简论场地放大的研究

　　摘要：场地放大效应在几十年的探索中取得了长足进步，观测资料综合考虑到尾波，S波和脉动。介绍了一些场地放大的方法，对当今以及今后场地放大效应的研究方向给出一个综述。
　　关键词：场地放大，S波，尾波，脉动，线性反演，频谱比
　　引言
　　场地放大对地震动的影响是地震工程研究中的一个重要课题。测量场地放大的方法主要有两类,频谱比法和反演法。频谱比法和线性反演法称为参考台法。两类都须要一参考场地作为基准,求出相对的场地放大。通常认为基岩没有或只有很小的场地放大,因此,基岩台作为参考场地是合理的选择。在没有基岩台时,亦可选择研究区内平均的场地放大作为参考。测量场地放大可用S波、尾波或脉动。
　　
　　1.反演法
　　常用的估测场地放大因子的方法是线性反演法,它以场地放大因子、震源谱和路径衰减作为待测参数(或其中两个,另一个设为已知),用线性反演法解出。
　　通常认为尾波是S波的散射波,用尾波资料得出的场地放大与用S波得出的结果相近。
　　1.1S波线性反演场地放大
　　消除了观测仪器响应后,第i个地震在第j个观测台站记录中f频率的直达S波谱振幅可表为
　　（1）
　　式中SS(f)是震源项,RS(f)是观测S波场地放大项,G是几何扩散因子,指数项是路径项,Dij是震源到台站的距离，Qs(f)是S波传播品质因子,vs是S波传播速度。对震中距小于100km的体波,取几何因子G=Dij-1。
　　1.2尾波线性反演的场地放大
　　尾波谱振幅表示式的形式与(1)式类似。设Cij(f)表示尾波谱振幅,有
　　（2）
　　上式中RCj(f)表示尾波场地放大,SCi(f)是尾波震源项,QC(f)是尾波的品质因子,t为尾波流逝时间(从发震时间起算)。当流逝时间大于2倍S波走时时,台下地壳内有均匀的散射波。相同流逝时间的尾波走过相同的路程,在所有地震的不同台站的观测记录上取相同流逝时间t处的尾波计算Cij(f)。
　　
　　2.频谱比法
　　估测场地放大因子的另一个方法是频谱比法,是将待求场地的观测谱振幅与参考场地的观测谱振幅进行比较而得出,通常选择岩石场地作参考场地,并假设其谱振幅没有被放大。所用的观测资料可以是S波谱,尾波谱或者脉动。
　　2.1S波频谱比的场地放大
　　在台站间的距离较震源距小得多时,可将相同地震的待求场地与参考场地的观测谱振幅进行直接比较,得出场地放大因子。根据(1)式,S波的频谱比场地放大因子SR(f)的表式为
　　（3）
　　式中下标r表示参考台。由于震源辐射的方向性,不同台站的震源项一般说来不会相同。若有多方位的台站分布或多种震源机制的地震分布,大量的观测数据平均会消除震源辐射方向性的影响,因此,我们约定(3)式分子和分母中的震源项是相同的。将从各地震得出的同一台站的放大因子进行平均,得出该台的频谱比场地放大因子SRj。
　　2.2尾波频谱比的场地放大
　　如前所述,相同流逝时间的尾波走过相同的路径,经历了相同的衰减。因为散射波从各个方向到达观测点而迭加,S波原有的震源方向性因素已被平均掉了。因而将同一地震的待求场地和参考场地的相同流逝时间的观测尾波谱振幅进行比较,就可得出该台的尾波频谱比场地放大因子CR(f),即
　                                       　（4）
　　2.3脉动H／V频谱比的场地放大
　　该方法的基本假定为：只有水平分量包括由场地地质结构引起的P-S转换波，垂直分量没有被场地的地质结构影响。对地脉动或中小震地震记录，Vs/Vb在水平振动为主的频率范围内为1，在瑞利波能量的控制范围内大于1。地表的放大特性可以用
　　                                               
　　估计，而Hb／Vb在一定宽的频带范围内几乎为1。所以，强地面运动的放大特性能用H/V谱比来估计。在坚硬场地上，用地面运动观测数据和地脉动数据计算出的H/V谱比值，从谱形上和大小上都很接近，可以用该方法估计场地放大。
　　3.结论
　　场地放大涉及到测试所用的方法和所用的观测资料，相同资料的两种方法的结果或相同方法的两种资料的结果通常会有差别,亦有彼此符合很好的。随着地震工程学的发展,其研究成果必将进一步促进场地放大的研究和发展。
　　参考文献
　　[1]黎家佑、高东、陈勤等,1985,禄劝地震强观测与分析,地震研究,8(增刊),67～75.
　　[2]华正兴,马云生,高龙生,1993.滇西实验场区尾波的场地放大效应.地震学报,15,572-580.
　　[3]黄玉龙,郑斯华,刘杰,赵兴权,康英(2002).华南地区地震波衰减和场地响应的研究.
　　[4]Aki,K.andChouet,B.,1975.Originofcodawaves:source,attenuation,andscatteringeffects,J.Geophys.Res.,80,3322～3342.
　　[5]NakamuraYutaka.Amethodfordynamiccharacteristicsestimationofsubsurfaceusingmicrotremorsonthegroundsurface[J].QRofRTR1,1989.
　　[6]W.R.Stephenson.HVSR,SSR,andVS30ValuesatThreeNewZealandBasinArrays.JournalofEarthquakeEngineering,11:987–1009,2007.