摘要：利用重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)36個(gè)子臺(tái)地脈動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)，采用H/V譜比法計(jì)算分析場(chǎng)地響應(yīng)。根據(jù)各臺(tái)站0.5～20 Hz場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)特征，將這些子臺(tái)分為平坦類(lèi)、低頻放大類(lèi)、中頻放大類(lèi)、中頻衰減類(lèi)和高頻放大類(lèi)。結(jié)合7個(gè)鉆孔應(yīng)變同址觀測(cè)臺(tái)站地質(zhì)剖面圖，分析了淺層地質(zhì)構(gòu)造對(duì)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)的影響，結(jié)果表明：臺(tái)基巖性差異和分層結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地放大效應(yīng)有直接影響，臺(tái)站局部低密度介質(zhì)會(huì)造成低頻段（0.5～1 Hz）的場(chǎng)地放大效應(yīng)，而巖性單一的地下結(jié)構(gòu)場(chǎng)地放大效應(yīng)不明顯。對(duì)比3個(gè)臺(tái)基改造臺(tái)站在改造前后的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)臺(tái)基觀測(cè)形式的改變對(duì)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，地震計(jì)墩加高后的獨(dú)立柱體結(jié)構(gòu)，明顯增大了中高頻段場(chǎng)地放大效應(yīng)。重慶地區(qū)場(chǎng)地響應(yīng)等值線(xiàn)分布與區(qū)域地形地貌之間無(wú)必然聯(lián)系，但臺(tái)基局部地勢(shì)和所處山體的位置會(huì)影響觀測(cè)頻帶范圍內(nèi)場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)形態(tài)。綜合來(lái)看，臺(tái)基巖性差異和工藝水平、淺層地質(zhì)構(gòu)造和介質(zhì)密度、局部地形特征和山體部位等均會(huì)影響臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)的表現(xiàn)形式。

關(guān)鍵詞：H/V譜比法；場(chǎng)地響應(yīng)；臺(tái)基形式；重慶地區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2024）04-0528-13

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0047

0引言

合格的地震臺(tái)站能夠盡可能真實(shí)地記錄地脈動(dòng)噪聲和地震事件波形。在估算中小地震的震源參數(shù)時(shí)，如果不能合理地考慮場(chǎng)地響應(yīng)，那么場(chǎng)地的低頻放大作用將很容易掩蓋震源原來(lái)的拐角頻率，而拐角頻率很小的數(shù)值變化都將顯著影響應(yīng)力降的估算結(jié)果。因此，給出與頻率有關(guān)的臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)，有助于提高利用數(shù)字地震記錄估算中小地震震源參數(shù)的準(zhǔn)確性（張紅才等，2015）。臺(tái)站臺(tái)基場(chǎng)地響應(yīng)也會(huì)影響震級(jí)計(jì)算結(jié)果，在進(jìn)行震級(jí)偏差校正時(shí)，統(tǒng)計(jì)臺(tái)站震級(jí)偏差平均值的方法存在一定的缺陷，還必須充分考慮臺(tái)站的臺(tái)基場(chǎng)地響應(yīng)（華衛(wèi)等，2010）。因此，研究臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)不僅可以提高利用地震波形數(shù)據(jù)分析震源參數(shù)的可信度，還可以為單臺(tái)震級(jí)的校正提供依據(jù)。

場(chǎng)地響應(yīng)一般是指場(chǎng)地附近理想基巖上覆蓋的松軟土層對(duì)地震波振幅的影響，而理想基巖本身則被認(rèn)為對(duì)地震波振幅沒(méi)有影響（Shearer，1999）。但近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究（Nakamura，1989；劉麗芳等，2007）發(fā)現(xiàn)，上述情況在場(chǎng)地條件很好的基巖臺(tái)站上作為一種近似是可以的，然而大多數(shù)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)并不是完全無(wú)地表放大作用的。場(chǎng)地響應(yīng)可通過(guò)地面運(yùn)動(dòng)反演法、參考臺(tái)站法和H/V譜比法這3種方法來(lái)測(cè)量，其中H/V譜比法假設(shè)地面運(yùn)動(dòng)垂直分量的振幅譜對(duì)場(chǎng)地響應(yīng)相對(duì)不敏感，利用H/V峰值估計(jì)共振頻率，適合快速評(píng)估場(chǎng)地特性。相比基于地震記錄的方法，該方法具有數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理快捷、適用多種儀器、受場(chǎng)地限制少、無(wú)需等待地震發(fā)生等優(yōu)點(diǎn)，盡管其理論解釋還存在一些爭(zhēng)議，但依然在工程地震領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用（馬淑芹等，2007；華衛(wèi)等，2010）。本文應(yīng)用H/V噪聲譜比法，利用地脈動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)，開(kāi)展重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)場(chǎng)地響應(yīng)研究。

1H/V譜比法原理

H/V譜比法又稱(chēng)為中村（Nakamura）法，是一種基于同一地表測(cè)點(diǎn)地脈動(dòng)水平分量與豎向分量傅立葉幅譜比值來(lái)估計(jì)場(chǎng)地特征的方法。其基本原理為：設(shè)V_S和H_S分別為地表處垂直向和水平向的地震動(dòng)振幅譜，V_B和H_B分別為基底處垂直向和水平向的地震動(dòng)振幅譜。實(shí)驗(yàn)證明，基底處地震動(dòng)的垂直分量與水平分量大致相等，假定地表處垂直分量基本未被放大，則有H_B≈V_B≈V_S，因此臺(tái)站噪聲譜比值可表示為（馬淑芹等，2001）：

S=H_S/H_B=H_S/V_S （1）

利用快速傅立葉變換計(jì)算所選地脈動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)，以VUD表示地表處垂直分向傅立葉振幅譜，水平分量的傅立葉譜HS采用地表NS、EW向振幅譜HNS和HEW的合成譜，經(jīng)驗(yàn)傳遞函數(shù)可用Nakamura譜比表示為：

根據(jù)式（2），用地表記錄到的水平向地震波振幅譜和垂直向地震波振幅譜之比就可以計(jì)算得到各臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)。

2數(shù)據(jù)處理方法步驟

重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)共有36個(gè)子臺(tái)（圖1），其中17個(gè)臺(tái)基巖性為砂巖，其余均為灰?guī)r。臺(tái)基觀測(cè)形式有3種，重慶（CQT）為山洞觀測(cè)，開(kāi)縣臨江（LIJ）、忠縣善廣（SHG）、合川云門(mén)（YUM）原本為擺坑式觀測(cè)，國(guó)家預(yù)警重慶子項(xiàng)目開(kāi)展期間改造為地表擺墩觀測(cè)（表1），其余臺(tái)站均為地表擺墩。觀測(cè)儀器主要是2 s～50 Hz速度型短周期地震計(jì)和60 s～50 Hz寬頻帶地震計(jì)，采樣頻率均為100 sps。

從2021年重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)各月歸檔波形數(shù)據(jù)中，按照每個(gè)月挑選一天的方式，每個(gè)臺(tái)站共選出12 d的噪聲記錄。進(jìn)行截取、對(duì)齊、去均值和去傾斜等處理，拼接成每個(gè)臺(tái)站一條的預(yù)處理數(shù)據(jù)，然后利用短時(shí)窗平均比長(zhǎng)時(shí)窗平均（STA/LTA）觸發(fā)算法（Withers et al，1998）反向選擇相對(duì)穩(wěn)態(tài)的時(shí)窗信號(hào)。為消除持續(xù)短時(shí)瞬變干擾信號(hào)，篩選地震動(dòng)中相對(duì)平靜的部分，將算法的短時(shí)窗長(zhǎng)度設(shè)置為1 s，長(zhǎng)時(shí)窗長(zhǎng)度設(shè)置為30 s（圖2a），以0.5～2.5為閾值選擇穩(wěn)態(tài)信號(hào)（Bard et al，2008；彭菲等，2020；邵媛媛等，2022）。使用Konno和Ohmachi（1997）的平滑方法進(jìn)行平滑處理（b=40），每個(gè)選定的數(shù)據(jù)段都生成一條H/V曲線(xiàn)（圖2b），將所有H/V曲線(xiàn)進(jìn)行幾何平均計(jì)算，得到目標(biāo)臺(tái)站平均場(chǎng)地響應(yīng)及峰值頻率（圖2c）。本文重點(diǎn)分析0.5～20 Hz各臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)（圖2d）。

3結(jié)果分析

根據(jù)上述步驟，對(duì)重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)36個(gè)子臺(tái)的地脈動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲譜比計(jì)算，得到0.5～20 Hz的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)（圖3）。圖3表明，各臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)不盡相同，1Hz以下的低頻段，絕大多數(shù)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)平坦，噪聲譜比值在1附近，僅梁平復(fù)平（FUP）噪聲譜比值整體大于2，而合川云門(mén)（YUM）噪聲譜比值整體小于0.9。1～10 Hz中頻段和10～20 Hz高頻段各臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)結(jié)果差異明顯，部分臺(tái)站存在明顯峰值或低值。

3.1臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)分類(lèi)

依據(jù)場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)對(duì)臺(tái)站進(jìn)行分類(lèi)是研究場(chǎng)地響應(yīng)的重要內(nèi)容，如張紅才等（2015）根據(jù)福建臺(tái)網(wǎng)各臺(tái)站在0.1～50 Hz的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)，將85個(gè)臺(tái)站大致分為4類(lèi)；張珂等（2020）根據(jù)各頻段內(nèi)噪聲譜比值的中位數(shù)大小，將內(nèi)蒙古西部地區(qū)12個(gè)臺(tái)站分為平坦型、中頻放大型（1～10 Hz）及高頻放大型（10 Hz以上）3類(lèi)；姜秀璇等（2021）依據(jù)各臺(tái)站在1～20 Hz的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)，將祁連山主動(dòng)源觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)中40個(gè)觀測(cè)臺(tái)站分為３類(lèi)：平坦型、放大型和高頻衰減型。鑒于噪聲譜比值受深部地質(zhì)構(gòu)造影響的情況較為復(fù)雜，所表現(xiàn)出的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)具有多樣性，本文在進(jìn)行場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)分類(lèi)時(shí)，根據(jù)0.5～1 Hz、1～10 Hz和10～20 Hz 3個(gè)頻帶范圍內(nèi)各子臺(tái)場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)特征，結(jié)合噪聲譜比值的大小綜合定義場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)類(lèi)型。首先定義不同頻帶范圍內(nèi)的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)類(lèi)型，當(dāng)頻段內(nèi)曲線(xiàn)有優(yōu)勢(shì)特征出現(xiàn)時(shí)直接定義為該種類(lèi)型，36個(gè)子臺(tái)分類(lèi)結(jié)果包括：平坦類(lèi)、中頻放大類(lèi)、高頻放大類(lèi)、中頻衰減類(lèi)和低頻放大類(lèi)（圖4）。

3.1.1平坦類(lèi)

平坦類(lèi)臺(tái)站包括長(zhǎng)壽（CHS）、江津麻柳（MAL）、石柱（SHZ）、巴南石龍（SLO）、云陽(yáng)文龍（WEL）、墊江新民（XIM）6個(gè)砂巖臺(tái)基臺(tái)站和重慶（CQT）、龔灘（GOT）、紅池壩（HCB）、鹿角（LUJ）、巫山雙龍（SHL）、萬(wàn)盛（WAS）、新田（XIT）、仙女山（XNS）和渝北（YUB）9個(gè)灰?guī)r臺(tái)基臺(tái)站，此類(lèi)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)上整體平坦（圖4a），無(wú)明顯峰值（大于2）和低值（小于0.8）。臺(tái)站的臺(tái)基狀況和觀測(cè)環(huán)境普遍較好，能較好地記錄觀測(cè)頻段內(nèi)的地震動(dòng)信號(hào)，此類(lèi)型臺(tái)站占重慶臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站總數(shù)的41%。

3.1.2中頻放大類(lèi)

此類(lèi)臺(tái)站在1～10 Hz頻帶范圍內(nèi)有頻點(diǎn)噪聲譜比值大于2，且頻點(diǎn)放大比在高頻段明顯，包括城口（CHK）、巫山建平（JIP）、奉節(jié)荊竹（JIZ）、豐都龍河（LOH）、榮昌盤(pán)龍（PAL）、忠縣善廣（SHG）、秀山（XIS）、合川云門(mén)（YUM）8個(gè)臺(tái)站（圖4b）。這些臺(tái)站中砂巖和灰?guī)r臺(tái)基各占一半。其中，忠縣善廣（SHG）和合川云門(mén)（YUM）臺(tái)基從擺坑觀測(cè)改造為地表觀測(cè)，其臺(tái)站場(chǎng)地放大效應(yīng)是否與臺(tái)基改造有關(guān)，將在下文進(jìn)行論述。

圖4b表明，中頻放大類(lèi)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)在中頻段有較顯著的高值區(qū)，會(huì)對(duì)該頻段及其附近的地震動(dòng)成分產(chǎn)生較明顯的放大作用。吳微微等（2016）研究表明，巖石臺(tái)基對(duì)地震波信號(hào)在不同頻率的放大作用并不相同，因近震震級(jí)卓越頻段為1～4 Hz，與此類(lèi)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)放大頻段一致。因此在震源參數(shù)分析過(guò)程中，可能出現(xiàn)單臺(tái)震級(jí)大于臺(tái)網(wǎng)平均震級(jí)的現(xiàn)象。因此，在做震源參數(shù)校正時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注此類(lèi)臺(tái)站。

3.1.3高頻放大類(lèi)

此類(lèi)臺(tái)站包括后坪（HOP）、奉節(jié)紅土（HOT）、開(kāi)縣臨江（LIJ）、黔江（QIJ）、巫溪（WUX）和云陽(yáng)耀靈（YAL）共6個(gè)臺(tái)站（圖4c），灰?guī)r和砂巖臺(tái)基也各占一半，此類(lèi)臺(tái)站從低頻段開(kāi)始，噪聲譜比值隨頻率增加而增大，最大放大倍數(shù)超過(guò)4，在10～20 Hz達(dá)到峰值后下降，且該頻帶范圍內(nèi)存在多個(gè)噪聲譜比值大于2的頻點(diǎn)，場(chǎng)地放大效應(yīng)也明顯高于中頻段。

3.1.4中頻衰減類(lèi)

此類(lèi)臺(tái)站有鞍子（ANZ）、涪陵（FUL）、郎溪（LAX）、榮昌（ROC）、萬(wàn)州（WAZ）和武?。╓UL）共6個(gè)（圖4d），該類(lèi)臺(tái)站在1～10 Hz部分頻段的噪聲譜比值小于0.9，其中萬(wàn)州（WAZ）最小值達(dá)到0.7以下；場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)整體呈現(xiàn)“中間小，兩頭大”的形態(tài)，主要在3 Hz左右表現(xiàn)為中頻衰減特征。因而此類(lèi)臺(tái)站參與臺(tái)網(wǎng)分析時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致震級(jí)偏小。

3.1.5低頻放大類(lèi)

僅梁平復(fù)平（FUP）1個(gè)臺(tái)站表現(xiàn)為在1 Hz以下的低頻段場(chǎng)地響應(yīng)有顯著放大（圖4e），這一頻帶范圍內(nèi)噪聲譜比值明顯大于2，且噪聲譜比值大于其它頻帶范圍內(nèi)的值。該臺(tái)站臺(tái)基巖性為砂質(zhì)泥巖，此類(lèi)沉積巖硬度低于砂巖和灰?guī)r，且較易風(fēng)化，形成地表松軟層，使臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)值存在局部放大現(xiàn)象。

3.2臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)影響因素

朱榮歡和蘇有錦等（2007）、張紅才等（2015）研究表明，臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)受臺(tái)站地形地貌、局部地質(zhì)構(gòu)造和臺(tái)基工藝狀況等因素影響，臺(tái)站臺(tái)基巖性也可能是決定場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)特征和大小的主要因素，場(chǎng)地響應(yīng)與臺(tái)基介質(zhì)密度具有反相關(guān)性（姜秀璇等，2021）。重慶地區(qū)臺(tái)站雖然均為基巖臺(tái)基，但場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)平坦的臺(tái)站中，灰?guī)r臺(tái)基臺(tái)站占比高于砂巖臺(tái)基，表明臺(tái)基局部的巖性狀況、基底層以上介質(zhì)密度大小以及臺(tái)站所處地區(qū)地質(zhì)背景等多種因素，均會(huì)影響臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)的具體表現(xiàn)形態(tài)。

姜秀璇等（2021）研究發(fā)現(xiàn)，位于高原地區(qū)的臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)一般比位于山區(qū)及山區(qū)與高原交界處的臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)平坦些。重慶地區(qū)海拔1 500 m以上的3個(gè)臺(tái)站紅池壩（HCB）、仙女山（XNS）、石柱（SHZ），其場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)均表現(xiàn)為平坦的特征也證明了這一點(diǎn)。場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)在中高頻段有明顯放大的臺(tái)站中，城口（CHK）、豐都龍河（LOH）、黔江（QIJ）等臺(tái)站的臺(tái)基位于山體半山坡上，坡度均較為陡峭；巫山建平（JIP）、忠縣善廣（SHG）、合川云門(mén)（YUM）、奉節(jié)紅土（HOT）、巫溪（WUX）、開(kāi)縣臨江（LIJ）、云陽(yáng)耀靈（YAL）等臺(tái)位于山體頂部位置或相對(duì)獨(dú)立山體，周?chē)嬖诙秆碌匦危环罟?jié)荊竹（JIZ）臺(tái)位于山體鞍部，周?chē)嬖谌蹘r空洞區(qū)?？梢?jiàn)，臺(tái)站局部地形地貌環(huán)境，也會(huì)影響部分頻點(diǎn)場(chǎng)地放大效應(yīng)。

4臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)影響因素分析

重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)有7個(gè)臺(tái)站同時(shí)開(kāi)展鉆孔應(yīng)變觀測(cè)（圖1），臺(tái)站建設(shè)時(shí)獲取了地表以下一定深度的地質(zhì)剖面圖，結(jié)合相應(yīng)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)特征，可探討臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。另有合川云門(mén)（YUM）、開(kāi)縣臨江（LIJ）、忠縣善廣（SHG）3個(gè)臺(tái)站的臺(tái)基觀測(cè)形式從擺坑觀測(cè)改造為地表擺墩，對(duì)比改造前后的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)，可分析臺(tái)基形式的改變對(duì)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)的影響。

4.1地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)地響應(yīng)幅值的大小可以反映觀測(cè)臺(tái)站的質(zhì)量好壞，觀測(cè)臺(tái)站質(zhì)量與臺(tái)站接收震源信號(hào)的能力成正比，高質(zhì)量的觀測(cè)臺(tái)站可以減少獲取較高信噪比的震源激發(fā)信號(hào)的疊加次數(shù)，也可在同等疊加次數(shù)下獲取更遠(yuǎn)的傳播距離。對(duì)在基巖條件下，不同介質(zhì)密度及所處地區(qū)空間地質(zhì)背景進(jìn)行研究，可為后續(xù)待建或改建的地震臺(tái)站臺(tái)基勘選提供幫助。

從圖5a可看出，各臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)有一定差異，這些臺(tái)站包含了5類(lèi)場(chǎng)地響應(yīng)類(lèi)型，其中平坦類(lèi)有石柱（SHZ）、巴南石龍（SLO）、墊江新民（XIM），低頻放大類(lèi)有梁平復(fù)平（FUP），中頻放大類(lèi)有合川云門(mén)（YUM），中頻衰減類(lèi)有萬(wàn)州（WAZ），高頻放大類(lèi)有奉節(jié)紅土（HOT）。一般來(lái)說(shuō)，地震波的振幅與介質(zhì)阻抗的平方根成反比（介質(zhì)阻抗等于密度與波速的乘積），低速低密度的介質(zhì)對(duì)地震波振幅有放大作用，因此松散的場(chǎng)地因介質(zhì)阻抗較小，其對(duì)地震動(dòng)有較大的放大作用，而堅(jiān)硬的臺(tái)基場(chǎng)地則相反（史海霞，2008；姜秀璇等，2021）。

以各臺(tái)站不同頻帶范圍內(nèi)最大噪聲譜比值表示場(chǎng)地放大程度（表2），與對(duì)應(yīng)的鉆孔剖面圖（圖5b）反映的臺(tái)基巖性和巖層結(jié)構(gòu)存在一定的聯(lián)系。各臺(tái)站地層年代均為侏羅系時(shí)期，除石柱（SHZ）臺(tái)基巖性單一、巖層較厚以外，其余臺(tái)站均為泥巖和砂巖交替出現(xiàn)。梁平復(fù)平（FUP）臺(tái)基處第一層為砂質(zhì)泥巖，且深度達(dá)到83.03 m，第二層僅有12.5 m厚的砂巖，再深處又是泥巖，這種軟-硬-軟的地質(zhì)結(jié)構(gòu)使臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲表現(xiàn)為低頻放大，且顯著區(qū)別于其它臺(tái)站。一般砂巖密度和硬度大于泥巖，因此泥巖對(duì)地震波振幅放大作用更明顯，說(shuō)明地表低密度介質(zhì)主要影響低頻段場(chǎng)地放大作用。

鉆孔同址觀測(cè)臺(tái)站中有3個(gè)屬于平坦類(lèi)臺(tái)站，但在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)石柱（SHZ）表現(xiàn)最為平坦，巴南石龍（SLO）次之，墊江新民（XIM）居后。相應(yīng)鉆孔深度資料表明，石柱（SHZ）臺(tái)基地表以下60余米深度僅存在砂巖成分，而巴南石龍（SLO）和墊江新民（XIM）地表以下10多米均為砂巖（圖5b），隨后均出現(xiàn)泥巖層，巖層厚度分別為69.9 m和75.8 m，說(shuō)明分層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中夾雜低密度巖層介質(zhì)，會(huì)增加一定的場(chǎng)地放大效應(yīng)。奉節(jié)紅土（HOT）臺(tái)基交替出現(xiàn)砂巖-泥巖-砂巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其場(chǎng)地放大效應(yīng)更加明顯。合川云門(mén)（YUM）臺(tái)基僅在地表以下16.7 m為相對(duì)高密度的砂巖，之后從泥巖過(guò)渡到砂質(zhì)泥巖。這種硬-軟-軟型地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)出現(xiàn)明顯的中高頻放大。可見(jiàn)，臺(tái)站臺(tái)基局部巖層結(jié)構(gòu)和巖性特征是影響臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)的一個(gè)重要因素。

4.2臺(tái)基觀測(cè)形式

開(kāi)縣臨江（LIJ）、忠縣善廣（SHG）、合川云門(mén)（YUM）3個(gè)臺(tái)站原本是擺坑觀測(cè)，地震計(jì)安放于地下幾米深處。2019年底至2020年初，按照地震預(yù)警臺(tái)站建設(shè)規(guī)范，將擺墩整體澆筑出地面，地震計(jì)安放空間位置相對(duì)分別抬升2.9 m、4.3 m和3.5 m?；谠肼曌V比法分別計(jì)算2019年和2021年0.5～50 Hz的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)（圖6），對(duì)比臺(tái)站改造前后場(chǎng)地響應(yīng)變化情況。開(kāi)縣臨江（LIJ）在4 Hz以上頻段，改造后的噪聲譜比值相比改造前有明顯增大，改造前的最大值僅為1.94，改造后最大值為3.18，在10 Hz處，最大相差1.5；峰值頻率也從改造前的5 Hz左右變?yōu)楦脑旌蟮?1 Hz左右；整體形態(tài)從平坦類(lèi)變?yōu)橹蓄l放大類(lèi)。忠縣善廣（SHG）在改造前后場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)變化不大，峰值頻率也較為一致；但在6 Hz以上頻段，改造后的噪聲譜比值明顯增大，最大增加了0.8。合川云門(mén)（YUM）在改造后峰值頻率略有變化，從7 Hz移動(dòng)到8 Hz，場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)在峰值頻率后發(fā)生明顯改變，3 Hz以上噪聲譜比值均有所增大，在16 Hz附近，增加值最大為2.5。

2021基于噪聲譜比法所計(jì)算的臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)結(jié)果一般是比較穩(wěn)定的。臺(tái)基改造后3個(gè)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)均發(fā)生一定變化。從中頻段開(kāi)始，改造后的噪聲譜比值明顯大于改造前，表明同一臺(tái)站不同的臺(tái)基形式會(huì)影響臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)表現(xiàn)形態(tài)。其原因是擺墩加高改造后的柱體形墩體與原始臺(tái)基存在物理分層，且改造后儀器墩的高寬比增大，運(yùn)動(dòng)中的儀器墩底部接觸碰撞使得地震動(dòng)記錄呈現(xiàn)顯著的不對(duì)稱(chēng)（周正華等，2010），即改造后記錄三分向數(shù)據(jù)存在“瀑布”現(xiàn)象，在中高頻段對(duì)地震波振幅表現(xiàn)出一定的放大作用。

5討論

H/V譜比法本質(zhì)上是一種參考場(chǎng)地法，該方法的推導(dǎo)過(guò)程建立在“垂直分量無(wú)放大”的假設(shè)之上，而事實(shí)上垂直分量具有一定的場(chǎng)地放大效應(yīng)（郭明珠等，2004）。雖然基于H/V譜比法得到的場(chǎng)地效應(yīng)比實(shí)際臺(tái)站場(chǎng)地對(duì)地震波的放大作用要小，但可作為場(chǎng)地放大倍數(shù)的下限進(jìn)行分析研究（盧滔等，2006；秦彤威等，2021）。本文將H/V譜比法（實(shí)線(xiàn)）與Lg波衰減法（虛線(xiàn)）計(jì)算出的各臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行比較，如圖7所示。由圖可見(jiàn)，兩種方法得到場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)具有相似性，多數(shù)臺(tái)站在1～20 Hz頻帶內(nèi)的變化趨勢(shì)基本一致，長(zhǎng)壽（CHS）、紅池壩（HCB）、石柱（SHZ）、城口（CHK）、巫溪（WUX）、萬(wàn)州（WAZ）等臺(tái)站在對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的放大倍數(shù)十分接近。但由于方法、原理不同，幅值大小有一定差異，H/V譜比法計(jì)算結(jié)果整體偏小，但仍然能夠反映臺(tái)站頻點(diǎn)放大的情況，與Lg波衰減法計(jì)算結(jié)果中存在明顯放大效應(yīng)的臺(tái)站基本對(duì)應(yīng)，因此在缺乏地震事件的情況下，使用噪聲譜比法分析臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)具有一定的可靠性。

為進(jìn)一步分析重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)的場(chǎng)地響應(yīng)空間分布特征，比較H/V譜比法和Lg波衰減法的計(jì)算結(jié)果，分別拾取兩種方法在1～20 Hz的最大幅值進(jìn)行插值，得到場(chǎng)地響應(yīng)等值線(xiàn)分布圖（圖8）。結(jié)果表明，用這兩種方法得到的臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)分布高值區(qū)和低值區(qū)較為一致，榮昌（ROC）-合川云門(mén)（YUM）、奉節(jié)紅土（HOT）-奉節(jié)荊竹（JIZ）、忠縣善廣（SHG）-豐都龍河（LOH）連線(xiàn)區(qū)域均為高值區(qū)，萬(wàn)州（WAZ）-石柱（SHZ）、渝北（YUB）-重慶臺(tái)（CQT）、長(zhǎng)壽（CHS）-巴南石龍（SLO）連線(xiàn)區(qū)域均為低值區(qū)。

重慶地區(qū)地形是東南部和東北部高，中部和西部低，沿南北向長(zhǎng)江河谷逐級(jí)降低。從圖8可以看出，渝西低山丘陵區(qū)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)以放大為主，而渝東丘陵低山區(qū)不同臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)差異較大，渝東北大巴山區(qū)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)基本無(wú)放大，渝東南武陵山區(qū)不同臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)差異較大。前述表明區(qū)域地形貌對(duì)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)的影響有待進(jìn)一步研究，而局部地形對(duì)場(chǎng)地響應(yīng)的影響可能僅限于臺(tái)站所處山體的位置。對(duì)比不同類(lèi)型臺(tái)站周?chē)匦翁卣靼l(fā)現(xiàn)，紅池壩（HCB）、長(zhǎng)壽（CHS）、墊江新民（XIM）、石柱（SHZ）等場(chǎng)地放大效應(yīng)不明顯的臺(tái)站主要位于平緩山頂或地勢(shì)平坦地帶，周?chē)匦胃叱搪洳钶^小；忠縣善廣（SHG）、奉節(jié)紅土（HOT）、合川云門(mén)（YUM）、巫山建平（JIP）等場(chǎng)地放大效應(yīng)明顯的臺(tái)站，附近存在陡崖地形，周?chē)貏?shì)有較大落差；萬(wàn)州（WAZ）、涪陵（FUL）、榮昌（ROC）、武?。╓UL）等場(chǎng)地放大效應(yīng)偏小的臺(tái)站均處于山體緩坡中段山腰位置。因此，地震臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)特征受臺(tái)站所處位置地形地貌的影響。

6結(jié)論

本文使用重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)36個(gè)子臺(tái)的地脈動(dòng)噪聲記錄，應(yīng)用H/V譜比法研究了臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)，通過(guò)分析鉆孔同址臺(tái)站及臺(tái)基改造臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)，并結(jié)合臺(tái)站局部地形地貌特征，對(duì)影響重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)的因素進(jìn)行分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）根據(jù)重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)0.5～20 Hz頻帶范圍內(nèi)場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)特征，可將重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)臺(tái)站分為5類(lèi)，即平坦類(lèi)、低頻放大類(lèi)、中頻放大類(lèi)、中頻衰減類(lèi)和高頻放大類(lèi)。

（2）結(jié)合部分鉆孔應(yīng)變同址觀測(cè)臺(tái)站地質(zhì)剖面資料，發(fā)現(xiàn)臺(tái)基巖性差異和分層結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地放大效應(yīng)有一定影響，臺(tái)基局部淺層低密度介質(zhì)主要影響低頻段（0.5～1 Hz）場(chǎng)地響應(yīng)，表現(xiàn)為具有一定放大作用，而巖性單一的地下結(jié)構(gòu)場(chǎng)地放大效應(yīng)不明顯。

（3）臺(tái)站臺(tái)基改造后的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生明顯改變，主要表現(xiàn)在中高頻段，表明基巖上一定高度獨(dú)立墩體結(jié)構(gòu)具有明顯場(chǎng)地放大效應(yīng)，是否開(kāi)展擺墩加高的施工改造需要慎重考慮。

（4）使用噪聲譜比法與Lg波衰減法獲得的多數(shù)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)形態(tài)基本一致，而且部分臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)數(shù)值也較為接近。但噪聲譜比法與Lg波衰減法的原理與方法均存在不同，導(dǎo)致結(jié)果也存在一定差異。

（5）重慶臺(tái)網(wǎng)測(cè)震臺(tái)站臺(tái)基巖性均為基巖，多數(shù)臺(tái)站場(chǎng)地放大效應(yīng)不明顯，但不同臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)曲線(xiàn)有一定差異，主要原因是不同頻點(diǎn)場(chǎng)地放大效應(yīng)受臺(tái)站臺(tái)基巖性、局部地形地貌特征和淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的綜合影響。

參考文獻(xiàn)：

郭明珠，宋澤清.2000.論地脈動(dòng)場(chǎng)地動(dòng)力特性分析中的Nakamura方法［J］.世界地震工程，16（2）：88-92.

Guo M Z，Song Z Q.2000.On Nakamura method for dynamic analysis of ground characteristics with microtremor［J］.World Earthquake Engineering，16（2）：88-92.（in Chinese）

華衛(wèi)，陳章立，鄭斯華.2010.利用不同方法估算流動(dòng)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)［J］.地震，30（3）：30-44.

Hua W，Chen Z L，Zheng S H.2010.Estimation of site responses for temporary stations using various methods［J］.Earthquake，30（3）：30-44.（in Chinese）

姜秀璇，郭曉，范兵，等.2021.祁連山主動(dòng)源觀測(cè)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)分析［J］.地震工程學(xué)報(bào)，43（6）：1343-1351.

Jiang X X，Guo X，F(xiàn)an B，et al.2021.ite response of active-source observation stations in the Qilian Mountains［J］.China Earthquake Engineering Journal，43（6）：1343-1351.（in Chinese）

劉麗芳，蘇有錦，劉杰，等.2007.用Moya方法反演云南數(shù)字地震臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)［J］.地震研究，30（1）：39-42.

Liu L F，Su Y J，Liu J，et al.2007.Site effects at Yunnan regional digital seismic stations inversed by Moya method［J］.Journal of Seismological Research，30（1）：39-42.（in Chinese）

盧滔，周正華，周雍年，等.2006.關(guān)于Nakamura方法有效性的討論［J］.地震工程與工程振動(dòng)，27（1）：43-48.

Lu T，Zhou Z H，Zhou Y N，et al.2006.Discussion on validation of Nakamura's technique［J］.Earthquake Engineering and Engineering Dynamic，27（1）：43-48.（in Chinese）

馬淑芹，龔紹京，栗連弟，等.2001.使用地面單臺(tái)三分向地震記錄資料評(píng)估場(chǎng)地效應(yīng)方法的研究［J］.西北地震學(xué)報(bào)，23（3）：54-58.

Ma S Q，Gong S J，Li L D，et al.2001.Study on method evaluating site effect using threecomponent seismograms of single station on surface［J］.Northwestern Seismological Journal，23（3）：269-273.（in Chinese）

馬淑芹，栗連弟，卞真付，等.2007.用Nakamura技術(shù)評(píng)估天津地區(qū)場(chǎng)地效應(yīng)［J］.中國(guó)地震，23（1）：25-34.

Ma S Q，Li L D，Bian Z F，et al.2007.Study on site response in Tianjin by Nakamura technique［J］.Earthquake Research in China，23（1）：25-34.（in Chinese）

彭菲，王偉君，寇華東.2020.三河—平谷地區(qū)地脈動(dòng)H/V譜比法探測(cè)：場(chǎng)地響應(yīng)、淺層沉積結(jié)構(gòu)及其反映的斷層活動(dòng)［J］.地球物理學(xué)報(bào)，63（10）：3775-3790.

Peng F， Wang W J， Kou H D. 2020.Microtremer H/V spectral ratio investigation in the SanhePinggu area：site responses，shallow sedimentary structure，and fault activity revealed［J］.Chinese Journal of Geophysics， 63 （10）： 3775-3790.（in Chinese）

秦彤威，王少曈，馮宣政，等.2021.微動(dòng)H/V譜比方法［J］.地球與行星物理論評(píng)，52（6）：587-622.

Qin T W， Wang S H， Feng X Z， et al. 2021.A review on microtremor H/V spectral ratio method［J］. Reviews of Geophysics and Planetary Physics， 52（6）： 587-622.（in Chinese）

邵媛媛，王巖，鄭勇，等.2022.遼寧地區(qū)Lg波衰減與場(chǎng)地響應(yīng)的分區(qū)特征［J］.地震研究，45（4）：552-559.

Shao Y Y，Wang Y，Zheng Y，et al.2022.Distribution characteristics of Lgwave attenuation and site response in Liaoning area［J］.Journal of Seismological Research，45（4）：552-559.

史海霞.2008.首都圈地區(qū)地震動(dòng)場(chǎng)地效應(yīng)研究［D］.北京：中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，46-51.

Shi H X.2008.Study on the site effect of ground motion in the capital region［D］.Beijing：Institute of Earthquake Prediction，China Earthquake Administration，46-51.（in Chinese）

吳微微，蘇金蓉，魏婭玲，等.2016.四川地區(qū)介質(zhì)衰減、場(chǎng)地響應(yīng)與震級(jí)測(cè)定的討論［J］.地震地質(zhì)，38（4）：1005-1018.

Wu W W， Su J R， Wei Y L， et al. 2016.Discussion on attenuation characteristics， site response and magnitude determination in Sichuan［J］.Seismology and Geology， 38 （4）： 1005-1018.（in Chinese）

張紅才，徐嘉雋，陳智勇.2015.基于噪聲譜比法的福建臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)研究［J］.地震學(xué)報(bào)，37（6）：1045-1058.

Zhang H C，Xu J J，Chen Z Y.2015.Site response of Fujian seismic monitoring stations based on Nakamura H/V spectral ratio method［J］.Acta Seismologica Sinica，37（6）：1045-1058.（in Chinese）

張珂，王鑫，王樹(shù)波，等.2020.基于噪聲譜比法的內(nèi)蒙古西部地區(qū)臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，40（6）：646-651.

Zhang K， Wang X， Wang S B， et al.2020. Site response of Western Inner Mongolia based on noise spectral ratio method［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics， 40 （6）： 646-651.（in Chinese）

周正華，溫瑞智，盧大偉，等.2010.汶川地震中強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)基墩引起的記錄異常分析［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，18（2）：304-312.

Zhou Z H， Wen R Z， Lu D W， et al. 2010.Analysis on anomaly of accelerograms in the Wenchuan Earthquake caused by the instrument pier［J］.Journal of Basic Science and Engineering， 18 （2）： 304-312.（in Chinese）

Bard P Y，Acerra C，Aguacil G，et al.2008.Guidelines for the implementation of the H/V spectral ratio technique on Ambient vibrations measurements，processing and interpretation［J］.Bulletin of Earthquake Engineering，6（4）：1-2.

Konno K，Ohmachi T.1998.Groundmotion characteristics estimated from spectral ratio between horizontal and vertical components of microtremor［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，88（1）：228-241.

Nakamura Y.1989.A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface［J］.Quarterly Report of RTRI，30（1）：25-33.

Shearer P M.1999.An introduction to seismology［M］.New York：Cambridge University Press.

Withers M，Aster R，Young C，et al.1998.A comparison of select trigger algorithms for automated global seismic phase and event detection［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，88（1）：95-106.

Site Response of the Chongqing Seismic Networks Based

on the H/V Spectral Ratio Method

YANG Yayun，WANG Jian，LI Cuiping，MA Wei

（Chongqing Earthquake Agency，Chongqing 401147，China）

Abstract

Using the microseismic noise data recorded by 36 substations of the Chongqing Seismic Networks，the site response of each of these substations is calculated by the method of H/V spectral ratio.According to the form of the site response curves of these substations within the 0.5-20 Hz frequency band，these substations are divided into five categories：stations with flat curves，stations with low-frequencyamplification curves，stations with intermediate-frequency amplification curves，stations with the curves of intermediate-frequency attenuation and high-frequency amplification.By the help of the geological profiles of the borehole strain monitoring at 7 stations，the influence of the shallow geological structure on the site response of the sub-stations is analyzed.results show that the lithological difference and layered structures on the station site have a certain impact on the site response of the seismic stations.Partial low-density media around the stations will cause site amplification effect in low frequency band（0.5-1 Hz），while the site amplification effect of structures with single lithology is not obvious.Comparing the site response curves recorded by 3 reconstructed stations in 2019 and 2021，it is found that the change of the seismometer pillar will have a substantial impact on the site response curves；the independent pillar has obvious site amplification effect.In Chongqing area，the site response contour lines are not necessarily related to the regional terrain and geomorphology，but the small-scale terrain around the station and the location of the station in the mountains will affect the form of the site response curves within the frequency band.In conclusion，the lithology underneath the station，the differences of the shallow media，the construction quality of the seismometer pillar，the regional terrain，and the shallow geological structures all affect the site response at the stations.

Keywords：H/V spectral ratio method；site response；platform form；Chongqing area