基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的汶川地震場地效應(yīng)研究

任葉飛

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的汶川地震場地效應(yīng)研究

任葉飛

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

中圖分類號：P315.9；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.04.008

場地效應(yīng)一直以來是地震工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。利用數(shù)值模擬和理論計(jì)算的方法進(jìn)行這方面的研究已極為普遍。由于不需要太多的假設(shè)和簡單的計(jì)算過程，基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的場地效應(yīng)分析方法越來越得到認(rèn)可而被廣泛應(yīng)用。2008年汶川地震中，我國強(qiáng)震動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)（NSMONS）在主震和余震中分別獲得了大量高質(zhì)量的自由場加速度記錄。這些記錄為研究汶川地震場地效應(yīng)提供了良好契機(jī)。本文以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從場地類別劃分、場地反應(yīng)廣義反演和場地反應(yīng)非線性識別3方面開展研究，旨在拓寬強(qiáng)震動(dòng)記錄在我國科學(xué)研究和工程實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，推進(jìn)強(qiáng)震觀測事業(yè)的發(fā)展。主要工作如下：

（1）在總結(jié)了目前國內(nèi)外3種常用的HVSR場地分類方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的分類方法——譜比熵權(quán)決策法，改進(jìn)了現(xiàn)有方法。采用這4種方法劃分了汶川地震中54個(gè)強(qiáng)震動(dòng)固定臺站和66個(gè)流動(dòng)臺站的場地類別。通過比較不同分類結(jié)果的差異，驗(yàn)證了新方法較以往方法更具合理性。

（2）提出了一種新的基于HVSR形狀的場地分類標(biāo)準(zhǔn)。在汶川地震強(qiáng)震動(dòng)流動(dòng)臺站的場地分類中，證實(shí)了新標(biāo)準(zhǔn)可提高分類準(zhǔn)確率，有效地解決了以往方法當(dāng)HVSR曲線出現(xiàn)多個(gè)峰值或沒有峰值的情況下無法適用的局限性。另外分類結(jié)果還表明，HVSR方法識別的場地自振周期TG與臺站高程存在一定的相關(guān)性，總體上，高海拔地區(qū)的臺站場地TG相對較小。

（3）選取了28個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺站在汶川地震余震中的96個(gè)地震中獲取的602組記錄，采用廣義反演法（GIT法）分離了其震源、路徑、場地3項(xiàng)因素。針對臺站062WUD，采用標(biāo)準(zhǔn)譜比法（SSR法）估計(jì)其場地反應(yīng)并與GIT法的結(jié)果進(jìn)行比較，顯示兩者較為一致，驗(yàn)證了廣義反演結(jié)果的可靠性。將GIT法獲得的28個(gè)臺站的場地反應(yīng)與HVSR法獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)HVSR法計(jì)算的臺站場地卓越頻率與GIT法較一致，但場地反應(yīng)幅值大都低于GIT法，驗(yàn)證了HVSR法能很好地估計(jì)場地卓越頻率但會(huì)低估場地反應(yīng)幅值的已有認(rèn)識。在對數(shù)刻度下回歸了1.0～5.0Hz、5.0～10.0Hz及1.0～10.0Hz頻率段內(nèi)的平均場地放大因子與上地表土層20m深度的等效剪切波速VS20值的線性關(guān)系，結(jié)果顯示兩者具有較好的相關(guān)性。

（4）在運(yùn)用廣義反演法對汶川地震場地非線性反應(yīng)進(jìn)行識別與分析的過程中，定義了一