白國良，劉超，趙洪金，等

地球物理學

白國良，劉超，趙洪金，等

再生混凝土框架柱抗震性能試驗研究

隨著城市化進程的加速，舊城區(qū)的改造產(chǎn)生數(shù)目驚人的建筑垃圾，采用傳統(tǒng)的填埋方式不僅浪費了本已十分寶貴的土地資源同時對地下水資源帶來了二次污染；另一方面舊城區(qū)拆除就有新城區(qū)建設(shè)，所需的龐大建筑原材料供應(yīng)已十分緊張，以往開山采石的做法不僅破壞自然環(huán)境特別是引起山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害問題。再生混凝土及其結(jié)構(gòu)的適時出現(xiàn)，一方面消耗了數(shù)目驚人的建筑垃圾，另一方面變廢為寶生產(chǎn)再生混凝土解決了資源短缺的瓶頸問題。目前再生混凝土研究主要集中在材料性能與承載力方面，而在再生混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能方面的研究較少，因此本文以再生混凝土框架柱為研究對象，重點分析不同再生粗骨料取代率情況時的框架柱抗震性能。通過對再生粗骨料取代率為0%、50%、100%的3個再生混凝土框架柱進行低周反復(fù)加載的抗震性能試驗研究，分析在相同軸壓比不同取代率情況時普通混凝土與再生混凝土、不同取代率之間再生混凝土框架柱在地震荷載作用下破壞形態(tài)、滯回特性、延性性能、耗能特性等方面的差異。研究結(jié)果表明：1）再生混凝土框架柱的破壞過程與普通混凝土框架柱類似，均具有初裂-通裂-屈服-極限-破壞五個階段。從試驗數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)再生混凝土框架柱的滯回特性、延性和耗能均滿足抗震要求。因此在有抗震設(shè)防要求地區(qū)的框架中采用再生混凝土是可行的；2）隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土框架柱的抗震性能有降低趨勢，表現(xiàn)為構(gòu)件延性減小，耗能能力降低。建議該材料目前尚不適用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)和其他特種混凝土結(jié)構(gòu)；3）再生混凝土框架柱在抗震性能上較普通混凝土差，不建議直接使用原有設(shè)計方法，需通過加強構(gòu)造措施、調(diào)節(jié)軸壓比影響等方法來進行合理設(shè)計。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)分析建議框架柱箍筋加密區(qū)箍筋的最大間距減少10 mm，箍筋加密范圍應(yīng)比現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定增加50～100 mm。

來源出版物：地震工程與工程振動, 2011, 31(1): 61-66入選年份：2014

我國深部探測技術(shù)與實驗研究進展綜述

董樹文，李廷棟，陳宣華，等

摘要：目的：地球內(nèi)部物質(zhì)的物理屬性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和深部過程及其動力學機制，是地球動力學研究的實質(zhì)內(nèi)涵。深部物質(zhì)分異、調(diào)整和運移的軌跡和深層過程與動力學響應(yīng)，是理解成山、成盆、成巖、成礦和成災(zāi)過程的成因機制的核心。大陸流變學研究已經(jīng)成為發(fā)展板塊構(gòu)造理論、探索大陸動力學的核心問題。地球深部探測作為當前大陸巖石圈探測與流變學研究的系統(tǒng)工程技術(shù)，充分應(yīng)用科學最先進的技術(shù)手段、提取深部基礎(chǔ)信息、逐步揭開地球深部奧秘。由此形成的全球性主流發(fā)展趨勢，超越了板塊構(gòu)造學、大陸動力學和陸內(nèi)造山理論，為解決能源、礦產(chǎn)資源可持續(xù)供應(yīng)、提升災(zāi)害預(yù)警能力奠定了深部信息基礎(chǔ)。深部探測已經(jīng)成為地球科學發(fā)展的最后前沿之一。方法：深部探測技術(shù)與實驗研究專項（SinoProbe，2008—2012）是我國歷史上實施的規(guī)模最大的地球深部探測計劃，包括以下部分：深部物性結(jié)構(gòu)探測；大陸電磁參數(shù)標準網(wǎng)實驗研究；深部探測技術(shù)實驗與集成；深部礦產(chǎn)資源立體探測及實驗研究；地殼全元素探測技術(shù)與實驗示范；大陸科學鉆探選址與鉆探實驗；地應(yīng)力測量與監(jiān)測技術(shù)實驗研究；巖石圈三維結(jié)構(gòu)與動力學數(shù)值模擬；深部探測綜合集成與數(shù)據(jù)管理；深部探測關(guān)鍵儀器裝備研制與實驗。結(jié)果與結(jié)論：專項在全國部署了“兩網(wǎng)、兩區(qū)、四帶、多點”的探測實驗。專項開展了全國4°×4°、華北和青藏高原1°×1°的大地電磁陣列觀測，建立了全國地球化學基準網(wǎng)（含78種元素），完成了青藏高原、華南—中央造山帶、華北和東北等四條超長深地震反射剖面，部署了羅布莎、金川、騰沖、南嶺、廬樅和銅陵等大陸科學鉆探實驗，開展了青藏高原東南緣和華北地區(qū)地應(yīng)力監(jiān)測；在我國東部長江中下游和南嶺成礦帶開展的礦集區(qū)立體探測卓有成效。同時，專項還開展了巖石圈三維結(jié)構(gòu)與地球動力學數(shù)值模擬、大陸地殼結(jié)構(gòu)與演化的綜合研究。專項全面實施以來，已經(jīng)完成約6000 km的深地震反射剖面，成功研究、實驗了地殼與地幔深部探測的一系列技術(shù)方法，積累了豐富經(jīng)驗，極大地加快了我國深部探測的進度，在國內(nèi)外產(chǎn)生了強烈的反響。專項實現(xiàn)了技術(shù)組合創(chuàng)新、技術(shù)進步與重大科學發(fā)現(xiàn)的并舉，適應(yīng)我國地質(zhì)地貌條件和地殼/巖石圈結(jié)構(gòu)特征，初步形成了具有不同層次、不同尺度、不同精度探測空間組合的深部探測技術(shù)方法體系，建立了若干各具地質(zhì)特色的探測試驗基地。專項實驗已經(jīng)取得了一系列重大突破與重要成果，深部探測關(guān)鍵儀器裝備自主研發(fā)獲得重大突破，為全面開展地殼探測工程的組織實施奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

來源出版物：地球物理學報, 2012, 55(12): 3884-3901

入選年份：2014

地下洞室斷面形狀隨機性對平面SH波散射的影響

何穎，梁建文，林永星

摘要：地下洞室對彈性波的散射多年來一直是地震工程中比較引人關(guān)注的課題之一，問題可以采用解析法和數(shù)值法求解。目前，國內(nèi)外的研究中洞室斷面大都具有確定性形狀，而實際工程建設(shè)中洞室的表面或襯砌與圍巖交界面多凹凸不平，與工程設(shè)計有一定的出入。為提高工程設(shè)計的可靠性，本文對洞室斷面隨機性對平面 SH波散射的影響進行研究。利用波函數(shù)展開法、鏡像法、邊界離散方法和蒙特卡羅方法研究洞室斷面隨機性對平面SH波散射的影響。首先利用鏡像法將半空間波動問題轉(zhuǎn)化為全空間波動問題，再采用波函數(shù)展開法及邊界離散方法給出任意斷面形狀的地下洞室對平面 SH波散射的半解析解。然后利用蒙特卡羅方法隨機模擬產(chǎn)生30組以矢徑為變量的洞室斷面樣本，每組樣本12個矢徑，均服從均值為 1，標準差為 0.1的正態(tài)分布，用三次樣條函數(shù)將每組樣本矢徑端點連接起來，便構(gòu)成洞室斷面形狀。通過對30組地下洞室樣本在平面SH波入射下地表動力響應(yīng)的統(tǒng)計分析，研究洞室斷面隨機性對平面SH波散射的影響。分別求解30個不同斷面洞室在不同埋深，不同入射波頻率及不同入射角度的情況下的地表位移動力響應(yīng)幅值，并分別求得不同工況下 30組地表位移響應(yīng)幅值的均值μ和標準差σ。比較μ和μ±σ及圓形洞室的解析解可知，當入射頻率較低時，均值與圓形洞室的解析解也非常接近，說明本文對任意形狀洞室響應(yīng)的計算方法是可靠的；而當入射頻率較高時，均值與圓形洞室的解析解差別也隨之增大，說明當入射頻率較高時需要更多的樣本。分析地表位移響應(yīng)幅值的變異系數(shù)σ/μ可以看出，洞室斷面形狀隨機性對平面SH波的散射具有重要影響。當洞室斷面半徑的變異系數(shù)為0.1時，地表位移響應(yīng)幅值的變異系數(shù)可達0.97。此外，當入射頻率較低時，地表位移響應(yīng)幅值的變異系數(shù)比較小，且隨著頻率的升高變異系數(shù)逐漸增大，說明洞室凹凸不平對高頻波影響更大，或者說洞室斷面形狀變化對高頻波影響更大。當平面SH波垂直入射時，地表位移響應(yīng)幅值的變異系數(shù)較??；當波水平入射時最大；當波斜入射時介于二者之間。當洞室埋深較淺時，地表位移響應(yīng)幅值的變異系數(shù)較大，且隨著埋深增加逐漸減小。地下洞室斷面形狀隨機性對平面SH波的散射具有重要影響。當洞室斷面半徑的變異系數(shù)為 0.1時，地表位移響應(yīng)幅值變異系數(shù)可達0.97。地表位移響應(yīng)幅值的變異系數(shù)隨入射波頻率升高而增大；波垂直入射時變異系數(shù)較小，水平入射時變異系數(shù)最大，斜入射時介于二者之間；變異系數(shù)隨洞室埋深增加逐漸減小。

來源出版物：地震工程與工程振動, 2014, 34(1): 42742

入選年份：2014

一種地方與區(qū)域地震震源機制反演技術(shù)：廣義極性振幅技術(shù)（一）——原理與數(shù)值實驗

嚴川，許力生

摘要：目的：經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，波形反演技術(shù)已成為反演震源機制的最佳技術(shù)，也成為最成熟的技術(shù)，但這種技術(shù)僅適合于遠場資料或大震，至多拓展到區(qū)域資料或中強地震。對于小微地震，波形反演技術(shù)無能為力，故初動極性和振幅信息成為無二的選擇，然而相應(yīng)的反演技術(shù)還遠不成熟?？紤]到小微地震在所有地震中的占比以及震源機制解對地震學乃至整個地學研究的作用與價值，我們不難理解獲取小微地震的震源機制的重要性和迫切性。本文嘗試了一種面對區(qū)域和地方地震記錄求解小微地震震源機制的技術(shù)—廣義極性振幅技術(shù)（GPAT），并借助多種數(shù)值試驗測試了這種技術(shù)的可行性與抗干擾能力。方法：基于波場概念，抽取三分量地震記錄的P波初動信息和廣義震相最大絕對振幅信息，并為P波初動信息和振幅信息合理分配權(quán)重，構(gòu)建觀測矢量。類似地，抽取對應(yīng)的三分量合成地震圖P波初動信息和振幅信息，并為P波初動信息和振幅信息合理分配權(quán)重，構(gòu)建合成矢量。令合成矢量和觀測矢量的相關(guān)系數(shù)為目標函數(shù)，則目標函數(shù)值依賴于合成事件的震源機制、震源深度和標量地震矩大小。當合成矢量與觀測矢量一致時，合成事件的震源機制、震源深度和標量地震矩大小即是觀測事件的震源機制、震源深度和標量地震矩大小。由于此問題本身為一非線性問題，本文采用網(wǎng)格搜索技術(shù)求解，并依據(jù)目標函數(shù)對解的敏感性評價解參數(shù)的不確定性。結(jié)果：針對臺站布局、臺站數(shù)目、隨機噪聲、震中位置誤差、震源深度誤差和速度模型誤差對反演結(jié)果造成的影響，我們分別設(shè)計數(shù)值試驗進行了單一因素和綜合因素的測試，并根據(jù)結(jié)果參數(shù)與測試參數(shù)間的偏差進行分類，將偏差小于 10°的結(jié)果作為一等結(jié)果，將偏差小于 20°但大于 10°的結(jié)果作為二等結(jié)果，將偏差小于40°但大于20°的結(jié)果作為三等結(jié)果。實驗結(jié)果表明，1）臺站相對于震中的方位覆蓋對反演結(jié)果幾乎無影響；2）相對于震中張角呈90°的、大于或等于 2個以上的臺站數(shù)目對反演結(jié)果幾乎無影響；3）相對于震中張角呈 90°的 6個臺站情況下，30%的隨機噪聲會導(dǎo)致約1%～2%的三類結(jié)果；4）相對于震中張角呈90°的6個臺站情況下，3 km的震中偏差不會導(dǎo)致三類結(jié)果；但是，反演結(jié)果對震源深度比較敏感，尤其是走滑機制對震源深度最為敏感，1 km的偏差可能會導(dǎo)致三類或更糟糕的結(jié)果；5）相對于震中張角呈90°的6個臺站情況下，反演結(jié)果對模型誤差極為敏感；6）考慮30%的隨機噪聲、2 km的震中誤差、3 km的深度誤差、5%的速度模型誤差，并在臺站相對于震中呈 90°張角分布和臺站數(shù)目為6的情況下，反演結(jié)果總是包含或多說少的偏差，但65%的結(jié)果屬于一類或二類結(jié)果。結(jié)論：本文嘗試了一種面對區(qū)域和地方地震記錄求解小微地震震源機制的技術(shù)，并借助多種數(shù)值試驗測試了這種技術(shù)的可行性與抗干擾能力。數(shù)值實驗表明，這種技術(shù)是可行的，且具有良好的抗干擾能力。但在常見的諸多影響因素中，速度模型誤差的影響最大。

來源出版物：地球物理學報, 2014, 57(8): 2555-2572

入選年份：2014

橋梁抗震研究若干進展

杜修力，韓強

摘要：本文在總結(jié)最近幾次大地震橋梁震害基礎(chǔ)上，針對城市高架立交橋梁、山區(qū)高墩橋梁以及近海橋梁等重大或復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的抗震問題，指出橋梁抗震研究的一些關(guān)鍵科學問題和減輕橋梁震害的技術(shù)解決方案。在此基礎(chǔ)上，介紹了課題組近些年對橋梁抗震研究的若干新進展和主要研究成果：1）復(fù)雜受力狀態(tài)下橋梁主要構(gòu)件的抗震性能及分析模型。針對橋墩抗震性能和分析模型問題，揭示了各種復(fù)雜受力狀態(tài)下橋墩的變形特征和失效模式，建立了考慮扭彎比影響的RC橋墩的彎曲恢復(fù)力模型和扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力模型，提出了一種新型“交叉互鎖”螺旋箍筋的解決方案；使用累積概率曲線把混凝土開裂和剝落等主要損傷狀態(tài)與混凝土壓應(yīng)變和縱向鋼筋拉應(yīng)變等工程極限狀態(tài)聯(lián)系起來，為基于性能的橋梁抗震設(shè)計提供量化指標；提出雙軸壓彎作用下其承載力計算公式和彎矩—曲率計算公式，并建議在我國橋梁抗震設(shè)計中采用雙向循環(huán)試驗結(jié)果來確定RC空心橋墩的抗震性能；提出了一種考慮強度和剛度退化以及捏攏效應(yīng)的改進RC橋墩非線性滯回模型，并確定了影響該滯回模型的控制參數(shù)；針對剪力鍵抗震性能，建立能夠精確評估剪力鍵抗震性能的分析模型，提供合適的鋼筋細節(jié)構(gòu)造，以及剪力鍵和橋臺干墻接合面構(gòu)造措施，并研發(fā)了一種可復(fù)位橋臺抗震檔塊。針對土—結(jié)構(gòu)動力相互作用問題，提出了一種可完整考慮基礎(chǔ)阻抗函數(shù)中奇異性特征和正則性特征的簡便、實用且精度可控的時域地基阻抗力的計算方法。結(jié)合橋臺回填土修正雙曲線應(yīng)力—應(yīng)變特性與對數(shù)螺旋失效面理論，提出一個適用于性能抗震設(shè)計的橋臺非線性行為預(yù)測模型。針對動水壓力和結(jié)構(gòu)相互作用問題，基于線性輻射波浪理論給出水平地震作用下圓截面和橢圓截面彈性橋墩上的動水壓力解析解，并給出了考慮水—結(jié)構(gòu)動力相互作用對橋梁抗震性能的影響條件。針對橋梁地震落梁問題，研發(fā)了 2種防落梁裝置，給出了分析模型和優(yōu)化其設(shè)計參數(shù)，并分析其強震作用下防落梁效果。針對橋梁碰撞問題，提出一種三維碰撞分析模型，并在 OpenSees程序中得以實現(xiàn)。2）非規(guī)則橋梁的抗震分析理論和設(shè)計方法。針對山區(qū)高墩橋梁強震作用下震害特征和失效模式，開展多維多點地震作用下山區(qū)高墩橋梁地震模擬振臺臺陣試驗研究，提出了防曲屈支撐取代系梁的減震技術(shù)、并輔助大位移支座和防落梁裝置的減震分災(zāi)策略，提出非彈性位移反應(yīng)譜和碰撞譜為基礎(chǔ)的基于位移抗震設(shè)計方法，發(fā)展基于直接位移的山區(qū)高墩橋梁抗震設(shè)計方法。3）橋梁減隔震技術(shù)針對鉛芯橡膠隔震支座，發(fā)展了雙向耦合彈塑性模型，提出了考慮土—結(jié)構(gòu)相互作用的多維多點地震作用下隔震橋梁非線性地震反應(yīng)分析方法；開發(fā)了幾種多球面滑動摩擦隔震支座，推導(dǎo)了其計算模型，并把該模型應(yīng)用多滑動摩擦支座橋梁的地震反應(yīng)分析。4）基于纖維增強材料的橋梁抗震加固技術(shù)等方面的研究。針對FRP約束加固技術(shù)，闡明了FRP橋墩的破壞特征以及其彎曲延性、耗能以及滯回性能，提出了一種考慮有效強度系數(shù)和面積配箍率的FRP有效側(cè)向約束力的簡化計算方法，分析了FRP加固RC矩形空心截面橋墩的側(cè)向力和變形關(guān)系特性以及相關(guān)參數(shù)對其滯回性能的影響。這些研究工作為保障橋梁工程等交通基礎(chǔ)設(shè)施的抗震安全性提供了技術(shù)支持，并展望了今后橋梁抗震研究發(fā)展趨勢。

來源出版物：地震工程與工程振動, 2014, 34(4): 42749

入選年份：2014

插值公式、相關(guān)系數(shù)和采樣間隔對GRACE Follow-On星間加速度精度的影響

鄭偉，許厚澤，鐘敏，等

摘要：目的：不同于目前美國宇航局噴氣推進實驗室（NASA-JPL）和德國航天局波茲坦地學研究中心（DLR-GFZ）采用的動力學法，本文首次利用星間加速度法開展了影響GRACE Follow-On星間加速度精度的插值公式、相關(guān)系數(shù)和采樣間隔的優(yōu)化選取論證，同時基于9點Newton插值公式、相關(guān)系數(shù)（K波段測量系統(tǒng)星間距離和星間速度0.85、GPS軌道位置和軌道速度0.95、星載加速度計非保守力0.90和采樣間隔10 s，利用預(yù)處理共軛梯度法，精確和快速反演了120階GRACE Follow-On地球重力場。方法：早在20世紀60年代，Baker首次提出了利用衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星技術(shù)（SST）測量地球重力場的重要思想。自此以后，國際大地測量學界的眾多學者都積極投身于地球重力場反演方法的理論研究和模擬仿真之中。目前地球重力場反演方法主要包括6種類型：1）軌道攝動法；2）動力學法；3）能量守恒法；4）衛(wèi)星加速度法；5）半解析法；6）解析法。但直到 2000年以后，專用于地球重力場精密探測的重力衛(wèi)星CHAMP、GRACE和GOCE的成功發(fā)射及實測數(shù)據(jù)的有效處理應(yīng)用，上述反演方法才真正進入實際操作階段。衛(wèi)星加速度法包括軌道加速度法和星間加速度法。由于GPS衛(wèi)星定軌精度的限制，軌道加速度法較難建立高精度的地球重力場模型（如 CHAMP計劃）。星間加速度法的優(yōu)點是觀測方程形式簡單、物理含義明確、易于重力場的敏感度分析、在保證求解精度的前提下計算量大大降低，通常采用 PC計算機可完成高階地球重力場的快速求解；缺點是采用的數(shù)值微分算法在一定程度上損失了低頻地球重力場的精度。沈云中等于2005年導(dǎo)出了星間加速度觀測方程的簡化形式，分別基于星間速度與星間加速度模擬計算了地球重力場；Liu于2008年基于3點星間速度聯(lián)合法（3RRC）解算了地球重力場；鄭偉等于 2011年基于星間加速度法反演了120階GRACE地球重力場；Zheng等于2012年基于星間距離插值法，利用美國噴氣推進實驗室（JPL）公布的 1年的 GRACE-Level-1B實測數(shù)據(jù)，建立了 120階WHIGG-GEGM01S全球重力場模型。在上述研究建立的衛(wèi)星觀測方程中，由于引入了高精度的星間加速度觀測量，因此地球重力場反演精度得到了大幅度地改善。由于星間加速度是地球重力場精度提高的關(guān)鍵因素，同時也是主要誤差源，因此開展對星間加速度精度影響因素的分析研究是進一步提高地球重力場精度的重要保證?；谝陨显?，本文基于星間加速度法開展了插值公式、相關(guān)系數(shù)和采樣間隔對GRACE Follow-On星間加速度精度影響的研究。結(jié)果：1）適當增加數(shù)值微分公式的插值點數(shù)可有效提高插值精度?；?點Newton插值公式，星間加速度的插值誤差為4.401×10-13m/s2，分別基于7點、5點和3點插值公式，插值誤差增加了1.192倍、6.912倍和274.029倍。2）適當增大相關(guān)系數(shù)可有效降低星間加速度的誤差?；谙嚓P(guān)系數(shù)0.99，星間加速度方差為 3.777×10-24m2/s4，分別基于相關(guān)系數(shù)0.90、0.70、0.50和0.00，方差增加了9.780倍、22.404倍、26.217倍和26.820倍。3）隨著采樣間隔增大，星間加速度方差逐漸降低，但衛(wèi)星觀測值的空間分辨率也同時降低，因此合理選取采樣間隔有利于地球重力場精度的提高。4）基于9點Newton插值公式、相關(guān)系數(shù)（K波段測量系統(tǒng)星間距離和星間速度0.85、GPS軌道位置和軌道速度0.95、星載加速度計非保守力0.90）和采樣間隔10 s，利用預(yù)處理共軛梯度迭代法，精確和快速反演了120階GRACE Follow-On地球重力場，在120階處累計大地水準面精度為4.602×10-4m。結(jié)論：第一，影響星間加速度精度的3個關(guān)鍵因素包括：插值公式、相關(guān)系數(shù)和采樣間隔。1）當采樣間隔一定，隨著插值公式中插值點數(shù)的增多，信號量逐漸增加，但觀測誤差也同時增大，而且高階微分公式易于放大觀測誤差，因此適當選擇插值點數(shù)可有效優(yōu)化信噪比進而提高插值精度。2）當插值公式和采樣間隔一定，隨著相關(guān)系數(shù)的逐漸增大，星間加速度的方差逐漸減小，因此適當增大相關(guān)系數(shù)可有效提高星間加速度的精度。3）當插值公式和相關(guān)系數(shù)一定，隨著采樣間隔逐漸增大，星間加速度的方差逐漸降低，但同時衛(wèi)星觀測值的空間分辨率也相應(yīng)降低。因此，合理選取采樣間隔有利于地球重力場精度的提高。第二，基于9點Newton插值公式、相關(guān)系數(shù)（K波段測量系統(tǒng)星間距離和星間速度0.85、GPS軌道位置和軌道速度0.95、星載加速度計非保守力0.90）和采樣間隔10 s，利用衛(wèi)星加速度平滑法結(jié)合預(yù)處理共軛梯度迭代法反演了120階GRACE Follow-On地球重力場，在120階處累計大地水準面精度為4.602 ×10-4m。

來源出版物：地球物理學報, 2012, 55(3): 822-832

入選年份：2015

2011年1月19日安慶ML4.8地震的震源機制解和深度研究

謝祖軍，鄭勇，倪四道，等

摘要：目的：北京時間2011年1月19日12時07分在安徽省安慶市轄區(qū)與懷寧縣發(fā)生了ML4.8級地震，造成2000多戶房屋受損和重大的經(jīng)濟損失。本文通過地震學方法，利用安徽省及其臨近幾個省份的區(qū)域臺網(wǎng)寬頻帶數(shù)字地震儀的波形記錄，確定安慶地震的震中位置、反演其震源機制解并結(jié)合深度震相確定震源深度。在此基礎(chǔ)上根據(jù)地震活動性和地質(zhì)構(gòu)造特征探討安慶地震的發(fā)震構(gòu)造。方法：本文采用Hypo2000絕對定位方法，利用近震臺網(wǎng)記錄對安慶地震進行重新定位；采用CAP（Cut and Paste）方法反演震源機制解。CAP方法將寬頻帶數(shù)字地震記錄分為體波部分（Pnl）和面波部分，在雙力偶源的震源假設(shè)下，首先將記錄的速度波形扣除儀器響應(yīng)，旋轉(zhuǎn)成Z-R-T分量；手動拾取P波到時，然后截取窗長為35s的Pnl部分和窗長70 s的面波部分，并對Pnl部分經(jīng)寬帶為0.05～0.2 Hz、面波部分經(jīng)寬帶為0.03～0.1 Hz的4階Butterworth帶通濾波器濾波。分別計算它們的合成波形和真實記錄的誤差函數(shù)，網(wǎng)格搜索出最佳深度和震源機制解，同時確定出地震矩。在CAP方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合深度震相波形對比方法，精確確定震源深度。結(jié)果：對安慶地震進行精定位，結(jié)果經(jīng)度、緯度分別為117.097°E，30.6378°N；誤差為0.4 km；深度定位結(jié)果為5 km，誤差為4 km；擬合的到時誤差為0.25 s。利用CAP方法反演得到的震源機制解節(jié)面Ⅰ，走向131°，傾角30°，滑動角29°；節(jié)面Ⅱ，走向15°，傾角75°，滑動角116°；矩震級為4.3。該結(jié)果60%的震相擬合互相關(guān)系數(shù)大于 0.8，屬于強相關(guān)，能夠很好地擬合研究區(qū)域的近震波形數(shù)據(jù)。通過對速度結(jié)構(gòu)模型、定位結(jié)果以及數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面可能引起的誤差進行分析，震源機制解的精度應(yīng)該在5°以內(nèi)，在現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)下，結(jié)果是穩(wěn)定的。CAP方法得到的最佳深度為 4 km左右，結(jié)合深度震相對P+sP，PmP+sPmP，精確確定本次地震的震源深度在5 km附近，精度在1 km以內(nèi)。為了進一步驗證這一深度結(jié)果的可靠性，我們將震源深度設(shè)置為4 km，計算10個臺站的理論地震圖，并與觀測地震圖進行了比較。我們對理論和觀測地震圖都進行了濾波，濾波范圍為0.05 Hz～0.2 Hz。比較結(jié)果顯示，不僅P波、S波和面波振幅吻合度很高，而且各自的到時也能很好的吻合。此外，從面波的振幅來看，理論地震圖和觀測地震圖的面波振幅大小以及體波和面波振幅比都有良好的一致性，這在很大程度上驗證了震源機制解和震源深度結(jié)果的準確性。結(jié)論：地震震中位置和震源機制解顯示，此次地震應(yīng)該發(fā)生在郯廬斷裂帶附近的宿松-樅陽斷裂上，屬于華南塊體向北推進過程中產(chǎn)生的推覆構(gòu)造作用所致，與郯廬斷裂帶的左旋走滑活動存在著一定的差異，安慶地震可能并不意味著郯廬斷裂帶南端構(gòu)造開始活化。綜合 CAP方法和深度震相的研究結(jié)果，我們認為該地震的最佳震源深度為4～5 km，屬于淺源地震。

來源出版物：地球物理學報, 2012, 55(5): 1624-1634

入選年份：2015

新型可更換連梁研究進展

呂西林，陳云，蔣歡軍

摘要：聯(lián)肢剪力墻是高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛采用的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，而連梁是聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)中主要的耗能構(gòu)件。但近年來國內(nèi)外發(fā)生的幾次強震震害表明，傳統(tǒng)聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)在強震時連梁會遭到嚴重破壞，而且震后不易修復(fù)或修復(fù)的代價昂貴?？筛鼡Q連梁能夠?qū)⑦B梁的損傷集中在可更換的特定部位，有利于震后快速修復(fù)。近年來，國內(nèi)外的學者對可更換連梁進行了初步的研究并取得了一系列的成果。鑒于目前對可更換連梁缺乏一個統(tǒng)一的明確的定義，本文提出了可更換連梁的定義和分類。可更換連梁表述為一種在地震后易于修復(fù)或更換的連梁，連梁自身為鋼筋混凝土連梁、鋼連梁或組合連梁，構(gòu)造方式包括對連梁的部分截面進行削弱，或者在連梁上附加一個阻尼耗能部件，或者連梁整體通過某種易于拆卸的方式與墻體相連接。從可更換連梁的受力特點來看，可更換連梁可分為剪切屈服型、彎曲屈服型和彎剪屈服型?？筛鼡Q連梁在構(gòu)造上具有一些共性，即一般要用到高強螺栓和鋼材，使連梁的受損部位具有易于拆卸和更換的特點。論文重點對目前國內(nèi)外可更換連梁的研究進展進行了全面闡述，包括在美國、中國、日本、韓國和加拿大等國家的研究進展。通過分析發(fā)現(xiàn)，目前應(yīng)用最為廣泛的可更換連梁是在連梁的跨中安裝阻尼耗能部件，既能夠有效耗能又能實現(xiàn)強震后易于修復(fù)的功能。但已有的部分連梁阻尼器的變形能力和耗能能力不足，需要進一步改進。除此之外，簡要介紹了作者提出的3種可更換連梁金屬阻尼器，并給出了其相應(yīng)的構(gòu)造特征和試驗結(jié)果。展望可更換連梁的研究前景，作者認為附加耗能部件的可更換連梁具有較大的優(yōu)勢和價值，是未來研究的重點和熱點。如何開發(fā)出適用于連梁的、承載力和剛度較大的、耗能能力較強的耗能部件是研究的關(guān)鍵。附加的耗能部件還應(yīng)具有連接方便、造價較低、性能可靠和易于施工的優(yōu)點。除此之外，關(guān)于可更換連梁及其整體結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計方法也需要不斷完善，從而改善聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能和降低結(jié)構(gòu)在整個使用周期內(nèi)的成本。

來源出版物：地震工程與工程振動, 2013, 33(1): 42962入選年份：2015

松潘—甘孜地塊東部、川滇地塊北部與四川盆地西部的地殼剪切波分裂

石玉濤，高原，張永久，等

摘要：目的：地殼中廣泛地存在著各向異性介質(zhì)。介質(zhì)的各向異性特征與地殼運動特征密切相關(guān)。剪切波分裂是研究地下各向異性介質(zhì)特性的有效手段。受到青藏高原的東西拉張作用，及鮮水河、安寧河等活動斷裂的控制，川西內(nèi)部的各塊體受力狀態(tài)不同，內(nèi)部變形表現(xiàn)出明顯的局部化構(gòu)造特征。利用剪切波分裂分析松潘-甘孜地塊東部、川滇地塊北部以及四川盆地西部的地殼各向異性及空間分布，進而對區(qū)域各向異性特征與構(gòu)造之間的關(guān)聯(lián)，以及青藏高原東緣和東南緣的地殼介質(zhì)應(yīng)力應(yīng)變特性進行探討。方法：本研究利用四川區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)2000年1月至2010年4月的地震波形資料，使用剪切波分裂系統(tǒng)分析法——SAM 方法，研究松潘-甘孜地塊東部、川滇地塊及四川盆地西部的地殼介質(zhì)各向異性。該方法是在相關(guān)函數(shù)的基礎(chǔ)上提出的一種自我檢驗的分析方法，包括相關(guān)函數(shù)計算，時間延遲校正和偏振分析檢驗。該方法得到的結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性比較強。結(jié)果：本研究獲得了研究區(qū)內(nèi) 44個臺站的快剪切波偏振方向和慢剪切波的時間延遲。剪切波分裂參數(shù)的空間分布特征顯示，由于受到區(qū)域主壓應(yīng)力場以及局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，快剪切波的偏振方向表現(xiàn)出復(fù)雜的特征。以安縣為界，龍門山斷裂帶分為北東段和西南段，北東段的快剪切波的偏振方向為北東向，與斷裂帶走向基本一致；西南段的快剪切波的優(yōu)勢偏振方向為北西向，與斷裂帶走向斜交。以小金河斷裂為界，川滇菱形地塊分為西北部和東南部，西北部的快剪切波的偏振方向近東西向，東南部的快剪切波偏振方向北北西向。從時間延遲分布上看，龍門山斷裂帶北東段的慢剪切波的時間延遲總體上小于西南段。青川斷裂北側(cè)和南側(cè)地震的快剪切波偏振方向分別為近南北向和近東西向，北側(cè)地震的慢剪切波的時間延遲大于該斷裂南側(cè)地震的慢剪切波時間延遲。討論：快剪切波的偏振方向受到區(qū)域主壓應(yīng)力場以及局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，在活動性較強的有走滑性質(zhì)的斷裂上及近鄰，快剪切波的偏振方向與斷裂的走向趨于一致，例如位于鮮水河斷裂上的臺站，其快剪切波的偏振方向與斷裂的走向一致。然而，在構(gòu)造活動比較強烈的塊體，例如川滇菱形塊體內(nèi)部，快剪切波的偏振方向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向一致。在構(gòu)造較為復(fù)雜的青川斷裂上，來自青川斷裂南北兩側(cè)的地震顯示出剪切波分裂參數(shù)的不同特征。青川斷裂北側(cè)和南側(cè)地震的快剪切波的偏振方向分別為近南北向和近東西向，同時，斷裂北側(cè)地震的慢剪切波的時間延遲大于該斷裂南側(cè)地震的慢剪切波時間延遲，進一步顯示出剪切波分裂參數(shù)的局域化特征。本研究表明，在構(gòu)造變形強烈且極為復(fù)雜的南北地震帶中南段，地殼剪切波分裂顯示了與構(gòu)造和應(yīng)力密切相關(guān)的分布特征。

來源出版物：地球物理學報, 2013, 56(2): 481-494

入選年份：2015

接地源瞬變電磁短偏移深部探測技術(shù)

薛國強，陳衛(wèi)營，周楠楠，等

摘要：目的：我國淺部礦產(chǎn)資源已日益殆盡，亟需開展地下500～2000 m深度范圍內(nèi)的礦產(chǎn)勘探與開發(fā)，研發(fā)新型電磁法工作形式是實現(xiàn)這一目的有效途徑之一。本文基于時間域接地線源電磁法的優(yōu)越性，提出一種新型的瞬變電磁工作裝置-電性源短偏移距瞬變電磁法（Short-offset Transient Electromagnetic Method，簡稱SOTEM）。并通過對探測能力、數(shù)據(jù)解釋和施工方法的研究，形成SOTEM深部探測技術(shù)。方法：利用雙極性階躍波激發(fā)場源，可將自有場和輻射場在時間上分開，由此獲得隨時間衰減的純二次場。SOTEM 通過觀測這種純二次場，可在較小的偏移距獲得很大的探測深度。從均勻半空間歸一化垂直磁場出發(fā)得到全期視電阻率電阻率的隱式表達式，采用最小二乘法通過選擇一系列典型斷面來求解對應(yīng)各區(qū)間的擬合系數(shù)便可以得到全期視電阻率的擬合表達式?；谒沧冸姶诺闹苯訒r域分析，取給定擴散深度所需時間的4倍為探測該深度所需的實際時間，由此確定SOTEM的視深度估算公式。最后，為驗證SOTEM探測深部目標體的有效性，在河南葉縣某地進行了深部鹽溶空腔的探測試驗。工作參數(shù)選取偏移距700～1000 m，發(fā)射源長度1000 m，發(fā)射基頻1 Hz，發(fā)射電流20 A，測量參數(shù)為垂直感應(yīng)電壓，接收探頭有效面積40000 m2。結(jié)果：不考慮信噪比和接收機靈敏度的情況下，瞬變電磁法的探測深度僅由觀測時間和地電結(jié)構(gòu)決定，和裝置類型、發(fā)收距離等無關(guān)。不同偏移處D型地電模型的垂直磁場衰減曲線表明，較小偏移距處的曲線對低阻基底的反映更加明顯。利用多項式擬合法求取的全期視電阻率有效地克服了早、晚期視電阻率僅反映淺部和深部地層電性的不足，能夠在全期探測時間內(nèi)對地層的真實電性變化做出刻畫。利用SOTEM法成功探測到1400 m深度處的低阻鹽溶空腔，探測成果得到鉆孔驗證。結(jié)論：采用階躍脈沖波形作為激發(fā)源，在滿足信噪比和接收機靈敏度的情況下，短偏移SOTEM不僅具有長偏移LOTEM的深部探測能力，而且隨著偏移距由大到小，曲線特征從平緩模糊變得陡峭明顯，說明SOTEM對地層有更好的分辨能力。當測區(qū)構(gòu)造較復(fù)雜時，較小的偏移距具有更小的體積效應(yīng)，記錄點問題更易處理，解釋結(jié)果的確定性更強。較小的偏移距還顯著提高了施工效率。深部鹽礦溶腔探測試驗表明，用小于目標體埋藏深度的偏移距進行測量可實現(xiàn)大深度的探測，驗證了SOTEM的勘探效果。采用SOTEM時，由于收發(fā)距離較小，長接地導(dǎo)線不能再用電偶極子近似，需要有比沿線做電偶極子積分更精確的理論公式，如以時變點電荷為微元的理論公式，作為進一步的研究基礎(chǔ)。此外，接地導(dǎo)線源SOTEM對高阻體的探測能力，其他電磁場分量在不同環(huán)境、不同地質(zhì)任務(wù)中的應(yīng)用等，都將是今后要繼續(xù)深入研究的方向。

來源出版物：地球物理學報, 2013, 56(1): 255-261

入選年份：2015

2014年云南魯?shù)镸S6.5地震序列的雙差定位

王未來，吳建平，房立華，等

摘要：目的：據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，北京時間2014年8月3日16時30分，在云南省昭通市魯?shù)榭h（27.1°N，103.3°E）發(fā)生了Ms6.5地震（簡稱魯?shù)榈卣穑?，震源深?2 km。此次魯?shù)榈卣鸢l(fā)生在昭通斷裂中段西側(cè)，而其余震分布并非沿著昭通斷裂的NE走向，主震震源機制以走滑特性為主，也非昭通斷裂的逆沖特性，表明此次地震發(fā)震斷層非昭通斷裂。因此，有必要詳細研究此次魯?shù)榈卣鹦蛄械奶卣?，進一步探討地震與斷裂的關(guān)系。方法：利用中國地震臺網(wǎng)中心2014年8月3日至19日的震相觀測報告，采用雙差定位方法，對主震及其余震序列進行重新定位。重新定位采用的一維速度模型參考天然地震和人工地震的觀測結(jié)果綜合構(gòu)建。對重新定位結(jié)果按照地震分布特征進行垂向剖面投影，探討地震序列的空間分布特征及其構(gòu)造意義。結(jié)果：重定位后的震中分布圖像顯示，魯?shù)榈卣鹬髡鹞挥?7.109°N，103.354°E，震源深度約15 km。重定位后沿著緯度方向、經(jīng)度方向和深度方向的定位殘差分別為0.712 km、0.800 km和1.520 km，走時殘差為0.220 s。重新定位后地震序列的空間分布特征顯示：1）余震序列主要呈“L”形優(yōu)勢分布，分為SSE向和近EW向兩支，擬合優(yōu)勢分布兩支的走向分別為155°和265°，二者長度均為15 km左右。魯?shù)榈卣鹦蛄薪麰W向條帶分布在昭通-魯?shù)閿嗔训奈鱾?cè)，而SSE向條帶垂直穿過昭通斷裂。根據(jù)余震序列分布特征，認為魯?shù)镸s6.5地震的破裂區(qū)域也呈“L”形分布。2）地震序列橫截面圖像顯示，“L”形余震帶SSE向和近EW向兩支均呈現(xiàn)近垂直向北東微傾的震源分布特征，具有走滑型地震的典型特征；位于近EW向地震條帶北側(cè)零星的地震在一定程度上組成了第二個EW向條帶，可能是平行于EW向破裂帶的小破裂導(dǎo)致的。3）雖然魯?shù)榈卣鸢l(fā)生在NE向昭通斷裂及其反沖斷裂（龍樹斷裂、大巖洞斷裂）附近，但這兩個斷裂均為逆沖型斷裂，排除了它們作為發(fā)震斷裂的可能性；魯?shù)榈卣鹗窃谛『訑嗔押桶熔駭嗔训穆?lián)接處附近發(fā)生的，地震可能在深部已將兩個斷裂貫通，同時受兩個斷裂走向的控制，余震序列呈現(xiàn)出兩個不同的優(yōu)勢方向分布。4）魯?shù)榈卣鹗侵袊髂系貐^(qū)在新地震活躍期中繼汶川地震和蘆山地震后的又一次重大地震。在接近魯?shù)檎饏^(qū)附近，反沖斷裂龍樹斷裂、大巖洞斷裂均向昭通斷裂方向彎曲，間距變窄，與本次發(fā)震斷裂小河斷裂和包谷垴斷裂交叉，呈現(xiàn)放射狀。從力學角度來看，斷裂交匯地帶是區(qū)域應(yīng)力調(diào)整的關(guān)鍵地區(qū)，魯?shù)榈卣稹癓”型破裂與此地區(qū)多斷裂的應(yīng)力集中有關(guān)。結(jié)論：重定位結(jié)果顯示，此次魯?shù)榈卣鹬髡鹞挥?7.11°N，103.35°E，震源深度約 15 km；地震序列主要呈“L”形優(yōu)勢分布，分為SSE向和近EW向兩支，并均呈現(xiàn)近垂直的震源分布特征，顯示此次地震為走滑型，并存在兩個不同方向的破裂面。魯?shù)榈卣鸢l(fā)生在呈放射性分布的多條斷裂的交匯部位，SSE向破裂分支與包谷垴斷裂的方向一致，近EW向破裂分支與小河斷裂南端的走向一致。魯?shù)榈卣鹂赡芤褜熔駭嗔押托『訑嗔言谏畈控炌ā?/p>

來源出版物：地球物理學報, 2014, 57(9): 3042-3051

入選年份：2015

魯?shù)?.5級地震發(fā)震斷層判定及其構(gòu)造屬性討論

徐錫偉，江國焰，于貴華，等

摘要：據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，北京時間 2014年 8月3日16時30分云南省昭通市魯?shù)榭h發(fā)生了Ms6.5級地震，簡稱魯?shù)榈卣穑鹬谢蚱鹗计屏腰c位于27.1°N，103.3°E，震源深度約12 km。本次地震極震區(qū)地震烈度最高達Ⅸ，面積 90 km2（http://www.gov.cn/xinwen/ 2014-08/07/content_2731360.htm），地震災(zāi)害特別嚴重，特別是地震造成的滑坡、崩塌等現(xiàn)象普遍，人員傷亡嚴重，截至2014年8月12日地震共造成617人遇難，112人失蹤（http://www.Huaxia.com/zk/sszk/wz/2014/08/ 4022958.html）。地震考察表明，地震烈度極震區(qū)長軸方向呈NNW至SSE向，反映出引起地震災(zāi)害的地震動沿NNW向衰減較NEE向要慢，衰減較慢的方向一般與破裂擴展方向一致，據(jù)此推測魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)震斷層應(yīng)為NNW 走向斷層；極震區(qū)存在少量斜切道路、山坡等帶有左旋走滑性質(zhì)的羽列狀張剪切地表裂縫，主要沿NNW 向包谷垴—小河斷裂分布，結(jié)合重新定位的主震和余震密集地沿NNW向條帶狀分布特征，進一步證實魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)震斷層為 NW 向包谷垴—小河斷裂。此外，重新定位的主震和NNW向余震密集反映出魯?shù)榈卣鸩]發(fā)生在川滇菱形塊體與穩(wěn)定的華南地塊交接地帶主邊界斷裂帶，即安寧河—則木河—小江斷裂帶上，而是發(fā)生在其東NE向昭通—蓮峰斷裂帶附近，余震密集條帶主要呈NNW向展布，切割NE向昭通—蓮峰斷裂帶，顯示出NNW向包谷垴—小河斷裂是川滇菱形塊體向南南東向運動在其東部主邊界帶上形成的一條新生活動斷層，形成時間晚于NE向昭通—蓮峰斷裂帶，左旋走滑性質(zhì)，屬新生的大涼山斷裂南端部組成部分。與西側(cè)安寧河斷裂和則木河斷裂，東側(cè)馬邊—鹽津斷裂一起組成了青藏高原最東緣與華南地塊相互作用形成的前緣最新構(gòu)造變形帶，分解了鮮水河—小江斷裂系的左旋走滑分量。據(jù)魯?shù)榈卣疣徑貐^(qū)少量GPS監(jiān)測資料可知，1999—2013年期間在包谷垴—小河斷裂東、西兩側(cè)GPS測點運動矢量存在明顯差異，西側(cè)運動方向為SSE向，量值約為10 mm/a左右，而東側(cè)運動方向為SE向，量值在6 mm/a左右，由此可得包谷垴—小河斷裂震前區(qū)域左旋應(yīng)變速率可達 3 mm/a左右，并帶有1 mm/a左右近東西向拉伸應(yīng)變速率，可以解釋為什么震源機制解NW向節(jié)面帶有少量正斷傾滑分量的原因。庫侖應(yīng)力計算表明，魯?shù)榈卣鹌陂gNW向包谷垴—小河斷裂的同震錯動對則木河斷裂、大涼山斷裂南段、五蓮峰斷裂西段和昭通—魯?shù)閿嗔盐鞫蔚扔胁煌潭燃虞d作用，未來應(yīng)關(guān)注這些斷裂的歷史地震空段，特別是大涼山斷裂中南段和則木河斷裂南段發(fā)生大地震的可能性。

來源出版物：地球物理學報, 2014, 57(9): 3060-3068

入選年份：2015

考慮SSI效應(yīng)的核反應(yīng)堆及地表地震反應(yīng)

徐磊，陳國興

摘要：在核電站結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，土與結(jié)構(gòu)動力的相互作用效應(yīng)（Soil-structure interaction，以下簡稱SSI）分析一直是一項十分重要的內(nèi)容。該相互作用效應(yīng)的存在會直接影響到核島結(jié)構(gòu)附近場地及其上部結(jié)構(gòu)的動力特性，進而影響到核電結(jié)構(gòu)、設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)以及核電站的地震安全性和及經(jīng)濟性。目前，CPR100型核電站是國內(nèi)自主化水平、成熟性、經(jīng)濟性等各方面綜合比較最佳的核電技術(shù)方案，是我國可以在“十二五”期間實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的百萬千瓦級的一種改進核電技術(shù)方案。本文正是以 CPR1000 型核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)為工程背景，研究了 SSI對于核島場地以及結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響。以ABAQUS/Standard作為研究的平臺，建立場地模型，假設(shè)場地為水平成層、均質(zhì)且各向同性的黏彈性體，巖土體下臥基巖視為半無限空間，基巖以下的反射波在基巖內(nèi)全部被吸收?；趧偠?、質(zhì)量等效原理，將CPR1000型核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)（安全殼結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及筏板基礎(chǔ)）簡化為多質(zhì)點集中質(zhì)量模型，以剪切變形梁單元模擬上部安全殼、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和筏板基礎(chǔ)。然后建立CPR1000 型核島反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)與地基土相互作用二維模型，水平向輸入地震動視為豎向入射SH波，基巖面視為固定剛性面，場地計算區(qū)域兩側(cè)采用豎向約束、水平向自由的人工邊界。選取低頻豐富的近場Loma Prieta波以及中高頻較豐富的遠場武都波作為基巖輸入地震波。最后，基于選取兩側(cè)方向7倍基礎(chǔ)半徑范圍場地模型尺寸，分別建立了考慮反應(yīng)堆與地基土相互作用體系模型和剛性地基（即不考慮 SSI 效應(yīng)，以下簡稱NonSSI）體系的兩種計算模型，峰值加速度均調(diào)幅為0.3 g，并針對反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)各節(jié)點相對水平位移、峰值加速度及結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度反應(yīng)β譜進行了計算與對比分析，較為系統(tǒng)研究了SSI效應(yīng)對于核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及附近場地地表地震反應(yīng)的影響。從數(shù)值分析的結(jié)果可以看出：1）SSI效應(yīng)的存在對距離反應(yīng)堆約2倍基礎(chǔ)半徑范圍內(nèi)的地表PGA起著有利的積極作用，對核反應(yīng)堆附近 5～7倍基礎(chǔ)半徑范圍場地地表 PGA影響較大且超過 15%；故本文建議在分析核反應(yīng)堆地震特性時應(yīng)選取合理的場地大小進行研究分析。2）SSI效應(yīng)使核島場地的基本周期延長0.04 s。3）不論是近震作用還是遠震作用，由于 SSI 效應(yīng)使該SSI體系的動力特性變得更柔性，SSI效應(yīng)對反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)節(jié)點的地震反應(yīng)起著不利的消極作用。4）SSI 效應(yīng)使核反應(yīng)堆安全殼結(jié)構(gòu)AQQ、內(nèi)部結(jié)構(gòu) IS的基本周期由0.24s和0.18s分別延長至0.4 s和0.26 s，使安全殼結(jié)構(gòu)AQQ、內(nèi)部結(jié)構(gòu) IS的相對位移分別增大43%～76%和 26%～59%，使兩者的峰值加速度分別增大 31%～65%和12%～75%。

來源出版物：地震工程與工程振動, 2015, 35(1): 28-37

入選年份：2015

巖石的等效孔隙縱橫比反演及其應(yīng)用

李宏兵，張佳佳，姚逢昌

摘要：目的：非均質(zhì)儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)育多種孔隙類型，巖石的速度與孔隙度之間的關(guān)系高度分散，強烈影響到地震儲層預(yù)測與烴類檢測的精度。本文通過融合Gassmann方程和DEM解析模型，提出根據(jù)縱波（和橫波）速度反演巖石等效孔隙縱橫比進行儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價和橫波速度預(yù)測的方法。方法：利用縱波（和橫波）速度采用DEM解析模型和Gassmann方程反演巖石的等效孔隙縱橫比并進行橫波速度預(yù)測和儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價。首先，基于Gassmann方程和DEM解析模型建立巖石的縱、橫波速度與密度、孔隙度、飽和度和礦物組份等各參數(shù)之間的關(guān)系；其次，將巖石孔隙等效為具有單一縱橫比的理想橢球孔，應(yīng)用非線性全局尋優(yōu)算法來尋找最佳的等效孔隙縱橫比使得理論預(yù)測與實際測量的彈性模量之間的誤差最?。蛔詈?，將反演得到的等效孔隙縱橫比代入到Gassmann方程和DEM解析模型中構(gòu)建橫波速度，利用等效孔隙縱橫比對儲層的孔隙類型及裂縫發(fā)育程度進行評價。結(jié)果：從實驗室測量的干燥巖石樣品等效孔隙縱橫比反演結(jié)果來看，兩種干燥巖石樣品的孔隙縱橫比都隨有效壓力的增加而增大。對于孔隙型砂巖樣品，當有效壓力從0增加到100 MPa時，孔隙縱橫比從0.08增加到0.15。對于裂縫型花崗巖樣品，當有效壓力從5增加到100 MPa時，孔隙縱橫比從0.009增加到 0.023。表明，本文的方法既可以反演得到像裂縫型儲層如花崗巖的低孔隙縱橫比，又可以反演得到像孔隙型儲層如砂巖的高孔隙縱橫比，利用這些孔隙縱橫比數(shù)據(jù)就可以對儲層的孔隙結(jié)構(gòu)進行評價。從實驗室測量的飽和砂巖等效孔隙縱橫比反演和橫波速度預(yù)測結(jié)果來看，只用縱波速度資料反演得到的等效孔隙縱橫比，與同時用縱、橫波速度反演得到的等效孔隙縱橫比比較接近，說明單純利用縱波資料反演等效孔隙縱橫比是可信的，進一步證明提出的由孔隙縱橫比預(yù)測橫波的方法是正確的。對于砂巖來說，總體上，在孔隙度大于15%時，孔隙縱橫比分布比較穩(wěn)定，在0.15上下變化；而在孔隙度小于15%時，孔隙縱橫比的變化范圍較大。泥質(zhì)含量低，巖石的孔隙度低，但是孔隙縱橫比與泥質(zhì)含量相關(guān)性差。絕大多數(shù)樣品預(yù)測的橫波速度與實測值吻合良好，僅有兩個樣品的橫波速度預(yù)測結(jié)果與實測存在較大偏差，這說明碎屑砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)可以用孔隙縱橫比來表征。本方法預(yù)測的結(jié)果與經(jīng)典的 Xu-White模型預(yù)測結(jié)果相比精度更高，Xu-White模型預(yù)測的橫波速度整體偏高，這說明我們提出的基于孔隙縱橫比反演的橫波速度預(yù)測方法更加合理可信。從實際測井數(shù)據(jù)反演等效孔隙縱橫比和預(yù)測橫波速度結(jié)果來看，只用縱波速度反演的等效孔隙縱橫比與同時用縱、橫波速度反演的等效孔隙縱橫比幾乎完全吻合。該儲層段孔隙縱橫比主要分布在0.18～0.32之間，大部分位于0.2附近，說明該段儲層為孔隙型儲層。此外，還有一部分儲層的等效孔隙縱橫比達到 1，接近于球孔，這部分對應(yīng)的縱波速度相對都很高。由縱波中提取的橫波與實測橫波吻合良好，幾乎一致，說明本方法從實測聲波資料中提取的橫波信息是可靠的，可以得到準確的結(jié)果。結(jié)論：孔隙縱橫比描述了孔隙的幾何特征，本文通過將巖石孔隙等效為具有單一縱橫比的理想橢球孔，從縱波數(shù)據(jù)中來反演等效孔隙縱橫比用于儲層的孔隙結(jié)構(gòu)評價。這種方法采用的巖石物理模型是從微分等效介質(zhì)理論推導(dǎo)出的解析公式，具有嚴格的物理意義。既彌補了經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜔o法描述孔隙形狀的不足，突破了經(jīng)驗?zāi)Ｐ腿缗R界孔隙度模型所假設(shè)的模量比為常數(shù)，與孔隙度無關(guān)的局限，又可以準確反映不同巖性的彈性模量及其模量比隨孔隙度的變化特征。

來源出版物：地球物理學報, 2013, 56(2): 608-615

入選年份：2015