CN109188523B - 考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，涉及地震工程和岩土工程领域。包括：选取有类似构造的研究区，搜集所有基岩场地水平向地震记录；计算基岩场地水平向傅里叶幅值谱；计算基岩场地水平方向震源频谱和地震波传播介质的吸收衰减系数；将研究场地假设为基岩场地并计算其基岩振动频谱；计算研究场地在地震中的水平向场地反应。本发明提供的一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，充分考虑地震波传播介质对地震波的吸收衰减作用，改进现有普比法，使其能够适用于地质构造类似、计算得到的场地反应与参考场选择无关的情况，为地质等工程选址提供准确依据，降低地震中不良场地地质条件对工程的损害。

Description

考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法
技术领域
本发明涉及地震工程和岩土工程技术领域，具体涉及一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法。
背景技术
很多已发生的地震显示，不良场地条件会导致震害加剧，由此可知，工程场地的局部地质条件对地震动有明显的放大作用。目前估计工程场地对地震动的放大作用最常用的方法是谱比法。谱比法的原理是：假定基岩场地的地震反应是常数，以基岩场地为参考场，把研究的工程场地的地震动与参考场的地震动比较就可以得出工程场地的场地反应(渭河盆地中土层场地对地震动的放大作用[J].王海云.地球物理学报，2011，54(1)：137-150.)。
由于目前谱比法只考虑了地震波传播路径的几何衰减效应，忽略了介质对地震波的吸收衰减作用(渭河盆地中土层场地对地震动的放大作用[J].王海云.地球物理学报，2011，54(1)：137-150.)，造成了当参考场震源距小于研究场震源距时，目前谱比法低估了场地反应，且两者震源距相差越大，低估的程度越大；当参考场震源距大于研究场震源距时，目前谱比法高估了场地反应，且两者震中距相差越大，高估的程度越大；所以其计算结果依赖参考场的选择。因此，目前谱比法只适用于研究场地和参考场地构造类似，且震源距相差不大的情况。但当两场地的震源距相差较大时，传播介质对地震波的吸收衰减作用对场地反应的估计结果是不可以忽略的，这就需要对目前谱比法进行改进。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，针对忽略地震波传播介质对地震波的吸收衰减作用对计算场地反应的影响进行讨论，对目前谱比法进行改进，提出考虑地壳介质对地震波吸收衰减的场地反应计算方法，充分考虑地震波传播介质对地震波的吸收衰减作用，使普比法能够适用于地质构造类似、计算得到的场地反应与参考场选择无关的情况，为地质等工程选址提供准确依据。
为了实现上述目的，一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，包括以下步骤：
步骤1：选取有类似构造的研究区，搜集所有基岩场地水平向地震记录，即基岩场地东西向和南北向地震记录；
步骤2：用窗宽为20s的时间窗提取基岩场地剪切波，并对提取到的剪切波做傅里叶变换，从而获得基岩场地东西向和南北向傅里叶幅值谱；
步骤3：采用如下公式计算两两基岩场地水平方向震源频谱Aa和地震波传播介质的吸收衰减系数μa(f)：
Figure BDA0001842956190000021
Figure BDA0001842956190000022
其中，Aa(f)为震源发出的频率为f的剪切地震波频谱，μa(f)为在剪切波频率f下基岩的吸收因子，A1(f)为在剪切波频率f下基岩场地1记录到的地震波频谱，A2(f)为在剪切波频率f下基岩场地2记录到的地震波频谱，r1为基岩场地1的震源距，r2为基岩场地2的震源距；
步骤4：分别计算所有相同剪切波频率下的水平向震源频谱和吸收衰减系数的平均值作为基岩场地水平方向震源频谱A0和地震波传播介质的吸收衰减系数μ(f)；
步骤5：将研究场地假设为基岩场地，采用如下公式计算研究场地的水平向基岩振动频谱：
Figure BDA0001842956190000023
其中，A(f)为假设研究场地为基岩场地所能接收到的频率为f的水平向剪切地震波频谱，r为研究场地的震源距；
步骤6：根据研究场地的地震记录频谱Oi(f)，采用如下公式计算该场地在地震中的水平向场地反应：
Figure BDA0001842956190000024
其中，Gi(f)为研究场地台站在某次地震中的场地反应，Oi(f)为研究场地台站的地震记录频谱。
优选的，所述步骤2中获取傅里叶幅值谱时，从地震波P波到达一段时间后开始取值，同时，取值的时段长度以使选取到的地震波中直达波成分趋于全部为原则。
本发明的有益效果：
本发明提出一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，充分考虑地震波传播介质对地震波的吸收衰减作用，对现有普比法进行改进，使其能够适用于地质构造类似、计算得到的场地反应与参考场选择无关的情况，为地质等工程选址提供准确依据，降低地震中不良场地地质条件对工程的损害。
附图说明
图1为本发明实施例中考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法的流程图；
图2为本发明实施例中WH盆地各地震台站分布情况示意图；
图3为本发明实施例中分别以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法和用改进谱比法计算得到的各台站水平向的场地反应曲线图；
其中，(a1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的CHENC台站东西向的场地反应曲线图；(a2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的CHENC台站南北向的场地反应曲线图；(a3)为用改进谱比法计算得到的CHENC台站东西向的场地反应曲线图；(a4)为用改进谱比法计算得到的CHENC台站南北向的场地反应曲线图；(b1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的QIANY台站东西向的场地反应曲线图；(b2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的QIANY台站南北向的场地反应曲线图；(b3)为用改进谱比法计算得到的QIANY台站东西向的场地反应曲线图；(b4)为用改进谱比法计算得到的QIANY台站南北向的场地反应曲线图；(c1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的FENGX台站东西向的场地反应曲线图；(c2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的FENGX台站南北向的场地反应曲线图；(c3)为用改进谱比法计算得到的FENGX台站东西向的场地反应曲线图；(c4)为用改进谱比法计算得到的FENGX台站南北向的场地反应曲线图；(d1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LONGX台站东西向的场地反应曲线图；(d2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LONGX台站南北向的场地反应曲线图；(d3)为用改进谱比法计算得到的LONGX台站东西向的场地反应曲线图；(d4)为用改进谱比法计算得到的LONGX台站南北向的场地反应曲线图；(e1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的ZHOUZ台站东西向的场地反应曲线图；(e2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的ZHOUZ台站南北向的场地反应曲线图；(e3)为用改进谱比法计算得到的ZHOUZ台站东西向的场地反应曲线图；(e4)为用改进谱比法计算得到的ZHOUZ台站南北向的场地反应曲线图；(f1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的QIS台站东西向的场地反应曲线图；(f2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的QIS台站南北向的场地反应曲线图；(f3)为用改进谱比法计算得到的QIS台站东西向的场地反应曲线图；(f4)为用改进谱比法计算得到的QIS台站南北向的场地反应曲线图；(g1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的YANGL台站东西向的场地反应曲线图；(g2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的YANGL台站南北向的场地反应曲线图；(g3)为用改进谱比法计算得到的YANGL台站东西向的场地反应曲线图；(g4)为用改进谱比法计算得到的YANGL台站南北向的场地反应曲线图；(h1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HUX台站东西向的场地反应曲线图；(h2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HUX台站南北向的场地反应曲线图；(h3)为用改进谱比法计算得到的HUX台站东西向的场地反应曲线图；(h4)为用改进谱比法计算得到的HUX台站南北向的场地反应曲线图；(i1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的QIANL台站东西向的场地反应曲线图；(i2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的QIANL台站南北向的场地反应曲线图；(i3)为用改进谱比法计算得到的QIANL台站东西向的场地反应曲线图；(i4)为用改进谱比法计算得到的QIANL台站南北向的场地反应曲线图；(j1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的XIANY台站东西向的场地反应曲线图；(j2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的XIANY台站南北向的场地反应曲线图；(j3)为用改进谱比法计算得到的XIANY台站东西向的场地反应曲线图；(j4)为用改进谱比法计算得到的XIANY台站南北向的场地反应曲线图；(k1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的XIA台站东西向的场地反应曲线图；(k2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的XIA台站南北向的场地反应曲线图；(k3)为用改进谱比法计算得到的XIA台站东西向的场地反应曲线图；(k4)为用改进谱比法计算得到的XIA台站南北向的场地反应曲线图；(11)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的CAOT台站东西向的场地反应曲线图；(l2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的CAOT台站南北向的场地反应曲线图；(l3)为用改进谱比法计算得到的CAOT台站东西向的场地反应曲线图；(l4)为用改进谱比法计算得到的CAOT台站南北向的场地反应曲线图；(m1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的JINGY台站东西向的场地反应曲线图；(m2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的JINGY台站南北向的场地反应曲线图；(m3)为用改进谱比法计算得到的JINGY台站东西向的场地反应曲线图；(m4)为用改进谱比法计算得到的JINGY台站南北向的场地反应曲线图；(n1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LINT台站东西向的场地反应曲线图；(n2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LINT台站南北向的场地反应曲线图；(n3)为用改进谱比法计算得到的LINT台站东西向的场地反应曲线图；(n4)为用改进谱比法计算得到的LINT台站南北向的场地反应曲线图；(o1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LANT台站东西向的场地反应曲线图；(o2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LANT台站南北向的场地反应曲线图；(o3)为用改进谱比法计算得到的LANT台站东西向的场地反应曲线图；(o4)为用改进谱比法计算得到的LANT台站南北向的场地反应曲线图；(p1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的GAOL台站东西向的场地反应曲线图；(p2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的GAOL台站南北向的场地反应曲线图；(p3)为用改进谱比法计算得到的GAOL台站东西向的场地反应曲线图；(p4)为用改进谱比法计算得到的GAOL台站南北向的场地反应曲线图；(q1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的YANL台站东西向的场地反应曲线图；(q2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的YANL台站南北向的场地反应曲线图；(q3)为用改进谱比法计算得到的YANL台站东西向的场地反应曲线图；(q4)为用改进谱比法计算得到的YANL台站南北向的场地反应曲线图；(r1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的WEIN台站东西向的场地反应曲线图；(r2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的WEIN台站南北向的场地反应曲线图；(r3)为用改进谱比法计算得到的WEIN台站东西向的场地反应曲线图；(r4)为用改进谱比法计算得到的WEIN台站南北向的场地反应曲线图；(s1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LIND台站东西向的场地反应曲线图；(s2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的LIND台站南北向的场地反应曲线图；(s3)为用改进谱比法计算得到的LIND台站东西向的场地反应曲线图；(s4)为用改进谱比法计算得到的LIND台站南北向的场地反应曲线图；(t1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HUAX台站东西向的场地反应曲线图；(t2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HUAX台站南北向的场地反应曲线图；(t3)为用改进谱比法计算得到的HUAX台站东西向的场地反应曲线图；(t4)为用改进谱比法计算得到的HUAX台站南北向的场地反应曲线图；(u1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的PUC台站东西向的场地反应曲线图；(u2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的PUC台站南北向的场地反应曲线图；(u3)为用改进谱比法计算得到的PUC台站东西向的场地反应曲线图；(u4)为用改进谱比法计算得到的PUC台站南北向的场地反应曲线图；(v1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HUAY台站东西向的场地反应曲线图；(v2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HUAY台站南北向的场地反应曲线图；(v3)为用改进谱比法计算得到的HUAY台站东西向的场地反应曲线图；(v4)为用改进谱比法计算得到的HUAY台站南北向的场地反应曲线图；(w1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的DAL台站东西向的场地反应曲线图；(w2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的DAL台站南北向的场地反应曲线图；(w3)为用改进谱比法计算得到的DAL台站东西向的场地反应曲线图；(w4)为用改进谱比法计算得到的DAL台站南北向的场地反应曲线图；(x1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HEY台站东西向的场地反应曲线图；(x2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HEY台站南北向的场地反应曲线图；(x3)为用改进谱比法计算得到的HEY台站东西向的场地反应曲线图；(x4)为用改进谱比法计算得到的HEY台站南北向的场地反应曲线图；(y1)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站东西向的场地反应曲线图；(y2)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站南北向的场地反应曲线图；(y3)为用改进谱比法计算得到的HANC台站东西向的场地反应曲线图；(y4)为用改进谱比法计算得到的HANC台站南北向的场地反应曲线图；
图4为本发明实施例中分别以CHANGA台站和TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的另一台站水平向场地反应曲线图；
其中，(a)为以CHANGA台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的TANGY台站东西向场地反应曲线图；(b)为以CHANGA台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的TANGY台站南北向场地反应曲线图；(c)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的CHANGA台站东西向场地反应曲线图；(d)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的CHANGA台站南北向场地反应曲线图；
图5为本发明实施例中分别以CHANGA台站和TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站水平向的场地反应曲线图；
其中，(a)为以CHANGA台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站东西向场地反应曲线图；(b)为以CHANGA台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站南北向场地反应曲线图；(c)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站东西向场地反应曲线图；(d)为以TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站南北向场地反应曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：选取有类似构造的研究区，搜集所有基岩场地水平向地震记录，即基岩场地东西向和南北向地震记录。
步骤2：用窗宽为20s的时间窗提取基岩场地剪切波，并对提取到的剪切波做傅里叶变换，从而获得基岩场地东西向和南北向傅里叶幅值谱。
所述获取傅里叶幅值谱时，为了提高所提取的地震信号的信噪比，从地震波P波到达2s后开始取值，同时，为了减小地震波叠加和干涉等作用的影响，取值的时段为20s，使选取到的地震波中直达波成分尽可能的多。
步骤3：采用公式(1)和(2)分别计算两两基岩场地水平方向震源频谱Aa和地震波传播介质的吸收衰减系数μa(f)：
Figure BDA0001842956190000071
Figure BDA0001842956190000072
其中，Aa(f)为震源发出的频率为f的剪切地震波频谱，μa(f)为在剪切波频率f下基岩的吸收因子，A1(f)为在剪切波频率f下基岩场地1记录到的地震波频谱，A2(f)为在剪切波频率f下基岩场地2记录到的地震波频谱，r1为基岩场地1的震源距，r2为基岩场地2的震源距。步骤4：分别计算所有相同剪切波频率下的水平向震源频谱和吸收衰减系数的平均值作为基岩场地水平方向震源频谱A0和地震波传播介质的吸收衰减系数μ(f)。
步骤5：将研究场地假设为基岩场地，采用公式(3)计算研究场地的水平向基岩振动振幅：
Figure BDA0001842956190000073
其中，A(f)为假设研究场地为基岩场地所能接收到的频率为f的水平向剪切地震波频谱，r为研究场地的震源距。
步骤6：根据研究场地的地震记录频谱Oi(f)，采用公式(4)计算该场地在地震中的水平向场地反应：
Figure BDA0001842956190000074
其中，Gi(f)为研究场地台站在某次地震中的场地反应，Oi(f)为研究场地台站的地震记录频谱。
本实施例中，选取2008年某地地震时WH盆地内各台站的场地反应情况为研究对象，对比目前普比法和改进普比法。
WH盆地位于中国SX省中部，北邻ERDS台地、南接QL、西与ERDS西南断裂系相连、东靠SXTT，该盆地属于新生代断陷地堑。WH盆地东西长360km，东宽西窄，其中东部跨度约70km，西部跨度约20km。盆地内有断块山、断块台塬和断块平原多种构造存在。第四系沉积物在整个盆地内分布广泛，安置在WH盆地的27个地震台记录到了完整地震过程，各台站分布情况如图2所示，各地震台站地区沉积物的厚度见表1。(渭河断裂带的构造演化与地震活动[J].彭建兵.地震地质.1992，14(2)：113-120.)
表1各台站沉积物的厚度
台站 覆盖层厚/m 台站 覆盖层厚/m 台站 覆盖层厚/m
LONGX 无资料 QIANY 无资料 FENGY 100
CHENC 200 QIS 100 YANGL 700
TANGY 基岩 QIANL 10 HUX 800
ZHOUZ 100 XIANY 600 CAOT 700
CHANGA 基岩 XIA 1200 LANT 100
JINGY 600 GAOL 800 LINT 870
WEIN 1325 YANL 400 LIND 600
HUAX 800 PUC 200 HUAY 800
DAL 700 HEY 100 HANC 无资料
在此次地震中，安置在WH盆地的27个地震台的震源距数据如表2所示。
表2各台站的震源距
台站 震源距/km 台站 震源距/km 台站 震源距/km
LONGX 632.3008 QIANY 624.2361 FENGY 624.6356
CHENC 610.7986 QIS 647.5396 YANGL 647.5396
TANGY 634.6339 QIANL 694.3033 HUX 670.8053
ZHOUZ 646.7274 XIANY 694.4814 CAOT 715.2762
CHANGA 686.7332 XIA 701.1536 LANT 723.6655
JINGY 717.6278 GAOL 734.1718 LINT 723.6655
WEIN 762.0987 YANL 754.1421 LIND 767.3232
HUAX 779.2155 PUC 799.0924 HUAY 808.3851
DAL 814.4788 HEY 861.5680 HANC 900.0673
由图2、表2可知，TANGY台站和CHANGA台站同为基岩场地，TANGY台站的震源距为625.09km，CHANGA台站的震源距为686.73Km。对TANGY和CHANGA两个基岩台地震数据(限于篇幅，原始数据和傅里叶幅值略)应用公式(1)和(2)，分别计算出WH盆地东西向和南北向的震源发出的地震波频谱A0(f)和介质对地震波的吸收衰减系数μ(f)，在此基础上，用公式(3)计算研究场地的基岩幅值谱，把研究场地的基岩幅值谱带入公式(4)计算得到研究场地在地震中的水平向场地反应。上述计算结果称之为相对基岩场地的场地反应，也就是用改进谱比法得到的场地反应。
本实施例中，用目前谱比法和改进谱比法分别计算的CHENC、QIANY、FENGY、LONGX、ZHOUZ、QIS、YANGL、HUX、QIANL、XIANY、XIA、CAOT、JINGY、LINT、LANT、GAOL、YANL、WEIN、LIND、HUAX、PUC、HUAY、DAL、HEY和HANC(按震源距从小到大排列，见表2)场地反应放大系数，其曲线图如图3所示。
由图3可以看出，CHANC、QIANY、FENGX和LONGX台站的震源距都小于参考台站TANGY台站的震源距。相对于目前谱比法，用改进谱比法计算CHANC、QIANY和FENGX台站的场地反应放大倍数都低于用目前谱比法计算的结果，随着三台站的震源距逐渐接近参考台站TANGY台站，CHANC、QIANY和FENGX台站用目前谱比法计算的结果不断接近改进谱比法计算的结果，如图3(a1)-(c4)所示；到了LONGX、ZHOUZ和QIS台站，由于三者的震源距都接近TANGY台站的震源距，用两种方法计算结果也接近，如图3(d1)-(f4)所示；从YANGL台站开始、HUX、QIANL、XIANY、XIA、CAOT、JIANGY、LIINT、LANT、GAOL、YANL、WEIN、LIND、HUAX、PUC、HUAY、DAL、HEY和HANC各台站的震源距依次增大，都大于参考台站TANGY台站的震源距，用改进谱比法模拟的场地反应放大系数都大于目前谱比法计算结果，如图3(g1)-(y4)所示，随震源距增大，用改进谱比法计算的放大系数增大的趋势明显。到震源距最大的HANC台站，用目前谱比法计算得到的放大倍数最大值为3，而用改进谱比法计算得到的放大倍数最大值已经超过700。
HANC台站用改进谱比法计算得到的场地反应放大倍数超过700，与用目前谱比法计算得到的最大放大系数为3，两者形成鲜明对比。其物理解释是，HANC台站的震源距超过900km，此台站接收到的直达波已经很弱，其面波成分占有很大比例，而面波正是引起场地反应的主要原因。
用改进谱比法计算的场地放大倍数大都在2Hz以下出现一个峰值，并且这些峰值多数是最大值。WH盆地土层厚度大都超过60m的中厚土层界限，很多地区土层超过200m深厚土层的界限，有的甚至达到1352m(见表1)。用目前谱比法计算场地放大倍数极值出现的频率大都高于2Hz。如CHENC、QIANY、LONGX、ZHOUZ、QIS、YANGL、HUX、QIANL、XIANY、XIA、CAOT、JINGY、LANT、GAOL和WEIN台，目前谱比法计算得到上述台站或全部两个水平方向，或一个水平方向的放大倍数极值出现的频率都高于2Hz。覆盖层的自振动频率用公式
Figure BDA0001842956190000091
计算，其中，Vs为土层的剪切波速，H为土层厚度。岩土工程规定基岩的剪切波速为500m/s，所以土层的剪切波速一定小于这个数值。由于WH盆地土层厚度大都超过60m，这样的土层场地反应最大放大倍数应该对应频率小于2Hz，用改进谱比法计算场地放大倍数大都在2Hz以下出现一个峰值，而用目前谱比法计算得到的放大倍数峰值对应的频率大都大于2Hz，说明改进谱比法计算结果更加合理。
用改进谱比法计算场地放大倍数除峰值出现在小于2Hz的低频区外，很多台站在高频区也有峰值反应出现，但这些峰值一般不是最大值。比如，CHANC在6Hz、QIANY在7Hz、FENGX在8Hz、LONGX在8Hz、ZHOUZ在3.5Hz、QIS和YANGL台在8Hz、QIANL、XIA、XIANY、HUAY、HAUX和PUC台在6-8Hz、LANT、JINGY和LINT在6-7Hz、GAOL台在7Hz附近的高频区都出现场地反应峰值，这可能与这些地区的覆盖层存在亚层有关。
由背景技术可知，当基岩场地的震源距小于研究场地的震源距时，目前谱比法低估了场地反应，且两者震中距相差越大，低估的程度越大；当基岩场地震源距大于研究场地震源距时，目前谱比法高估了场地反应，且两者震中距相差越大，高估的程度越大。
本实施例中，分别以CHANGA台站和TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的另一台站水平向场地反应如图4所示，由图4可以看出，当以CHANA台站为参考台站时，由于CHANGA台站的震源距大于TANGY台站的，TANGY台站的场地反应被高估，东西向的最大放大系数达到27，南北向的最大放大系数达到80；当以TANGY台站为参考场地时，由于TANGY台站的震源距小于CHANGA台站的，CHANGA台站的场地反应被低估，东西向最大放大系数为0.7，南北向最大放大系数为0.4。以上结果说明目前谱比法计算结果依赖于参考台站。分别以CHANGA台站和TANGY台站作为参考台站用目前谱比法计算得到的HANC台站水平向场地反应如图5所示。由表2可知，HANC台站是此次地震中震源距最大的台站(900.0673km)，参考台站TANGY台站和CHANGA台站的震源距都小于HANC台站，TANGY台站的震源距最小。由于两个参考台站的震源距都小于HANC台站，理论上，两参考台站估计HANC台站场地反应的结果都应该偏低。由于TANGY台站的震源距与HANC台站的震源距差异比CHANGA台站的大，所以，以TANGY台站为参考场估计的结果相对更低。用目前谱比法实际计算结果是图5中以TANGY台站为参考场估计的最大放大倍数为2.8，以CHANGA台站为参考场估计的最大放大系数则为50，两者的差异不可以忽略，因此，目前谱比法严重依赖参考场的选择，其结果是存在较大误差的，这种误差甚至可以说成是错误，纠其原因即为没有考虑地震波传播过程中的吸收衰减作用。
本发明提出的改进普比法的原理是把公式(3)(资源与工程地球物理勘探[M].李世峰等.北京：化学工业出版社，2015，114-115.)应用于两两基岩台，得到公式(1)和(2)用于计算震源频谱Aa和地震波介质的吸收衰减系数μa(f)，然后假定研究的土层场地为基岩场地，用公式(3)计算该土层场地的基岩反应，最后把该土层场地地震记录谱与上述计算得到的基岩反应比较，就得到研究场地在地震中的场地反应。很明显，用改进方法得到的场地反应与参考场地选择无关。
综上所述，改进谱比法计算结果比目前谱比法有更高的可信度，且目前谱比法适用于地质构造类似、研究场地和工程场地震源距相近的情况，而改进谱比法能够适用于地质构造类似、研究场地和参考场地震源距任意的情况，有更广泛的适用性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；因而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取有类似构造的研究区，搜集所有基岩场地水平向地震记录，即基岩场地东西向和南北向地震记录；
步骤2：用窗宽为20s的时间窗提取基岩场地剪切波，并对提取到的剪切波做傅里叶变换，从而获得基岩场地东西向和南北向傅里叶幅值谱；
步骤3：采用如下公式计算两两基岩场地水平方向震源频谱Aa和地震波传播介质的吸收衰减系数μa(f)：
Figure FDA0001842956180000011
Figure FDA0001842956180000012
其中，Aa(f)为震源发出的频率为f的剪切地震波频谱，μa(f)为在剪切波频率f下基岩的吸收因子，A1(f)为在剪切波频率f下基岩场地1记录到的地震波频谱，A2(f)为在剪切波频率f下基岩场地2记录到的地震波频谱，r1为基岩场地1的震源距，r2为基岩场地2的震源距；
步骤4：分别计算所有相同剪切波频率下的水平向震源频谱和吸收衰减系数的平均值作为基岩场地水平方向震源频谱A0和地震波传播介质的吸收衰减系数μ(f)；
步骤5：将研究场地假设为基岩场地，采用如下公式计算研究场地的水平向基岩振动频谱：
Figure FDA0001842956180000013
其中，A(f)为假设研究场地为基岩场地所能接收到的频率为f的水平向剪切地震波频谱，r为研究场地的震源距；
步骤6：根据研究场地的地震记录频谱Oi(f)，采用如下公式计算该场地在地震中的水平向场地反应：
Figure FDA0001842956180000014
其中，Gi(f)为研究场地台站在某次地震中的场地反应，Oi(f)为研究场地台站的地震记录频谱。
2.根据权利要求1所述的考虑介质对地震波吸收衰减的地震中场地反应计算方法，其特征在于，所述步骤2中获取傅里叶幅值谱时，从地震波P波到达一段时间后开始取值，同时，取值的时段长度以使选取到的地震波中直达波成分趋于全部为原则。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4280200A (en) * 1979-05-21 1981-07-21 Daniel Silverman Seismic method of mapping horizontal fractures in the earth
CN102288678A (zh) * 2011-05-13 2011-12-21 浙江大学 一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法
CN105388518B (zh) * 2014-09-04 2018-01-05 中国石油化工股份有限公司 一种质心频率与频谱比联合的井中地震品质因子反演方法
CN106018239A (zh) * 2016-06-21 2016-10-12 浙江工业大学 一种测量现场不同深度地层处渗透系数的方法及其装置
CN107132577B (zh) * 2017-07-05 2018-10-30 西安交通大学 一种基于谱面积变化的地震衰减估计方法
CN107479094B (zh) * 2017-09-18 2018-11-30 辽宁工程技术大学 一种实现地震预警的方法
CN107807388B (zh) * 2017-11-02 2019-06-07 辽宁工程技术大学 一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法
CN108614295B (zh) * 2018-05-15 2020-04-21 中国海洋石油集团有限公司 一种基于广义地震子波的地层q值计算方法
CN108594302B (zh) * 2018-07-26 2019-07-26 广州海洋地质调查局 一种地震子波的提取方法及处理终端

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