周寶峰

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080）

（作者電子信箱：周寶峰：zbf166＠126．com）

強(qiáng)震動臺網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模正在迅猛發(fā)展，近期在中國、智利、海地、新西蘭、日本和墨西哥等地發(fā)生了多次破壞性地震，獲得的強(qiáng)震記錄數(shù)量迅速增加，為地震工程的深入研究提供了契機(jī)。然而，強(qiáng)震觀測中除獲得一批高質(zhì)量的強(qiáng)震動波形外，也獲得了一些異常波形數(shù)據(jù)，一方面要求提高強(qiáng)震臺站的管理與運(yùn)行的效率，另一方面也要客觀甄別強(qiáng)震記錄中的異常波形，對近斷層和遠(yuǎn)斷層的強(qiáng)震動數(shù)據(jù)給出客觀合理的數(shù)據(jù)處理方案，改進(jìn)強(qiáng)震觀測技術(shù)中的不足。

本文總結(jié)了典型的地震動觀測臺陣、建筑結(jié)構(gòu)臺陣和大壩臺陣的布設(shè)方案，分析了臺站布設(shè)的基本要求；歸納了強(qiáng)震記錄中的異常波形，并進(jìn)行了解疑分析；討論了濾波器的因果性及相關(guān)參數(shù)對于地震動參數(shù)的影響；對比了永久位移計算的方法，提出了Hermit插值和平坦度結(jié)合的基線校正方法，計算了近年典型強(qiáng)震記錄的永久位移，并與GPS觀測方法對比；利用小波變換、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和濾波的方法，研究了強(qiáng)震記錄中的速度脈沖識別問題。主要研究取得的認(rèn)識與成果如下：

（1）系統(tǒng)總結(jié)了國際上關(guān)于強(qiáng)地震動臺陣、一般建筑結(jié)構(gòu)和大壩臺陣各種類型布設(shè)方法，分析了強(qiáng)震動臺站建設(shè)遵循的基本原則，并結(jié)合汶川地震中的震害特點，提出需要細(xì)化結(jié)構(gòu)強(qiáng)震觀測臺陣的建議，為研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力反應(yīng)提供可靠合理數(shù)據(jù)。本文旨在整理強(qiáng)震臺陣的相關(guān)技術(shù)要求及應(yīng)用范圍，為強(qiáng)震數(shù)據(jù)的獲取提供一定的背景知識，為從事強(qiáng)震觀測工作的研究者提供一定的參考。

（2）歸納了歷次地震中出現(xiàn)的異常波形，如非對稱波形、加速度出現(xiàn)明顯漂移等現(xiàn)象，分析了異常波形產(chǎn)生的原因，初步探討了強(qiáng)震動記錄質(zhì)量問題。重點討論了近年來強(qiáng)震動記錄中普遍存在的 “尖刺”（“spike”）問題，通過統(tǒng)計集集、汶川、新西蘭和日本等強(qiáng)震記錄中PGA點與前后時刻相鄰采樣點的比值來確定是否為尖刺，定義了相鄰比值在一定范圍內(nèi)時，可視為 “尖刺”，同時研究了 “尖刺”對于時程和反應(yīng)譜的影響，得出 “尖刺”對高頻幅值有一定影響的結(jié)論，提出了降低 “尖刺”影響的處理方法。

（3）分析了模擬和數(shù)字強(qiáng)震記錄的噪聲來源，論述了關(guān)于儀器的校正問題和噪聲截止頻率的確定問題，以汶川主震記錄為例，采用Butterworth非因果濾波器，研究了加零、余弦過渡以及截止頻率對于強(qiáng)震動記錄相關(guān)參數(shù)的影響，對比了4種因果濾波器在不同參數(shù)下的計算結(jié)果，探討了濾波后的加速度保零和去零的問題。研究表明：借助于在記錄的首尾加零得以實現(xiàn)的非因果濾波具有零相位特點，余弦過渡處理對于加零部分與原始記錄間的過渡很必要；Butterworth非因果濾波器的計算結(jié)果比較穩(wěn)定，可以完善EMD方法，PGV和PGD對于高通截止頻率的選擇比較敏感，當(dāng)波紋系數(shù)為0．2dB時，宜使用Chebyshev I型非因果濾波器；當(dāng)波紋系數(shù)為3dB時，宜使用Chebyshev II型非因果濾波器；對于濾波后的加速度數(shù)據(jù)需要保零以適應(yīng)數(shù)據(jù)間的協(xié)調(diào)。

（4）總結(jié)了強(qiáng)震記錄基線漂移的類型，分析了強(qiáng)震記錄基線漂移的原因，提出了Hermit插值與平坦度結(jié)合的基線校正法，以集集、汶川、日本MW9．0大地震PGA大于50gal的主震記錄為代表，分別采用Iwan I法、Boore v0法、Wu的方法、Wang的方法和Hermit法計算了永久位移并進(jìn)行了比較，利用Hermit基線校正法繪制了日本 “3·11”地震的永久位移場。

研究結(jié)果表明：基線漂移機(jī)理復(fù)雜，常用方法均采用經(jīng)驗方法來判斷基線漂移起始點，本文提出的Hermit基線校正法一定程度上減少了主觀隨機(jī)性，與其他方法相比具有較大的合理性和有效性。

（5）以傅立葉變換、小波分析和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解理論為基礎(chǔ)，選取汶川地震主震和余震記錄、新西蘭MW7．1和MW6．3地震以及日本MW9．0地震中PGA大于100gal的強(qiáng)震加速度記錄為例，研究了斯坦福大學(xué)Baker教授提出的速度脈沖識別方法存在的問題，研究結(jié)果表明：Baker方法在提取速度脈沖式受到小波基的限定，并對于其確定的PGV不能小于30cm／s的條件提出了疑議，建議利用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和低通濾波識別多個速度脈沖的新方法，該方法突破了需要假定脈沖形狀存在的主觀性。