大西洋中北部双频微地动特征

本文对大西洋中北部两侧五个地震台站2015年记录到的地震数据进行处理,计算噪声功率谱密度和概率密度函数,并通过极化分析对双频微地动不同周期的主导源区方位角分布进行了分析。研究结果显示:大西洋中北部台站双频微地动发生显著分裂,各台站的峰值周期各不同,且来自相同方向和不同方向的双频微地动都有可能产生双频微地动分裂;大西洋中北部的噪声功率谱密度随季节变化复杂,部分台站冬季的功率谱密度振幅比夏季强,部分台站夏季的比冬季强;而大西洋中北部台站源区方位受季节影响不大,台站主要源区的方位不变,且两季的源区方位角在大范围内重合;大西洋东岸中北部台站,夏季受台站以南大西洋源区影响更多,冬季受台站以北大西洋源区影响更多;靠近加勒比海位于大西洋西岸的台站,其双频微地动源区方向在冬季和夏季都更多地指向加勒比海;大西洋西岸纬度最低的台站MPG,其双频微地动在冬季主要受台站以北大西洋源区的影响,而在夏季则同时受到台站以北大西洋源区和台站西南方位很可能源于太平洋源区的共同影响。      

东海海域潜在地震海啸的数值模拟初步研究

针对东海冲绳海槽地区的地震地质背景,对东海海域潜在的地震海啸进行了预研究. 假设了冲绳海槽在发生8.5级大地震,断层错距高达15 m的极端地震情况引发的海啸对中国东部沿海地区的影响. 初步数值模拟结果表明,该地震引发的海啸的最大初始波高为4.3 m,4小时左右传至浙江沿岸,近岸各处波高为1——2 m,其中局部地区波高为2.4 m;约7——8小时靠近上海海岸线（若震源在中冲绳海槽地区,海啸传到上海最快大约7小时）,近岸波高约为1 m. 近岸区域地形变化复杂,海岛密布,局部地形条件可能会很大地影响实际各地点海啸波高,加上海啸在岸边爬高及港湾效应,估计波高还会升高. 给出了冲绳海槽南、中、北部发生潜在地震海啸的传播等时图. 笔者在东海设置了3个地震及海啸监测站,基于海啸模拟结果绘制了监测站处的海啸随时间演化曲线,分析了预研究成果对海啸预警可能发挥的作用.      

日本南海海槽发生罕遇地震情况下我国华东沿海的海啸危险性研究

基于日本南海海槽地震活动性和历史海啸事件记载的分析,本文对日本南海海槽发生M_W9.1罕遇地震情况下的海啸进行了数值模拟研究.结果表明:该地震可引发初始波幅约10 m的海啸,6个小时后传至浙江沿海,近岸各处波幅为1—2 m;8个小时后靠近上海海岸线,最大波幅约2 m,受地形影响局地爬高至近3 m;11个小时后抵达苏北黄海沿岸,预计波幅普遍在1 m左右.海啸的上岸高度与海岸附近的海深和海岸线的形态密切相关.我国近岸海域地形变化复杂,海湾众多,对海啸波有放大作用,该模拟结果可能比实际传播到近岸时偏小,因此综合评估日本海啸影响我国华东地区的规模m可达1—2级左右.一旦日本南海发生罕遇地震对我国的影响不容忽视,尤其遇上风暴潮与天文大潮叠加,则可能会造成一定程度的海啸灾害.      

乌加河地震台、乌力吉地震台台基噪声特征对比分析

利用2020年5月1—7日乌加河地震台、乌力吉地震台波形数据,应用噪声功率谱概率密度（PDF）方法,计算2个台站的台基噪声,分析了2种观察环境下的台基噪声特征及影响因素。结果显示,在小于0.1 Hz频段乌力吉地震台台基噪声值明显大于乌加河地震台,说明地震计在小于0.1 Hz频段受环境温度影响的特征较显著;在大于1 Hz频段2个台站台基噪声值均有台阶性升高频段,这是由在该频段台基噪声受人为活动影响所致。     

2016年门源6.4级地震地磁谐波振幅比异常特征分析

2016年门源6.4级地震为甘—青地区孤立地震事件,且震中附近地磁台站分布均匀,分析总结此次地震前后地磁谐波振幅比变化特征。结果显示：①地震发生前后,震中附近台站地磁谐波振幅比下降—转折—恢复的异常变化过程,持续时间约1—2年;②震中距较小的台站记录显示,地震基本发生在谐波振幅比曲线转折恢复的变化后期阶段,且异常持续时间长;震中距较大的台站记录显示,地震一般发生在曲线趋势性下降—转折阶段,且异常持续时间稍短;③地震发生后,距震中较近的台站1年内Y_ZHx（NS）和Y_ZHy（WE）方向所有或大部分周期基本趋于恢复状态,且同步变化;距震中较远的台站1年内Y_ZHx（NS）和Y_ZHy（WE）方向大部分周期未达到恢复状态,且不同步变化显著。     

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计性能及记录数据相干性分析

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计目前在国内测震数字台网中广泛使用,但两种型号地震计在性能和各类指标上均存在差异。本研究分别在山洞和地表两类不同观测环境的台站上安装BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计,对同点记录的数据对比分析,计算相同分量间的相干函数值。结果显示,在比测台址观测环境下,两种地震计在0.02—40 Hz （垂直分量）和0.04—40 Hz （水平分量）频段内具有良好的相关性,其中,记录数据在高频（10—40 Hz）和长周期频段（10—50 s）的相关程度受环境因素影响较大。此外,在工作频段内,两种地震计所记录数据的相关程度与输入振动的强度有很大关系。本文分析结果可为设备选型、震相分析以及地震工程研究提供参考。      

试论地震海啸的成因

经统计与研究,多数地震是不引发海啸的,故地震与海啸不存在直接的因果关系。这是因为引发地震海啸(特别是大的地震海啸)的直接原因,主要是海底地震所造成的次生的巨大体积的海底滑坡和崩塌,而不是海底地震时海底地面的同震错断与变形。因此,若未来震中附近存在不稳定海底滑坡和崩塌体,只要发生地震,不论震级大小与震源深浅,也不论震源类型(即倾滑或走滑)都可引起海底滑坡和崩塌,进而引发海啸。若未来震中附近不存在不稳定海底滑坡和崩塌体,再大震级的地震,即使是倾滑型地震也不能引发海啸     

黑龙江省测震台站背景噪声及动态范围分析

通过对黑龙江省测震台站台基背景噪声数据的计算和分析,得到当前各参评台站台基背景噪声地动速度均方根值（RMS）、台基噪声等级以及有效测量动态范围,并对存在突出问题的PSD曲线进行分析。通过计算各台站功率谱密度,得出台站在不同频段受干扰的情况。分析认为,黑龙江省29个台站环境地噪声水平为Ⅰ级,碾子山地震台环境地噪声水平为Ⅱ级（受当地采矿业机械震动影响）,七台河地震台环境地噪声水平为Ⅳ级;除七台河地震台观测动态范围小于130 dB,其他台站均大于130 dB。     

设定琉球海沟发生罕遇地震评估我国东南沿海地区的海啸风险

根据构造相似条件分析,琉球海沟与日本海沟、智利海沟、印尼巽他海沟一样具备发生9级罕遇超巨大地震的可能。在对近几年来全球发生的超巨大地震参数及构造对比分析的基础上,设定琉球海沟9.0级地震参数,并将其引发的海啸进行数值模拟研究。结果表明,该地震可引发初始波高为8m的海啸,台湾东北部半小时后遭受10m以上海啸,3~4小时左右传至浙南、闽北沿岸,近岸各处波高在1~2m;5小时左右传至浙北、粤北沿岸,浙江近岸各处波高在2m左右,广东沿海、台湾海峡由于台湾岛的正面阻挡,海啸波高低于50cm;8小时后靠近上海海岸线,最大波高约1m。海啸的上岸高度与海岸附近的海深和海岸线的形态密切相关,我国东南海域地形变化复杂、海湾众多,对海啸波有放大作用,模拟结果可能比实际海啸偏小。我国沿海地区分布着不少已建和在建的核电厂,在核电设计时未考虑海啸,一旦发生这种罕遇地震海啸则影响不可忽视,尤其是若与风暴潮、天文大潮叠加则可能出现严重后果。由于核电安全要求万无一失,故须制订有效预警和应对措施。     

限制在1992年加州兰德斯地震断层带中传播的地震导波

沿着1992年6月28日M7.4兰德斯地震的断层线,我们在11个地点安装了7个台的流动地震观测网,台站离断层线的最大距离只有1km。我们发现在S波后面有一个很明显的相对长周期的波列,而且这个波列只有当台站和发生的地震两者都很靠近断层线时才显示出来。我们把这个波列解释为局限于低速断层带内的地震导波。为了研究导波振幅随与断层线距离的分布,以及导波随沿着断层线传播距离的衰减,我们利用尾波规一化法来消除震源与记录位置的影响。规一化后的导波振幅在3-4Hz处出现一个谱峰,该谱峰随着远离断层线衰减很快。频谱幅度在高频段(8-15Hz)出现相反变化趋势,即随着远离断层线而增加。规一化的导波振幅在3-4Hz处也显示出随沿断层带的震源距加大而系统减小,由此我们推断出表观Q值为50。为了证实导波的存在,我们在断层上的11个观测地段中的一个布设了31个台站的密集台阵。记录的结果给出了确凿的证据证实了与断层带有关的导波的存在。我们将导波模拟成夫于两个均匀半空间的速度V_s为3.0km/s的低速波导中传播的S波,从波形模拟推断出波导宽度大约为180m,其剪切波速为 2.0-2.2km/s,Q大约为50。具有清晰导波的余震的位置显示出沿侧向和沿深度的有规则的分布,在三维空间中勾画出了低速断层带的范围。我们发现断层带延伸深度至少10km,这条断层带很明显向南延伸,穿过平托山断层,因为在平托山断层以北的地震台上观测到震中在南面的地震的导波。另外,在主震震中以北大约20km的断层弯曲处断层带出现不连续,在地震台和震中位于断层同一侧时就观测到了导波,而各在一侧时就没有观测到导波。     

四川地区地震背景噪声特征分析

选取四川省数字测震台网2015年1月1日至2018年12月31日期间60个固定台站的三分量连续波形记录,计算了台站噪声加速度功率谱密度及相应的概率密度函数分布,统计了不同频率下的噪声功率谱密度值分布,对不同区域、不同频率下背景噪声水平的变化特征予以分析。结果表明:大部分地震台站的高频段噪声由于受到台站附近人为的、规律的作息生活和生产方式的影响,呈现明显的季节性变化和日变化,即夏季噪声水平升高,冬季降低,在农历春节期间达到全年最低值,地理空间分布特征不明显;第二类地脉动冬季噪声水平升高,夏季降低,季节性变化明显,平均变化为1—5 dB,且冬季峰值出现的频率向长周期方向移动1—2 s,呈现明显的地理空间分布特征,川东地区平均噪声水平最高,攀西地区次之,川西高原最低;与第二类地脉动相比,第一类地脉动观测到的噪声能量较弱,季节性变化不明显,地理空间分布的噪声水平差异明显减小;在20 s以上的长周期部分,台站噪声未呈明显的季节性和地理空间分布差异。此外,将地震计安置在山洞和井下,可以有效地降低台站周围干扰源、温度和压强对高频段和长周期观测的影响,噪声水平低于地表安装方式。      

西北太平洋海岛地区地震背景噪声特征及海洋学解释

地震背景噪声特性及噪声源的分布研究逐渐成为深化背景噪声层析成像的关键问题.海岛地区由于特殊的地理位置,其背景噪声具有相对独特的特征.地脉动（约0.003~1 Hz）是地震背景噪声中能量最强的分量,其激发与特性被认为与海浪运动和固体地球之间的相互作用有关,但海岛地区地脉动特征与海洋波浪场之间的关系尚未被充分研究.本文利用西北太平洋海岛地震台站的连续记录数据、波浪浮标的实测数据以及WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式的数值模拟结果,通过地震学和海洋学的交叉,分析海岛地区地脉动信号的时频特性及其与海洋波浪场之间的相关性,从海洋学角度对地脉动信号的特征及激发进行探讨与解释.结果表明,海岛地区地脉动信号相对于内陆地区更强,并具有明显且稳定的季节性变化特征：高频地脉动信号（0.12~0.32 Hz）在夏秋季节（5月-10月）相对较弱,而在冬春季节（11月-次年4月）相对较强,与北半球海洋活动季节性变化相一致.此外,海岛地区地脉动主要受周边海域波浪场影响,与周边海域波浪能功率密度及实测和数值模拟所得的有效波高均具有很好的互相关性.该研究结果同时表明可进一步发展利用地脉动观测数据反演海表波浪场的可能,为海洋科学研究中海表波浪场连续观测数据的获取提供地震学上的支持.     

Ambient noise as the new source for urban engineering seismology and earthquake engineering: a case study from Beijing metropolitan area

In highly populated urban centers, traditional seismic survey sources can no longer be properly applied due to restrictions in modern civilian life styles. The ambient vibration noise, including both microseisms and microtremor, though are generally weak but available anywhere and anytime, can be an ideal supplementary source for conducting seismic surveys for engineering seismology and earthquake engineering. This is fundamentally supported by advanced digital signal processing techniques for effectively extracting the useful information out from the noise. Thus, it can be essentially regarded as a passive seismic method. In this paper we first make a brief survey of the ambient vibration noise, followed by a quick summary of digital signal processing for passive seismic surveys. Then the applications of ambient noise in engineering seismology and earthquake engineering for urban settings are illustrated with examples from Beijing metropolitan area. For engineering seismology the example is the assessment of site effect in a large area via microtremor observations. For earthquake engineering the example is for structural characterization of a typical reinforced concrete high-rise building using background vibration noise. By showing these examples we argue that the ambient noise can be treated as a new source that is economical, practical, and particularly valuable to engineering seismology and earthquake engineering projects for seismic hazard mitigation in urban areas.     

新冠肺炎疫情对佘山与大洋山地震台背景噪声的影响

人类的生产生活产生的振动会以高频地震波的形式被地震台站所记录。2020年1月,新冠肺炎疫情爆发,为了应对此次疫情,各地政府分别启动应急响应,国内地震记录出现最长、最突出的人为地震降噪期。各地震台站背景噪声显著下降,在人口稠密及工业发达地区尤为明显。同时,静噪期为探测地下地震源的微弱信号提供了可能。静噪期内,佘山地震台2 Hz频点背景噪声功率谱密度值比平时降低10 dB,而大洋山地震台10 Hz频点背景噪声功率谱密度值较平时降低约5 dB;佘山地震台2—10 Hz以及大洋山地震台10 Hz以上频率的背景噪声受静噪期影响明显。结合地震台站所处位置分析,疫情期间佘山地震台附近人口流出较多,2—10 Hz频率的背景噪声变化明显;大洋山地震台背景噪声则受工厂、轮渡、高速汽车等影响较大,f ≥10 Hz的背景噪声变化显著,而频率在2—10 Hz则无明显变化,表明该台人口总数趋于平稳。地震噪声和人类活动之间的相关性表明,地震学研究可以提供实时人口动态估计。     

台风激发的第二类地脉动特征及激发模式分析

0.003~1 Hz频段的地脉动主要来源于海浪运动与固体地球的耦合作用,台风引起的强烈海浪运动往往可使地脉动能量显著增强.由于涉及大气-海洋-固体地球三个圈层之间的复杂动量传递与耦合过程,迄今为止,关于台风激发地脉动的具体源区位置及激发机制尚存在争议.本文选取日本、中国东南沿海及台湾地区的地震台站波形连续记录,研究了2008年台风"森拉克"和"黑格比"激发地脉动的时频特征,开展相应数值模拟,并与观测数据进行了对比分析研究.结果表明台风激发第二类地脉动存在两种主要模式:(1)近岸源区激发,即台风引起波浪入射至海岸反射并与后续来波相互作用形成驻波作用于海底而激发;(2)台风中心附近源区激发,即台风中心移动过程中不同时期激发的同频率波浪相向传播、相互作用产生驻波作用于海底而激发,源区位置主要集中于台风中心左后方.此外,结合波浪再分析数据、台风风场特征,我们进一步对第二类地脉动激发过程中的影响因素进行了分析,发现:第一种模式激发的地脉动与近岸源区波浪场强度、观测点至源区距离及台风中心至海岸线距离等因素相关;而第二种模式激发的地脉动则主要受台风中心附近波浪场的频率成分与传播方向影响.     

重力仪高频信息和地脉动的观测研究

本文介绍了应用电磁反馈零位检测技术改装的重力仪进行高频信息的观测。阐述重力仪高频信息频谱分布特征、数据采集、数字计算和随机信息的处理方法。利用高频信息可以很好地观测和研究地脉动,给出北京香山地震台利用重力仪高频信息观测所得的地脉动功率谱。分析了地脉动特征及其与台风过程的关系;讨论了某些大地震前所出现的地脉动异常现象。得出北京地区正常地脉动频率分布范围为0.13-0.32Hz,优势频率为0.2Hz,相应的卓越周期为5s的脉动频率异常,也可能在地脉动的正常频率处（0.2Hz左右）,出现幅度很大的脉动幅度异常,后者又往往与台风引起的幅度异常相混淆。     

SITE EFFECT AND EARTHQUAKE DISASTER CHARACTERISTICS IN GUANGZHOU AREA FROM HORIZONTAL-TO-VERTICAL SPECTRAL RATIO(HVSR)METHOD

Site effect, which is related to the amplification of seismic waves, is mostly affected by the thickness and softness of sediment layers. The study of site effect in cities is becoming more and more important to the assessment of ground motions, seismic hazard and engineering seismology. However, in highly populated urban cities, traditional seismic surveys cannot be applied extensively due to their destructive consequences and high cost. The ambient noise, including microseisms and microtremor, could be acquired anywhere and anytime, and thus can serve as an effective source for engineering seismology. In order to get the site effect and distribution of sedimentary layers of Guangzhou area, one hundred QS-05A seismographs with frequency bandwidth of 5s-250Hz were deployed in early 2018 for 35 days. The inter-station spacing of these seismometers is approximately 2~5km. Using continuous ambient noise signals, we obtained the resonance frequency and amplification value beneath each station by horizontal-to-vertical spectral ratio(HVSR)method. Then sedimentary layer thicknesses as well as K-values, which are related to the site vulnerability to ground shaking, were calculated. Our results suggest that the resonance frequencies in Guangzhou area are between 1~6.5Hz. The resonance frequencies increase gradually from 1Hz on the north-east side to 6.5Hz on the south-west side of the study area. The sediment thicknesses change from several meters to about 40m, with the maximum thickness at around the estuary of the Pearl River. This distribution is consistent with the topography. The amplifications are mainly between 2~6. The largest amplification is around the Pearl River and the west part of Baiyun District. In general, the K-values are small(<20), less than the dangerous value, suggesting that Guangzhou area is relatively safe in ground shaking. However, there are three small areas beneath Huadu District, Sanshui District and Nanhai District. They all have K-values greater than 20, suggesting those areas are more vulnerable to earthquake destruction, and higher construction standard is needed. The reliability of our results is further supported by its consistency with topography and borehole data in Guangzhou area. Our results provide important information for shallow underground structure in Guangzhou area, and can be referred as guidelines in urban architecture planning and disaster prevention and mitigation.     

Microseismic noise in the low frequency range (Periods of 1–300 min): Properties and possible prognostic features

The paper generalizes the experience accumulated in studies of microseismic noise in the period range from 1 to 300 min observed during time intervals preceding a few strong earthquakes. This frequency range is the least studied and occupies an intermediate position between low frequency seismology and investigations of slow geophysical processes. The range includes oscillations induced by atmospheric and oceanic processes and various modes of the Earth’s free oscillations excited by very strong earthquakes. The main attention in the paper is given to the background behavior of microseisms, which contains continuous present arrivals from near weak and far strong and moderate earthquakes. The paper focuses on the examination of synchronization effects arising in joint multivariate analysis of information from several stations with estimation of multifractal spectra of singularity and multidimensional spectral measures of coherent behavior of singularity spectral parameters. The problem of using the synchronization effects of microseismic background in the search for new precursors of strong earthquakes is discussed.     

利用地震背景噪声提取西山村滑坡高频面波信号

滑坡体三维速度结构为滑坡治理、灾害防治、风险防范以及理解滑坡的动力学过程提供了关键信息,而高频面波成像是研究浅层速度结构的重要手段.本文详细介绍了利用2016年12月1日在四川理县西山村滑坡上布设的38个仪器记录的三分量连续地震噪声数据,提取1～5Hz的基阶Love波和Rayleigh波经验格林函数,分析了不同参数和处理方法对背景噪声互相关计算结果的影响.结果表明,1天左右的连续波形记录裁剪至1200s的时间长度,进行互相关叠加就可以得到较为稳定的经验格林函数.西山村滑坡体上Love波和Rayleigh波的群速度分别为约400m·s-1和700m·s-1,并且Love波信噪比高于Rayleigh波.此外,我们还利用聚束分析方法对噪声源的位置进行了分析,发现1～5Hz的背景噪声主要来自滑坡东南侧附近杂谷脑河水的搬运作用.这些高频面波数据和噪声源位置为获取滑坡浅层三维速度结构提供了重要输入,同时也为研究滑坡体速度结构随时间的变化提供了基础.