李孝波, 宋霖君, 宣雨童, 吳義文, 歐陽(yáng)剛壘

(1. 防災(zāi)科技學(xué)院 地質(zhì)工程學(xué)院,河北 三河 065201; 2. 河北省地震災(zāi)害防御與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 三河 065201)

場(chǎng)地地震響應(yīng)是地震工程領(lǐng)域重要的研究課題之一,不同場(chǎng)地的地震響應(yīng)各不相同[1-2]?；谟^測(cè)數(shù)據(jù)的場(chǎng)地地震響應(yīng)分析方法,依據(jù)是否使用參考場(chǎng)地常分為參考場(chǎng)地法和非參考場(chǎng)地法[3]。參考場(chǎng)地方法(reference site method,RSM,又稱(chēng)傳統(tǒng)譜比法)最早由Borcherdt[4]提出,該法在場(chǎng)地反應(yīng)分析中運(yùn)用廣泛,使用時(shí)須先選取一個(gè)參考場(chǎng)地(基巖場(chǎng)地),然后再用研究場(chǎng)地與參考場(chǎng)地的傅氏譜比估計(jì)場(chǎng)地反應(yīng),應(yīng)用該方法的關(guān)鍵在于參考場(chǎng)地的選擇,若參考場(chǎng)地的反應(yīng)可以忽略,則用該法估計(jì)的場(chǎng)地反應(yīng)是可靠的。Andrews[5]在傳統(tǒng)譜比法的基礎(chǔ)上擴(kuò)展延伸出了線(xiàn)性反演法,該方法基于廣義反演技術(shù)(generalized inversion technique,GIT)能從多次地震、多個(gè)場(chǎng)地的強(qiáng)震記錄中反演估計(jì)震源效應(yīng)、路徑效應(yīng)和每個(gè)場(chǎng)地的場(chǎng)地反應(yīng)。參考場(chǎng)地方法物理涵義明確,但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中通常很難找到合適的參考場(chǎng)地,于是學(xué)者們又對(duì)非參考場(chǎng)地方法可行性進(jìn)行了摸索研究。

非參考場(chǎng)地方法中最常用的是水平與豎向譜比(horizontal-to-vertical spectral ratio,HVSR)法[6]。與傳統(tǒng)譜比法、廣義反演法相比,水平與豎向譜比法不受參考場(chǎng)地、參考事件的約束,利用單臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)即可獲得較為合理的場(chǎng)地卓越頻率。依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的來(lái)源,HVSR法又可分為地脈動(dòng)水平與豎向譜比(horizontal-to-vertical spectral ratio of microtremors,MHVR)法[7-9]和強(qiáng)震動(dòng)水平與豎向譜比(horizontal-to-vertical spectral ratio of earthquake motions,EHVR)法[10-12],兩種方法都得到了較好的應(yīng)用。例如,Wen等[13]通過(guò)MHVR曲線(xiàn)較好地評(píng)價(jià)了不同場(chǎng)地類(lèi)別土層的地震響應(yīng);Kawase等[14]在通過(guò)進(jìn)行強(qiáng)震動(dòng)與地脈動(dòng)比值(earthquake to microtremor ratio,EMR)和豎向與豎向譜比值(vertical to vertical spectral ratios,VVR)的雙重修正,拓寬了HVSR方法的應(yīng)用范圍,提高了獲得場(chǎng)地卓越頻率的準(zhǔn)確性;宗建業(yè)等[15]基于在廣州地區(qū)獲取的背景噪聲,采用HVSR法得到了場(chǎng)地共振頻率和放大系數(shù)的分布結(jié)果,并利用共振頻率與沉積厚度的轉(zhuǎn)換關(guān)系探討了廣州地區(qū)沉積層厚度的變化規(guī)律;師黎靜等[16]通過(guò)對(duì)不同類(lèi)別場(chǎng)地上的MHVR曲線(xiàn)分析,得出地脈動(dòng)卓越周期劃分方案。胡鵬等[17]基于四川石棉縣測(cè)得的60余次地脈動(dòng)數(shù)據(jù),通過(guò)MHVR曲線(xiàn)估算場(chǎng)地覆蓋土層厚度,從而揭示該研究區(qū)隱伏斷層多表現(xiàn)為卓越頻率高且放大倍數(shù)較低等規(guī)律。總體而言,即使在復(fù)雜的地質(zhì)條件下,MHVR曲線(xiàn)給出的場(chǎng)地卓越頻率和放大系數(shù)都體現(xiàn)出了較好的相關(guān)性[18]。

此外,在EHVR法的應(yīng)用方面,Kawase等[19]利用仙臺(tái)MHVR與EHVR曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)兩者在低頻區(qū)段具有良好的相似性;Harsuko等[20]通過(guò)EHVR曲線(xiàn)獲取龍目島強(qiáng)震臺(tái)站場(chǎng)地放大倍數(shù);朱榮歡等[21]基于EHVR曲線(xiàn)對(duì)云南區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)進(jìn)行研究,得出各強(qiáng)震臺(tái)站場(chǎng)地地震響應(yīng)在低頻段相對(duì)穩(wěn)定,高頻段則存在部分放大的現(xiàn)象;陳永新等[22]基于日本強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)中數(shù)百條強(qiáng)震動(dòng)記錄,通過(guò)EHVR曲線(xiàn)對(duì)比三種不同獲取場(chǎng)地卓越頻率的方法,認(rèn)為地表/地下傅里葉譜譜比法能獲取較為準(zhǔn)確的卓越頻率;姜秀璇等[23]基于祁連山主動(dòng)源觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)中40個(gè)短周期觀測(cè)臺(tái)數(shù)據(jù),利用EHVR曲線(xiàn)得到大部分臺(tái)站在各頻段都有明顯的放大(衰減)作用;師黎靜等[24]對(duì)比戈壁砂礫地區(qū)EHVR和MHVR譜比曲線(xiàn),發(fā)現(xiàn)兩種方法得到的卓越頻率具有很高的一致性。

值得注意的是,EHVR和MHVR曲線(xiàn)都是基于傅里葉譜譜比得出的,且EHVR曲線(xiàn)還常會(huì)存在毛刺太多、不能清晰識(shí)別出場(chǎng)地卓越頻率與放大系數(shù)的問(wèn)題[25-26]。Yamazaki等[27]提出直接用5 %阻尼比的速度反應(yīng)譜來(lái)代替平滑后的傅里葉譜,即速度反應(yīng)譜譜比(velocity response spectrum spectral ratio,VRSR)法。Zhao等[28]利用VRSR方法對(duì)日本強(qiáng)震臺(tái)站的場(chǎng)地類(lèi)別進(jìn)行了判別;Pinzón等[29]基于西班牙強(qiáng)震記錄,通過(guò)VRSR法獲得了場(chǎng)地較為真實(shí)的卓越頻率,且消除了方向性效應(yīng)中的不確定性影響;羅桂純等[30]基于理縣木卡臺(tái)獲取的地震記錄,采用 VRSR法探究了場(chǎng)地反應(yīng)的非線(xiàn)性特征,認(rèn)為VRSR曲線(xiàn)平滑、峰值突出,能清楚地給出場(chǎng)地的卓越頻率。綜上所述,相較于EHVR曲線(xiàn),VRSR曲線(xiàn)即不會(huì)出現(xiàn)“過(guò)平滑”的現(xiàn)象,又可以避免曲線(xiàn)平滑和截取S波過(guò)程中引入的誤差,使得卓越頻率的識(shí)別更加清晰方便。

然而,無(wú)論是地脈動(dòng)數(shù)據(jù)還是強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù),采用不同方法開(kāi)展同一場(chǎng)地地震響應(yīng)特征對(duì)比研究的成果仍然不多。因此,為進(jìn)一步探究不同方法在同一場(chǎng)地地震響應(yīng)特征分析的異同,本文基于2018年松原5.7級(jí)地震的強(qiáng)震動(dòng)記錄,結(jié)合在強(qiáng)震臺(tái)站獲取的地脈動(dòng)數(shù)據(jù),采用水平與豎向譜比法和速度反應(yīng)譜譜比法,探究達(dá)里巴、東三家子、風(fēng)華以及寶甸等4個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站場(chǎng)地的地震響應(yīng)特征,以期為依托強(qiáng)震記錄和地脈動(dòng)數(shù)據(jù)開(kāi)展場(chǎng)地地震響應(yīng)分析提供參考。

1 數(shù) 據(jù)

1.1 強(qiáng)震動(dòng)

2018年5月28日,吉林松原市寧江區(qū)(北緯45.27°,東經(jīng)124.71°)發(fā)生5.7級(jí)地震,震源深度13 km,這是繼2013年吉林松原5.8級(jí)之后,吉林省發(fā)生的又一次社會(huì)影響較大、受災(zāi)比較嚴(yán)重的破壞性地震[31]。地震共觸發(fā)強(qiáng)震臺(tái)站11個(gè)(如圖1所示),其中位于松原市境內(nèi)的有4個(gè),分別為達(dá)里巴臺(tái)(22DLB)、風(fēng)華臺(tái)(22FHT)、寶甸臺(tái)(22BDT)以及東三家子臺(tái)(22DSJ)。從表1可以看出,4個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站的震中距位于15.5 ～ 112.5 km,場(chǎng)地類(lèi)型均為土層,無(wú)基巖臺(tái)站。4個(gè)臺(tái)站的PGA值整體具有隨震中距增加而逐漸減小的趨勢(shì),風(fēng)華臺(tái)的PGA值最大,達(dá)到了189.30 gal(NS向)。各強(qiáng)震臺(tái)的地震加速度時(shí)程曲線(xiàn)如圖2所示。

圖1 強(qiáng)震臺(tái)站和地脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)的位置Fig.1 The location of strong earthquake station and microtremors measuring point

圖2 地震加速度時(shí)程曲線(xiàn)Fig.2 Earthquake acceleration time history curves

表1 強(qiáng)震臺(tái)站參數(shù)列表Tab.1 Strong earthquake station parameter list

1.2 地脈動(dòng)

為了獲取強(qiáng)震臺(tái)站所在場(chǎng)地的地脈動(dòng)數(shù)據(jù),依據(jù)GB/T 50269—2015《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》[32]中的測(cè)試要求,于2019年10月在達(dá)里巴、東三家子、風(fēng)華、寶甸等4個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站附近開(kāi)展了地脈動(dòng)測(cè)試工作(如圖3(a)、圖3(b)所示),測(cè)點(diǎn)的具體位置見(jiàn)圖1。

圖3 地脈動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試Fig.3 Field test of microtremor

地脈動(dòng)測(cè)試采用美國(guó)Kinematrics公司生產(chǎn)的Basalt數(shù)字式記錄儀(如圖4(a)所示)(具體參數(shù)詳見(jiàn)https://kinemetrics.com/)和中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的SLJ-100型加速度計(jì)(如圖4(b)所示),同時(shí)獲取3個(gè)方向的地脈動(dòng)數(shù)據(jù),采樣頻率200 Hz,采樣時(shí)間1 800 s。圖5給出了各測(cè)點(diǎn)30～90 s的地脈動(dòng)記錄。

圖4 地脈動(dòng)測(cè)試儀器Fig.4 Microtremor measuring instruments

圖5 地脈動(dòng)時(shí)程曲線(xiàn)Fig.5 Microtremor time history curves

2 方 法

2.1 水平與豎向譜比法

Kanai等[33]最早將地脈動(dòng)用于估計(jì)場(chǎng)地地震效應(yīng)研究, Nakamura[6]提出HVSR法則更加廣泛應(yīng)用于場(chǎng)地地震反應(yīng)分析領(lǐng)域。若用H(f)表示地脈動(dòng)記錄的水平分量,V(f)表示地脈動(dòng)記錄的豎向分量,則HVSR的計(jì)算公式可表示為

(1)

HVSR法的提出主要基于兩個(gè)假定[34],即:①水平分量被放大的同時(shí),豎向分量基本不放大,認(rèn)為豎向傳遞函數(shù)為1;②基巖處的HVSR值為1。一般認(rèn)為,HVSR法可以得到較為可靠的場(chǎng)地卓越頻率,但對(duì)場(chǎng)地放大效應(yīng)有所低估[35-36]。

HVSR曲線(xiàn)的形狀與場(chǎng)地條件相關(guān),常有單峰、雙峰以及多峰等多種形式。不同形式的HVSR曲線(xiàn),擁有不同的峰值頻率f0和放大系數(shù)A0。各測(cè)點(diǎn)峰值頻率f0能否作為該點(diǎn)土層的卓越頻率fd,常需進(jìn)行以下5個(gè)條件的驗(yàn)證[37]:①A0>2;②在[f0/4,f0]頻率范圍內(nèi),至少存在一個(gè)HVSR值(AH/V)

表2 閾值θ(f0)與ε(f0)的取值范圍Tab.2 Threshold rang of θ(f0) and ε(f0)

針對(duì)地脈動(dòng)數(shù)據(jù),采用開(kāi)源軟件Geopsy(https://www.geopsy.org)對(duì)其進(jìn)行處理,主要包括數(shù)據(jù)選取、帶通濾波、傅里葉譜計(jì)算、平滑處理和HVSR值計(jì)算等5個(gè)步驟。

步驟1數(shù)據(jù)選取:設(shè)定數(shù)據(jù)窗時(shí)長(zhǎng)20 s,同時(shí)截取UD,NS和EW 3個(gè)方向的地脈動(dòng)數(shù)據(jù),為保證數(shù)據(jù)窗內(nèi)信號(hào)平穩(wěn),每個(gè)時(shí)窗內(nèi)3個(gè)方向的數(shù)據(jù)均需滿(mǎn)足0.5

步驟2帶通濾波:為保證分析結(jié)果的可靠性,選用4階Butterworth帶通濾波函數(shù)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)窗內(nèi)的原始地脈動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,濾波帶寬0.05～20.00 Hz,濾波后的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行0.5

步驟3傅里葉譜計(jì)算:對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換(fast Fourier transform,FFT),得出UD,NS和EW 3個(gè)方向的傅里葉譜值,完成地脈動(dòng)數(shù)據(jù)從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換。

步驟4平滑處理:采用Konno-Ohmachi函數(shù)[38],對(duì)每個(gè)傅里葉譜窗內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理,平滑帶寬b取為40。

步驟5HVSR值計(jì)算:基于HVSR法分別計(jì)算每個(gè)傅里葉譜窗的HVSR值,得出HVSR曲線(xiàn),其中水平方向(H向)的數(shù)值取NS,EW向的均方根值,每個(gè)測(cè)點(diǎn)的HVSR曲線(xiàn)取各傅里葉譜窗HVSR曲線(xiàn)的平均值。

強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)的處理與地脈動(dòng)類(lèi)似,首先采用Seismosignal進(jìn)行基線(xiàn)校正,并采用4階Butterworth濾波器進(jìn)行帶通濾波(頻帶范圍0.1～20.00 Hz),然后通過(guò)快速傅里葉變換計(jì)算傅里葉幅值譜,經(jīng)Parzen窗(帶寬0.4 Hz)平滑后,最后再給出各測(cè)點(diǎn)的HVSR曲線(xiàn)。

2.2 速度反應(yīng)譜譜比法

反應(yīng)譜是地震動(dòng)加速度時(shí)間過(guò)程作用于單自由彈性體系的最大反應(yīng)隨體系自振特性(周期、阻尼比)變化的函數(shù)關(guān)系曲線(xiàn),常有絕對(duì)加速度反應(yīng)譜、相對(duì)速度反應(yīng)譜、相對(duì)位移反應(yīng)譜[39]。其中,速度反應(yīng)譜揭示了地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量隨自振頻率的變化規(guī)律[40-41]。

VRSR的計(jì)算主要包括基線(xiàn)校正、帶通濾波、速度反應(yīng)譜計(jì)算、VRSR值計(jì)算等4個(gè)步驟。

步驟1基線(xiàn)校正:采用Seismosignal 軟件(v2022)對(duì)UD,NS和EW 3個(gè)方向的強(qiáng)震數(shù)據(jù)分別進(jìn)行基線(xiàn)校正。

步驟2帶通濾波:為保證分析結(jié)果的可靠性,選用4階Butterworth帶通濾波函數(shù)對(duì)強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,濾波帶寬0.05～20.00 Hz。

步驟3速度反應(yīng)譜計(jì)算:濾波處理完成后,計(jì)算每條數(shù)據(jù)的速度反應(yīng)譜,得出UD,NS和EW 3個(gè)方向的速度反應(yīng)譜值,阻尼比取為5%。

步驟4VRSR值計(jì)算:基于VRSR方法,分別計(jì)算每個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站的速度反應(yīng)譜譜比值,得出VRSR曲線(xiàn),其中水平方向(H向)數(shù)值的計(jì)算與HVSR方法一致,即取NS,EW向的均方根值。

3 結(jié) 果

3.1 MHVR和EHVR

圖6給出了4個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站場(chǎng)地的MHVR曲線(xiàn)。從圖6中可以看出,風(fēng)華臺(tái)的MHVR曲線(xiàn)為單峰型,寶甸臺(tái)為雙峰型,達(dá)里巴臺(tái)、東三家子臺(tái)則呈現(xiàn)為多峰型。在0.1～20 Hz的頻率范圍內(nèi),4個(gè)測(cè)點(diǎn)的峰值頻帶突出,且都具有中低頻段波動(dòng)明顯、高頻段相對(duì)平穩(wěn)的變化規(guī)律,較好地呈現(xiàn)了地脈動(dòng)中低頻成分豐富的特點(diǎn)。表3統(tǒng)計(jì)給出了各測(cè)點(diǎn)的峰值頻率,除東三家子臺(tái)處的峰值頻率較低外,其余3個(gè)測(cè)點(diǎn)的峰值頻率都在1 Hz左右,集中在中頻段(0.98～1.22 Hz)。依據(jù)SESAME使用指南判定測(cè)點(diǎn)處土層卓越頻率的結(jié)果表明,寶甸臺(tái)、東三家子臺(tái)以及風(fēng)華臺(tái)的峰值頻率可作為該處土層卓越頻率的可靠估計(jì),即寶甸臺(tái)、東三家子臺(tái)以及風(fēng)華臺(tái)的土層卓越頻率分別為1.10 Hz,0.51 Hz以及0.98 Hz。達(dá)里巴臺(tái)由于低頻段與中頻段的放大系數(shù)相差不大,不滿(mǎn)足在[f0/4,f0]頻率范圍內(nèi)至少存在一個(gè)HVSR值(AH/V)

圖6 MHVR曲線(xiàn)Fig.6 MHVR curves

表3 各測(cè)點(diǎn)MHVR曲線(xiàn)的峰值頻率f0、峰值放大系數(shù)A0以及地層卓越頻率fd的可靠估計(jì)

圖7為4個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站場(chǎng)地的EHVR曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)形態(tài)上看,寶甸臺(tái)的EHVR曲線(xiàn)為單峰型,達(dá)里巴臺(tái)、東三家子臺(tái)以及風(fēng)華臺(tái)則為多峰型。在0.1～20 Hz的頻率范圍內(nèi),4個(gè)測(cè)點(diǎn)的EHVR曲線(xiàn)都展現(xiàn)出了低頻段非常平穩(wěn)、中高頻段波動(dòng)明顯的變化特征,體現(xiàn)了強(qiáng)震記錄中高頻成分豐富的特點(diǎn)?；贓HVR曲線(xiàn)的變化規(guī)律,易得達(dá)里巴臺(tái)、寶甸臺(tái)的峰值頻率為0.90 Hz和0.69 Hz,均在第一峰值點(diǎn)處取得;東三家子臺(tái)、風(fēng)華臺(tái)由于高頻放大效應(yīng)顯著,峰值頻率為高頻段的7.95 Hz和3.83 Hz,第一峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率則為0.80 Hz和0.92 Hz,同樣集中于中頻段。放大系數(shù)方面,4個(gè)測(cè)點(diǎn)的放大效應(yīng)都十分突出,達(dá)里巴臺(tái)、東三家子臺(tái)、風(fēng)華臺(tái)以及寶甸臺(tái)與峰值頻率對(duì)應(yīng)的放大系數(shù)達(dá)到了8.60,6.49,8.59以及6.68,東三家子臺(tái)、風(fēng)華臺(tái)與第一峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的放大系數(shù)也達(dá)到了5.55和4.46,都較MHVR的放大系數(shù)有了較大幅度的提高,體現(xiàn)了地脈動(dòng)與強(qiáng)震記錄之間震動(dòng)強(qiáng)度的差異[42]。

圖7 EHVR曲線(xiàn)Fig.7 EHVR curves

3.2 VRSR

圖8為4個(gè)測(cè)點(diǎn)的VRSR曲線(xiàn),在0.1～20 Hz的頻率范圍內(nèi)均呈現(xiàn)出了較為明顯的波動(dòng)變化,為典型的多峰型曲線(xiàn)。與MHVR曲線(xiàn)相比,VRSR曲線(xiàn)的高頻成分更加豐富,低頻段放大系數(shù)具有較大幅度的增加;與此相反,與EHVR曲線(xiàn)相比則是低頻成分更加豐富,高頻段放大系數(shù)有一定程度的增大?；赩RSR曲線(xiàn)的變化特征,達(dá)里巴臺(tái)、東三家子臺(tái)、風(fēng)華臺(tái)以及寶甸臺(tái)在0.1～20 Hz頻率范圍內(nèi)的峰值頻率分別為1.48 Hz,0.89 Hz,2.05 Hz和0.66 Hz,對(duì)應(yīng)的放大系數(shù)為4.58,8.19,10.90和7.96,同樣體現(xiàn)出了顯著的地震動(dòng)放大效應(yīng)。

圖8 VRSR曲線(xiàn)Fig.8 VRSR curves

4 結(jié) 論

綜上所述,4個(gè)測(cè)點(diǎn)MHVR,EHVR和VRSR曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)各不相同,雖然都體現(xiàn)出了較為顯著的放大效應(yīng),但MHVR曲線(xiàn)中低頻段變化明顯,EHVR曲線(xiàn)中高頻段波動(dòng)突出,VRSR曲線(xiàn)則全頻帶(0.1～20 Hz)都變化頻繁。究其原因,除與HVSR,VRSR法的計(jì)算原理相關(guān)以外,地脈動(dòng)與強(qiáng)震動(dòng)記錄在振動(dòng)強(qiáng)度、頻譜特性等方面的差異也是一個(gè)不可忽略的因素。

圖9給出了每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的MHVR,EHVR和VRSR曲線(xiàn)。整體上看,即使在同一場(chǎng)地條件下,MHVR,EHVR和VRSR曲線(xiàn)的變化規(guī)律也差異明顯。其中,MHVR曲線(xiàn)在0.1～20 Hz頻率范圍內(nèi)的變化最為平穩(wěn),峰值頻率容易識(shí)別,但放大系數(shù)較小,對(duì)場(chǎng)地地震響應(yīng)有所低估;除達(dá)里巴臺(tái)外,東三家子臺(tái)、風(fēng)華臺(tái)以及寶甸臺(tái)的EHVR和VRSR曲線(xiàn)在中高頻段都具有大體一致的變化趨勢(shì),峰值頻率較易識(shí)別,但VRSR曲線(xiàn)的放大系數(shù)整體偏大;與此相反,達(dá)里巴臺(tái)VRSR曲線(xiàn)的放大系數(shù)則較EHVR小,中高頻段的波動(dòng)幅度也偏小,推測(cè)與該臺(tái)距震中較近(震中距15.5 km),加速度響應(yīng)較速度更為靈敏有關(guān)。

圖9 MHVR,EHVR以及VRSR曲線(xiàn)的對(duì)比Fig.9 Comparative Analysis of MHVR, EHVR and VRSR curves

此外,值得注意的是在MHVR曲線(xiàn)的峰值頻段,EHVR和VRSR都表征出了顯著的放大效應(yīng),即EHVR和VRSR曲線(xiàn)的一階峰值頻率在MHVR曲線(xiàn)的峰值頻段取得。表4給出了各點(diǎn)的(一階)峰值頻率及其對(duì)應(yīng)的放大系數(shù),囿于基本原理的不同,MHVR,EHVR和VRSR給定的(一階)峰值頻率略有差異,但放大系數(shù)(除達(dá)里巴臺(tái)外)卻具有大致相同的變化規(guī)律。達(dá)里巴臺(tái)、東三家子臺(tái)、風(fēng)華臺(tái)以及寶甸臺(tái)所處場(chǎng)地的(一階)峰值頻率(放大系數(shù))范圍分別為0.90～1.48 Hz(2.63～8.60),0.51～0.89 Hz(3.21～8.19),0.47～0.98 Hz(3.56～8.41)以及0.66～1.10 Hz(4.14～7.96)。

表4 各測(cè)點(diǎn)(一階)峰值頻率及其對(duì)應(yīng)的放大系數(shù)Tab.4 The (first order) peak frequency of each measuring point and its corresponding amplification factor

總的來(lái)說(shuō),本文基于2018年松原5.7級(jí)地震的強(qiáng)震動(dòng)記錄,結(jié)合在強(qiáng)震臺(tái)站附近獲取的地脈動(dòng)數(shù)據(jù),采用水平與豎向譜比法和速度反應(yīng)譜譜比法,探究了4個(gè)強(qiáng)震臺(tái)站場(chǎng)地地震響應(yīng)特征,獲得了一些有益的結(jié)論。然而,針對(duì)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)對(duì)地震響應(yīng)的影響,VRSR曲線(xiàn)峰值頻率的快速識(shí)別以及EHVR和VRSR反應(yīng)的地震動(dòng)高頻特征等問(wèn)題仍值得開(kāi)展進(jìn)一步的深入探究。

致謝

本文強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)由中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)中心提供,在此表示感謝。