单元之动态范围 D R D R =20lg(Ae/n R )Ae 分辨率：满量程输入时，记录器采样数据的二进制编码输出扣除其噪声影响后 的有效位数，不 不应小于16位鑛隰仪妆I 妇煤申％之易粥韦HA 叱十谆筈端棗樹年叫T 与郦年乡欷禱对任和案科谊频响特性：幅频特性曲线，幅度与频率，在 0-50HZ ,平直线 相频特性曲线，相移与频率，在 0-50HZ ，斜直线 6■试说明触发单元工作原理 答题要点： 触发功能完全由软件控制，一般有多种触发方式可选。
第8章_4 地震观测与震源参数测定-震级测量
震级本身没有任何上下限（虽然地震大小有 上限）。自本世纪有了地震仪以后所记录到的地 震仅有几次震级达到8.5级以上（下页图）。例如， 1964年3月27日在阿拉斯加威廉王子海湾的大地震 的里氏震级约为8.6。另一方面，小断层的滑动可 能产生小于零震级的地震（即负值）。
2)矩震级的优缺点 A. 优点：物理概念清晰，不再饱和，与Chandler Wobble 的相关性更好，与A的关系更为线性。 B. 缺点： 难测，繁，小震无法测定； 模型单一，不全面，仅剪切源。
处在研究阶段的震级
• 持续时间震级MD • 矩震级MW
• 幔震级Mm
• 能量震级Me • 短周期P波震级
虽存在主序列，说明基本相似；但是谱很不相似的地震 也确实存在。
b.振幅随震中距衰减相同，且忽略源深的假定(公式无h)
实际上不同地区标定函数不相同。
这些问题，本质上由于复杂的地震过程不可能用简单的一个 标量来表示。
c.相应的补救： 对围绕震中的台站求平均震级，消除方位影响； 各台站加一项台站修正项(的函数)，消除区域构造 的不均匀效应。
对同一地震采用不同的震级标度测量， 测量值是不同的。为了统一，在各种震级标 度间建立了用于换算的一系列经验性公式。 对于特大型地震，用里氏系列的震级标 度测量将出现“饱和”问题。 用震级描述地震的大小或强度非常方便， 但是这个参数没有物理意义。
(4) ML,MS和mb的不统一与统一震级M和m的提出
式中，A为地震记录的最大面波振幅的地动位 移（μm，一般取瑞利波两个水平分量最大合成位 移），T为相应周期（秒）。
A mb log( ) max Q(, h) T
地震学基础第八讲
3)地震界面与地质界面地震界面： 地震界面与地质界面地震界面： 地震界面与地质界面地震界面 是指地震波速度在介质分界面两侧具有不相等的速度和密度值， 也叫波阻抗界面。是用地震记录同相轴确定的界面。 地质界面： 地质界面： 是指岩石种类和岩性有差别的介质分界面。在很多情况下两者 是相同的，但有时也并不完全相一致。例如，不同年代的各种岩 石的波速度值V，可以很接近甚至相等，此时速度界面就很难或
3)孔隙中的填充物的性质 孔隙中的填充物的性质: 孔隙中的填充物的性质
孔隙中填充物的物性对岩石的波速度影响也较大。因波在空气和水中传播 速度差异很大，在空气中V=340m/s，在水中V=1500m/s，若水结冰则 V=3000m/s。例如砂岩，当Φ=0的时候Vp=5200m/s，当Φ=10%时 Vp=2500m/s。当Φ=20%的时候，Vp=1610m/s。用来寻找地下水的含水砂 岩时，当Vp<1500m/s时，这种砂岩孔隙度大而不含地下水。 不是所有岩石中孔隙含水增加都会引起Vp的增大，有时孔隙水也可以使 一些软岩石的骨架结构遭受破坏，Vp不升反降。例如强风化的鞍山岩和固结 度很低的凝灰岩等软岩层，含水增加都会导致Vp值下降。
V = V 0 (1 + β Z ) q
由以上的论述可以知道，岩石、地层的波速值的大小和变化规律是我们判别 岩性、识别地质构造的主要依据。是工程地震勘察工作的生命线。下面我们 就与地震波速度的有关问题进行一些讨论。
一)地震波的速度
我们前面已经学过，纵、横波的传播速度，与岩石土层介质的弹性模量和密 度密切相关速度V与弹性模量和介质密度ρ有下列关系式：
Vp =
2µ + λ
ρ
;V s =
1 2
µ ρ
Vp
地震基本知识介绍PPT课件
二、地震有哪些前兆 4、电磁异常
电磁异常指地震前家用电器如收音 机、电视机、日光灯等出现的异常。最 为常见的电磁异常是收音机失灵，在北 方地区日光灯在震前自明也较为常见。
二、地震有哪些前兆
5. 地光、地 声和地气
汶川地震前的地 光
地光和地声是地震前夕或地震时,从地下或地面发出的光亮、 声音及雾气,是重要的临震预兆。
三、地震时如何避震？
地震预警时间短暂， 室内避震更具有现实性， 而室内房屋倒塌后形成的 三角空间，往往是人们得 以幸存的相对安全地点， 可称其为避震空间。这主 要是指大块倒塌体与支撑 物构成的空间。
室内易于形成三角空 间的地方是： 炕沿下、 坚固家具附近； 内墙墙 根、墙角； 厨房、厕所、 储藏室等开间小的地方。
三、地震时如何避震？ 户外避震
四、地震后如何进行自救？
震后自救：地震时如被埋压在废墟下，周围又是一片漆 黑，只有极小的空间，你一定不要惊慌，要沉着，树立 生存的信心，相信会有人来救你，要千方百计保护自己。
地震后，往往还有多次余震发生，处境可能继续恶化， 为了免遭新的伤害，要尽量改善自己所处环境。
三、地震时如何避震？
在发生地震、火灾时，不 能使用电梯。万一 在搭乘电梯 时遇到地震，将操作盘上各楼 层的按钮全部按下，一旦停下， 迅速离开电梯，确认安全后避 难。
高层大厦以及近来的建筑 物的电梯，都装有管制运行的 装置。地震发生时，会自动的 动作，停在最近 的楼层。
万一被关在电梯中的话， 请通过电梯中的专用电话与管 理室联系、求助。
❖ 6度：惊慌－人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑坡；
❖ 7度：房屋损坏－房屋轻微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水；
地震勘探的理论基础
第一章 地震勘探的理论基础 第二章 地震波运动学 第三章 地震波动力学 第四章 地震勘探的野外采集 第五章 共反射点多次叠加法 第六章 反射波地震资料的数字处理 第七章 反射波地震资料的解释 第八章 地震勘探的应用
第一章 地震勘探的理论基础
一、地震波的基本概念 二、地震介质模型 三、地震波的传播规律
透射波极性，总是与射波波极性一致。
（3）斯奈尔定律(Snell) 地震波入射到介质的分界面上时，不仅产生反射纵波和透射纵 波，还会发生波形转换，形成反射横波和透射横波，这些波的传播 遵循斯奈尔定律，即
sin sin 1 sin 2 sin 1 sin 2 p vP1 vP1 vS1 vP 2 vS 2
1.地震波传播的基本原理
（1）惠更斯原理（Huygens） 又称为波前原理。已知 t 时刻的波前，波前面上每一点（面元 ）都可以看作是新的子波源，各自发出子波。各子波分别以介质的 波速v向各方传播，形成各自的波前，经Δt 时间，它们的包络面便是 t+Δt 时刻的波前。 根据该原理，只要知道某一时刻的波前面位置，通过几何作图 方法就能求出地震波在任意时刻的波前位置。
C.Huygens, (1629-1695), 荷兰物理学家
t t 时刻的波前面
v t
子波波源
平面波
t 时刻的波前面
t t 时刻的波面
v t
子波波源
t 时刻的波 面
球面波
1.地震波传播的基本原理
（2）惠更斯-菲涅尔原理（Huygens-Fresnel） 惠更斯原理只给出了波传播时的几何空间位置和形态，没有给 出波的振幅。1814-1815年菲涅尔以波的干涉原理，弥补了惠更斯原 理的缺陷，将其发展成为惠更斯-菲涅尔原理。它的内容是： 波动在传播时，任意观测点P处质点的振动，相当于上一时刻波 前面Q上全部新震源产生的所有子波前相互干涉形成的的合成波。 该原理证明了子波在前面任意新波前处发生相长干涉，而在后 面任意点处发生相消干涉，振幅为0。
《强震动观测技术》重要知识点汇总 (3)(1)汇总
1. 试述强震动观测的主要任务。
针对各类场地和工程结构布设强震动观测台网，获取真实可靠的强地面运动记录和工程结构地震反应资料，为研究强地面运动的特性和工程结构抗震设计方法与技术提供重要的基础资料。
①获取强地面运动的定量记录②获取工程结构的地震反应数据③强震动观测资料是地震工程学与近场地震学研究和发展的基础资料④应用领域的进一步扩展----地震应急决策2. 强震动观测有哪些特点，它与测震观测有何区别？①观测活动服务科研目标不一样；可能引起工程结构破坏和生命财产损失的强烈地震动与监测地震活动性、测定地震的震源参数、研究地壳和内部结构②观测记录和感兴趣的物理量不一样；测量加速度（幅值、频谱、持续时间）与测量位移、地震波的到达时间（幅值、初动方向、震源位置、）③记录工作方式不一样；触发运行、无人值守与连续记录、高灵敏度、有/无人值守④台站设置位置不完全一样。
自由场地、各类物和结构物与背景噪声极小、基本均匀分布3. 试述强震动观测的发展趋势。
台网规模迅速扩大；大震预警系统和快速反应系统迅速发展；基于强震动观测的震害快速评估系统；布设各类观测台阵；4. 强震仪的基本组成和基本技术要求。
强震动仪主要包括拾振器（加速度计）和记录器两部分，拾振器直接测量地震运动的装置，记录器控制强震动仪的工作状态，并记录拾振器测量的测点运动；①较宽的频带，至少应为0 - 50 赫兹②能记录的最大加速度值应不低于1 gn=0.01g=0.001gal=0.001m/s^2③仪器应能连续记录多次地震动④触发运行⑤稳定可靠、维护方便、故障率低5. 试说明数字式强震仪数据采集单元组成和基本参数数字强震动仪的数据采集单元主要由模数转换器（ADC）和数字信号处理芯片（DSP）组成。
技术指标：采样率、噪声、动态范围、分辨率、频响特性采样率：每秒钟采样数越高越好但是所占存储空间大噪声：无传感器输入情况下记录器本身的采样输出值大小，用噪声均方根值nR表示动态范围：满量程输入Ae和噪声（均方根值）nR的常用对数乘以20，单位dB ，DR=20*lg（Ae/nR），不低于90dB强震仪数据采集单元之动态范围D RD R=20lg(Ae/n R)Ae分辨率：满量程输入时，记录器采样数据的二进制编码输出扣除其噪声影响后的有效位数，不应小于16位频响特性：幅频特性曲线，幅度与频率，在0-50Hz，平直线相频特性曲线，相移与频率，在0-50Hz，斜直线6.试说明触发单元工作原理答题要点：触发功能完全由软件控制，一般有多种触发方式可选。
8第八章-地震学基础-地震烈度1
地震烈度的特点
在描述不同破坏（影响）现象 由于烈度评定指标的不 地震烈度评定原则上 既然烈度评定以宏观观 在没有地震观测仪器和地震观测普遍开展之 确定性，烈度一般不能由某 的数量时，使用个别、少数、多 察为依据，烈度表大量 要综合考虑人的感觉、 种现象的一次出现进行判断， 前，人们描述震害大小和地震动强弱，只能凭借 数、大多数、普遍等模糊词语。 使用模糊词语，则烈度 例如，不能凭借一栋房屋的 器物反应、建筑破坏和 宏观观察；烈度概念的建立之初，它就被赋予震 在描述房屋破坏程度时使用的微 破坏程度评定烈度而必须考 评定很大程度上是一种 地面破坏等四类宏观现 害大小和地震动强弱的双重内涵。然而，地震动 虑一定地域范围内房屋群体 细裂缝、局部破坏、结构受损、 经验行为，评定结果必 强弱仅是影响震害的因素之一，两者之间并不存 象。 的平均破坏状态。地域范围 墙体龟裂、局部倒塌，以及不妨 然包括因评定者经验多 大小的界定在烈度表中并无 在简单明确的物理关系，至少，在相同地震动作 碍使用、需要修理、修复困难和 寡和正误所引起的主观 严格规定，原则上农村以自 用下，抗震能力不同的房屋将产生不同程度的破 不堪修复等词语也不能以定量方 性。 然村为单位，城市则应分区 坏，这一点即使是初期的烈度研究者也注意到了。 法判断。 评定，面积以1平方公里为宜。
平，震区人口密度、经济发展程度等。
烈度的影响因素
详解
(1)震中烈度和震级的关系 对于我国的破坏性地震，由于震源深度大致在1020公里，经过统计发现震级M与震中烈度I0 满足下列 关系： M=0.58 I0 +1.5 震级与烈度统计对应关系 震 中 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ 烈 度 震 1.9 2.5 3.1 3.7 4.3 4.9 5.5 6.1 6.7 7.3 7. 8.5 9 级
强地震动观测和数据处理
分析强地震动对社会经济的影响，为政府和 相关部门制定地震应急响应和灾后重建政策 提供科学依据。
THANKS
感谢观看
跨学科融合
将物理学、数学、计算机科学等多学科理论与方法应用于强地震 动观测技术中，提升观测精度和可靠性。
数据处理与分析方法改进
自动化处理
研发高效、自动化的数据处理软件，减少人工干预，提高处理速 度和准确性。
深度学习与人工智能
利用深度学习、机器学习等技术，改进地震动数据处理中的噪声压 制、信号提取等环节，提升数据处理质量。
地震灾害风险评估与减灾
灾害风险评估
利用强地震动观测数据，对不同地区的地震灾害风险进行评估，确定高风险区域并进行重点关注。
减灾策略制定
基于风险评估结果，制定有效的减灾策略和措施，包括应急预案、疏散路线规划等，降低地震灾害造 成的损失。
地球科学研究与探索
地球科学研究
强地震动观测数据为地球科学研究提供了宝贵的一手资料，有助于深入了解地球内部结 构和动力学过程。
强地震动观测和数 据处理
coቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtents
目录
• 强地震动观测概述 • 强地震动观测技术 • 强地震动数据处理与分析 • 强地震动观测应用与成果 • 强地震动观测与数据处理展望
01
CATALOGUE
强地震动观测概述
观测目的和意义
监测地震活动
强地震动观测是监测地震活动的重要手段，通过观测地震产生的震 动信号，可以了解地震的震源机制、震级和震源深度等信息。
数据处理与分析是强地震动 观测的重要环节，涉及对观 测数据的滤波、去噪、归一 化处理、特征提取和分类识 别等操作，以提取有用的信 息并应用于地震监测、灾害 评估和科学研究等领域。
强地震动观测
–从反应谱概念的产生、反应谱理论的建立，强 地震动记录都起到了重要作用。
１静力理论阶段（20世纪10-40年代） 刚柔之争（刚性还是柔性结构有利于抗震） 刚性理论代表：左野利器和武腾清 柔性理论代表：真岛建三郎
２反应谱理论阶段（20世纪40-60年代） 1933年美国Long Beach取得第一条地震动记录 1941年Biot等提出反应谱概念 1953年Housner建立反应谱理论（小震、弹性） 60年代纽马克非线形反应谱
观测仪器工作原理：
设 y Y sin t (激励), x (质量位移), z x y (相对位移), mz cz kz my m 2Y sin t
z r 2Y sin(t ) (1 r 2 )2 (2 r)2
其中， r n
中国数字强震动台网在北京、天津、兰州、乌 鲁木齐、昆明五个大城市建设的烈度速报台网，能 够在台网覆盖范围内发生4级以上地震后10分钟内 确定地震动强度的分布。
摘自中国地震局台网中心网站 /newweb/index.jsp
中国数字强震动台网分项目由固定强震动台网、 大城市地震动强度（烈度）速报台网、强震动专用 台阵、强震动流动观测台网、国家强震动台网中心 及区域强震动台网部组成，共建设1154个固定强震 动观测台站、310个烈度速报台站和5个速报中心、 10个专用台阵、5个存放台阵、1个国家强震动中心 和3个区域强震动台网部。
• 边界元：难点在动力格林函数 • 边界元能自动满足无穷元辐射条件和降低维数，有
时也称为格林函数方法。
• Beskos, D. E. (1987) Boundary element methods in dynamic analysis. Appl. Mech. Rev., 40, 1-23.
强地震动的观测和数据处置
强震观察仪一般统计旳物理量
（1）经过对加速度统计积分求速度和位移， 实际是计算加速度曲线（第二次积分是速 度曲线），比起从位移曲线微分两次取得 加速度旳精度高；
（2）因为统计强震，而强震又比较罕见，所 以要求强震仪具有一定旳结实性和很好旳 稳定性，而加速度仪更轻易实现；
（3）加速度直接与力有关，比较其他物理量 更受工程部门欢迎。
• 构造反应台阵，房屋构造(工业与民用)地震反应 台阵、地基-构造系统地震反应台阵、桥梁、水坝、 高炉、水塔、烟囱、核反应堆等构造地震反应台 阵等，了解各类经典构造在强烈地震作用下旳反 应特征和破坏规律，拟定构造在地震作用下旳反 应和造成破坏旳数学物理模式。
Measuring Point
Basement
假如没有强震观察及其所取得旳科学资
料，就谈不上当代地震工程学旳发展。
• 地震工程之所以能成为一间定量旳科学是和强震 观察旳成果分不开旳。
• 根据测量得到旳地震加速度统计，计算了大量旳 反应谱曲线，取得了“平均反应谱”或“原则反 应谱”，使反应谱分析得以真正应用于工程设计。
• 地震动特征旳统计分析和构造抗震理论旳发展。 例如，从震源参数、传播介质旳性质演算地震动， 随机合成地震动时程，从弹性反应谱到非弹性反 应谱，烈度定量原则及其观察仪器旳建立，以及 场地条件对地震动旳影响，地震时地基与构造旳 相互作用等研究，都是在取得了强震观察统计旳 基础上发展起来旳。
Ground
Structural array of CSB’s Disaster Prevention Building
Observation Station 1
0
Observation Station 2
Observation Station 3
地震勘探原理09第八章 地震资料的构造解释
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21
第八章 地震资料的构造解释
◙
8.2
地震剖面的对比解释
8.2.3 地震剖面的对比方法 5、对比时应注意的问题 ⑵认准波的性质，搞清波的来源。在构造复杂地区， 各种不同的地质现象会产生绕射波、断面波、回转波 等异常波，这就使剖面的面貌非常复杂，出现波的各 种交叉现象。我们应该仔细分析对比，认准波的性质， 搞清波的来源。
目前，在资料中使用最多的最基本的仍然是水平迭 加时间剖面（3D资料用经过3D偏移的3D数据体）。
17:33:39
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第八章 地震资料的构造解释
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8.2
地震剖面的对比解释
8.2.3 地震剖面的对比方法 水平迭加时间剖面的形成及其特点 经水平迭加后剖面，已相当于地面各点自己的自激自收 剖面。一般情况下（地层倾角小，构造简单），能直观 地反映地下地质构造特征，同时也保留了各种地震波的 现象和特点，为我们进行地质计算提供了直观的丰富的 资料。 时间剖面与地质面之间有许多重要的差别。
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第八章 地震资料的构造解释
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8.2
地震剖面的对比解释
8.2.3 地震剖面的对比方法 水平迭加时间剖面的形成及其特点 特点： ①在测线上同一点，由钻井资料得到的地剖面上地层界 面与时间剖面上的反射同相轴在数量上，常常不是一一 对应。 另外，时间剖面的纵坐标是 t0 ，不是深度，（ v 随深度 面变化）所以，时间剖面上的反射同相轴，所反映的界 面形态有假象。要引入速度函数，把t0变换成h后，才能 与钻井剖面或测井曲线对比。
尽可能多的收集资料，以研究工区的区域构造背景、局 部构造特征、地层分别和接触关系、断裂特征、沉积环 境等。
地震观测基础知识
归一化的摆的二阶传递函数示例
D=0.3 D=0.707 D=1.5
具主 有体 风建 干设 扰在 小地 、下 温， 度并 变采 化用 小了 的双 特层 点保 温 措 施 ，
宽 频 带 或 甚 宽 频 带 观 测 台 站 设 计 示 意 图
型号 FSS-3 FBS-3 BBVS-60 DS-4A CTS-1 JCZ-1 STS-2 CMG-1T CMG-3T
频带 1Hz ～ 40Hz 0.05Hz ～ 40Hz 0.017Hz ～ 40Hz
地球背景噪声谱
–美国USGS的J.Peterson及其研究小组观测和研究 了全球正常地球背景噪声，确定地球高噪声新模 型NHNM和地球低噪声新模型NLNM
J谱 （J.Peterson 1993）
白家疃地震台(CDSN)台基噪声谱 （J.Peterson 1993）
最小距离比例系数 其他级别环境地噪声台站
硬土和砂砾土
2.00 1.30 3.00 10.00 20.00 2.50 2.50
基岩
2.50 1.70 5.00 15.00 20.00 3.00 3.00
Ⅰ
2.00 2.00 2.00 3.00 8.00 2.00 2.00
Ⅲ
0.80 0.80 0.80 0.10 0.20 0.80 0.80
地震观测基础知识
地震观测发展情况
我国地震观测以模拟 观测为主： 400多有人值守台站 200个区域遥测子台
我国数字地震观测 迅速发展： 1000个数据传输台站 200套应急流动观测设备 600套科学观测台阵 CDSN
1960
1970
1980
1990
2000
数字地震观测起步 模拟观测台网 数字观测快速发展
地震基础知识
地震基础知识(一) 什么是地震地震一般指地壳的天然震动，同台风、暴雨、洪水、雷电等一样，是一种自然现象。
全球每年发生地震约500万次，其中能感觉到的有5万多次，能造成破坏性的5级以上的地震约1000次，而7级以上有可能造成巨大灾害的地震约十几次。
(二) 有关地震的几个概念1、波和横波地震波分为纵波和横波。
纵波每秒钟传播速度5~6千米，能引起地面上下跳动；横波传播速度较慢，每秒3~4千米，能引起地面水平晃动。
由于纵波衰减快，离震中较远的地方，只感到水平晃动。
在一般情况下，地震时地面总是先上下跳动，后水平晃动，两者之间有一个时间间隔，可根据间隔的长短判断震中的远近，用每秒8千米乘以间隔时间可以估算出震中距离。
2、震源和震中地下发生地震的地方，叫"震源"。
震源正对着的地面，叫"震中"。
震中附近震动最大，一般也是破坏性最严重的地区，也叫"极震区"。
从震中到震源的垂向距离，叫"震源深度"。
在地面上，受地震影响的任何一点，到震中的距离，叫"震中距"，到震源的距离，叫"震源距"。
在地图上，把地面破坏程度相似的各点连接起来的曲线，叫"等震线"。
通常根据震源的深浅，把地震分为浅源地震(震源深度小于70千米)、中源地震(震源深度70-300千米)和深源地震(震源深度大于300千米)。
全世界95%以上的地震都是浅源地震，震源深度集中在5-20千米上下。
3、震级和烈度地震的大小通常用震级表示，它是根据地震仪记录的地面地动位移，按一定的物理--数学公式计算出来的。
也就是说震级是地震强度大小的度量，它与地震所释放的能量有关。
一个6级地震释放的地震波能量相当于第二次世界大战美国在日本广岛投下的原子弹的能量。
震级每差1.0级，能量相差(1.5)10倍，即大约32倍；相差2.0级，能量相差约1000倍。
地震学基础
全球两大地震构造系
环太平洋地震构造系 ——集中了全世界 ——集中了全世界 地震总数的75% 地震总数的75% 欧亚大陆地震构造系 ——集中了全球大陆 ——集中了全球大陆 地震的90% 地震的90%
我国位于世界两大地震 构造系的交汇域， 构造系的交汇域，受太 平洋板块、 平洋板块、印度洋板块 和菲律宾海板块的挤压， 和菲律宾海板块的挤压， 地震断裂带十分发育， 地震断裂带十分发育， 历史上就是地震多发的 国家之一。 国家之一。 1900-1980年间，我国 年间， 年间 发生6级以上地震 次， 级以上地震606次 发生 级以上地震 8级以上地震 次，地震 级以上地震8次 级以上地震 共死亡约146.8万人， 万人， 共死亡约 万人 约占全球地震死亡人数 的一半。 的一半。
2、地震分类
以板块构造为基础，可分为：板内地震和板边地震。 以板块构造为基础，可分为：板内地震和板边地震。 同板边地震相比，板内地震活动有以下三个特点： 同板边地震相比，板内地震活动有以下三个特点： 板内发生地点零散，空间分布广，频度较低； ①板内发生地点零散，空间分布广，频度较低；而板边 地震发生地点集中，频度较高。 地震发生地点集中，频度较高。 板内地震危害性大。 ②板内地震危害性大。 板内地震震源机制复杂，原因是板内受力状态复杂， ③板内地震震源机制复杂，原因是板内受力状态复杂， 而且各不相同。 而且各不相同。
图 板块分布图
地震形成的局部机制（弹性回跳理论）： ②地震形成的局部机制（弹性回跳理论）：
地球板块运动 板块之间的相互作用力 地壳中岩层变形 变形积聚超过岩石所能承受的程度
b、受力发生弯曲 、
a、岩层的原始状态 、
岩体就会发生突然断裂或错动 地震
c、岩层破裂发生震动 、
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• 台网由国家强震动台网中心、各区域台网部和省强震动台网部 三级构成。
• 速报台网子台设置在：（1）人口密集区；（2）活断层带或 地震活跃区；（3）高层建筑附近；（4）重要工程建筑附近； （5）生命线工程附近；（6）不同类型场地。
• ⑨ 时间精度 强震仪内部时钟与世界标准时间的相对 误差，现代强震仪的时标精度可达5×10-7秒。
• ⑩ 数据存储 现代强震仪预存储时间可达5秒，防止 “丢头”；有足够容量的电源，可自动充电；可自 动传输数据。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
5.1.2 强震台网和强震台阵
自1933年美国在加州的长滩地震中取得了第一条地震加 速度记录之后，强震观测迅速发展。日本于1951年底组建 “强震加速度计委员会”，此后由气象厅、各大学研究机构 和企业联合开展了全国的强震观测。
水平方向和一个竖直方向的地震动。记录系统由 记录装置、时标系统、传输系统和电源系统等组 成。几乎所有的强震仪都具有自动触发控制功能，
当地震动幅值达到设定的阈值时才开始记录，拾 振器拾取的地震信号通过电路送给电流计（或磁 带、存储器等）记录下来；时间系统为强震仪提 供准确的 记录处理中心传输。
对工程结构有显著影响乃至造成结构破坏的 地震动称为。震害调查和研究表明强地震动是房 屋和工程结构破坏的根本原因之一，也是工程结 构地震反应分析的输入。基于强震观测资料，研 究强地震动特性和强地震动预测是工程地震学或 强震地震学的研究内容，是地震工程的重要内容。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
5.1 强震观测
强震观测是利用强震仪记录地震发生时的地 面运动时间过程及工程结构的地震反应时间过程， 为工程地震学、结构抗震研究和应用提供地震动 与结构反应的观测数据。强震观测是地震工程学 研究的基础，强震观测记录还可应用于烈度速报、 地震预警、震害快速评估、地震应急及结构振动 控制、结构健康诊断等领域。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
强震仪的分类
强震仪按记录方式分为：
笔记录式强震仪
电流计记录式强震仪
光直记式强震仪
模拟磁带强震仪
数字磁带强震仪
固态存储式数字强震仪
按记录的物理量分为：
强震加速度仪
强震速度仪
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强震仪的主要性能指标
• ① 灵敏度 以单位加速度（或速度）的记录幅值
仪器测量频率范围规定为强震仪幅频特性上、 下限频率下降3dB的带宽。现代强震仪记录地震 动的周期范围至少为0.04~20秒。
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• ④ 动态范围 仪器在容许的失真条件下，能记录到的 地震动范围，与量程的含义类似，用分贝（dB）表 示：
dB=20*lg(测量的上限/测量的下限) 5.1.1-1 电流计记录式强震仪和光直记式强震仪的动态范围一 般为40dB, 模拟磁带强震仪的动态范围可达50dB， 数字磁带强震仪的动态范围可大于100dB ，固态存 储式强震仪的动态范围在低采样率时可大于120dB。
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• 1962年以广东新丰江水库地震的监测为契机，中国开始了强 震观测工作。此后地震局、各行业和高等院校陆续布设强震观 测台网。台湾的强震台网建设始于1972年。
• 1980年中国数字强震动台网建成，强震观测覆盖大陆30个省、 自治区和直辖市。目前，中国数字强震动台网是在21个国家 地震重点监视防御区内建设的具有遥测功能的数字强震台网， 其中包括8个一级重点监视防御区，台网密度平均每600平方 公里一台；13个二级重点监视防御区，台网密度达到平均每 1800平方公里一台；五个大城市（北京、天津、兰州、乌鲁 木齐和昆明）的烈度速报台网设速报子台370个，子台平均密 度可达每50平方公里一台。
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• ③ 频率响应 强震仪对正弦信号的稳态响应特性。
频率响应包括幅频特性和相频特性。在输入幅值 不变的情况下，强震仪记录幅值随振动频率的变 化称为幅频特性，幅频特性平直表示记录到的地 震动放大倍数相同；记录的相位随振动频率的变 化称为相频特性，表示记录相对原始地震动的相 位差。
• ⑤ 触发方式 有机械触发、带通閾值触发、差值与比 值触发、定时触发、手动触发等不同方式。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
• ⑥ 记录介质 主要有胶片、感光纸、磁带、存储器、 U盘和硬盘。
• ⑦ 静态耗电 强震仪等待地震时消耗的电流。
• ⑧ 采样率 对拾振器输出电压每秒钟采样的次数，数 字强震仪的采样率一般有50sps、100sps、200sps、 400sps四档供选择，现代强震仪的采样间隔至少为 0.01秒；
表示。不同强震仪的灵敏度含义不同，电流计记 录和光直记式强震仪灵敏度为 mm/g，磁带记录 式和数字式强震仪的灵敏度为V/g；mm为记录信 号的幅值，V为记录信号的电压，g为重力加速度。
• ② 量程 强震仪可能达到的物理量测量的上、下
极限值。现代强震仪能完整记录±0.0001~2g的 加速度值，模数转换器的二进制位数（bit）为12 位以上。
5.1.1 强震仪
强震仪是记录强地震动时间过程的专用仪 器，其基本原理与地震仪相同，但记录的地震动 物理量多为加速度（少数为速度），仪器的频带 较宽、即可记录多个频率成分的地震动，其运行 方式为待震触发。
第八章-地震学基础-强地振动及其 观测
强震仪的结构
强震仪由拾振器（传感器）和记录系统组成，
一般采用互相正交的三分向拾振器，可记录两个