地球物理学

白国良，刘超，赵洪金，等

地球物理学

白国良，刘超，赵洪金，等

再生混凝土框架柱抗震性能试验研究

随着城市化进程的加速，旧城区的改造产生数目惊人的建筑垃圾，采用传统的填埋方式不仅浪费了本已十分宝贵的土地资源同时对地下水资源带来了二次污染；另一方面旧城区拆除就有新城区建设，所需的庞大建筑原材料供应已十分紧张，以往开山采石的做法不仅破坏自然环境特别是引起山体滑坡等地质灾害问题。再生混凝土及其结构的适时出现，一方面消耗了数目惊人的建筑垃圾，另一方面变废为宝生产再生混凝土解决了资源短缺的瓶颈问题。目前再生混凝土研究主要集中在材料性能与承载力方面，而在再生混凝土结构抗震性能方面的研究较少，因此本文以再生混凝土框架柱为研究对象，重点分析不同再生粗骨料取代率情况时的框架柱抗震性能。通过对再生粗骨料取代率为0%、50%、100%的3个再生混凝土框架柱进行低周反复加载的抗震性能试验研究，分析在相同轴压比不同取代率情况时普通混凝土与再生混凝土、不同取代率之间再生混凝土框架柱在地震荷载作用下破坏形态、滞回特性、延性性能、耗能特性等方面的差异。研究结果表明：1）再生混凝土框架柱的破坏过程与普通混凝土框架柱类似，均具有初裂-通裂-屈服-极限-破坏五个阶段。从试验数据分析可以发现再生混凝土框架柱的滞回特性、延性和耗能均满足抗震要求。因此在有抗震设防要求地区的框架中采用再生混凝土是可行的；2）随着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趋势，表现为构件延性减小，耗能能力降低。建议该材料目前尚不适用于预应力混凝土结构、轻骨料混凝土结构和其他特种混凝土结构；3）再生混凝土框架柱在抗震性能上较普通混凝土差，不建议直接使用原有设计方法，需通过加强构造措施、调节轴压比影响等方法来进行合理设计。结合试验数据分析建议框架柱箍筋加密区箍筋的最大间距减少10 mm，箍筋加密范围应比现行规范规定增加50～100 mm。

来源出版物：地震工程与工程振动, 2011, 31(1): 61-66入选年份：2014

我国深部探测技术与实验研究进展综述

董树文，李廷栋，陈宣华，等

摘要：目的：地球内部物质的物理属性、结构构造和深部过程及其动力学机制，是地球动力学研究的实质内涵。深部物质分异、调整和运移的轨迹和深层过程与动力学响应，是理解成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程的成因机制的核心。大陆流变学研究已经成为发展板块构造理论、探索大陆动力学的核心问题。地球深部探测作为当前大陆岩石圈探测与流变学研究的系统工程技术，充分应用科学最先进的技术手段、提取深部基础信息、逐步揭开地球深部奥秘。由此形成的全球性主流发展趋势，超越了板块构造学、大陆动力学和陆内造山理论，为解决能源、矿产资源可持续供应、提升灾害预警能力奠定了深部信息基础。深部探测已经成为地球科学发展的最后前沿之一。方法：深部探测技术与实验研究专项（SinoProbe，2008—2012）是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划，包括以下部分：深部物性结构探测；大陆电磁参数标准网实验研究；深部探测技术实验与集成；深部矿产资源立体探测及实验研究；地壳全元素探测技术与实验示范；大陆科学钻探选址与钻探实验；地应力测量与监测技术实验研究；岩石圈三维结构与动力学数值模拟；深部探测综合集成与数据管理；深部探测关键仪器装备研制与实验。结果与结论：专项在全国部署了“两网、两区、四带、多点”的探测实验。专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测，建立了全国地球化学基准网（含78种元素），完成了青藏高原、华南—中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面，部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验，开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测；在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效。同时，专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究。专项全面实施以来，已经完成约6000 km的深地震反射剖面，成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法，积累了丰富经验，极大地加快了我国深部探测的进度，在国内外产生了强烈的反响。专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举，适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征，初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系，建立了若干各具地质特色的探测试验基地。专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果，深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破，为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础。

来源出版物：地球物理学报, 2012, 55(12): 3884-3901

入选年份：2014

地下洞室断面形状随机性对平面SH波散射的影响

何颖，梁建文，林永星

摘要：地下洞室对弹性波的散射多年来一直是地震工程中比较引人关注的课题之一，问题可以采用解析法和数值法求解。目前，国内外的研究中洞室断面大都具有确定性形状，而实际工程建设中洞室的表面或衬砌与围岩交界面多凹凸不平，与工程设计有一定的出入。为提高工程设计的可靠性，本文对洞室断面随机性对平面 SH波散射的影响进行研究。利用波函数展开法、镜像法、边界离散方法和蒙特卡罗方法研究洞室断面随机性对平面SH波散射的影响。首先利用镜像法将半空间波动问题转化为全空间波动问题，再采用波函数展开法及边界离散方法给出任意断面形状的地下洞室对平面 SH波散射的半解析解。然后利用蒙特卡罗方法随机模拟产生30组以矢径为变量的洞室断面样本，每组样本12个矢径，均服从均值为 1，标准差为 0.1的正态分布，用三次样条函数将每组样本矢径端点连接起来，便构成洞室断面形状。通过对30组地下洞室样本在平面SH波入射下地表动力响应的统计分析，研究洞室断面随机性对平面SH波散射的影响。分别求解30个不同断面洞室在不同埋深，不同入射波频率及不同入射角度的情况下的地表位移动力响应幅值，并分别求得不同工况下 30组地表位移响应幅值的均值μ和标准差σ。比较μ和μ±σ及圆形洞室的解析解可知，当入射频率较低时，均值与圆形洞室的解析解也非常接近，说明本文对任意形状洞室响应的计算方法是可靠的；而当入射频率较高时，均值与圆形洞室的解析解差别也随之增大，说明当入射频率较高时需要更多的样本。分析地表位移响应幅值的变异系数σ/μ可以看出，洞室断面形状随机性对平面SH波的散射具有重要影响。当洞室断面半径的变异系数为0.1时，地表位移响应幅值的变异系数可达0.97。此外，当入射频率较低时，地表位移响应幅值的变异系数比较小，且随着频率的升高变异系数逐渐增大，说明洞室凹凸不平对高频波影响更大，或者说洞室断面形状变化对高频波影响更大。当平面SH波垂直入射时，地表位移响应幅值的变异系数较小；当波水平入射时最大；当波斜入射时介于二者之间。当洞室埋深较浅时，地表位移响应幅值的变异系数较大，且随着埋深增加逐渐减小。地下洞室断面形状随机性对平面SH波的散射具有重要影响。当洞室断面半径的变异系数为 0.1时，地表位移响应幅值变异系数可达0.97。地表位移响应幅值的变异系数随入射波频率升高而增大；波垂直入射时变异系数较小，水平入射时变异系数最大，斜入射时介于二者之间；变异系数随洞室埋深增加逐渐减小。

来源出版物：地震工程与工程振动, 2014, 34(1): 42742

入选年份：2014

一种地方与区域地震震源机制反演技术：广义极性振幅技术（一）——原理与数值实验

严川，许力生

摘要：目的：经数十年的发展，波形反演技术已成为反演震源机制的最佳技术，也成为最成熟的技术，但这种技术仅适合于远场资料或大震，至多拓展到区域资料或中强地震。对于小微地震，波形反演技术无能为力，故初动极性和振幅信息成为无二的选择，然而相应的反演技术还远不成熟。考虑到小微地震在所有地震中的占比以及震源机制解对地震学乃至整个地学研究的作用与价值，我们不难理解获取小微地震的震源机制的重要性和迫切性。本文尝试了一种面对区域和地方地震记录求解小微地震震源机制的技术—广义极性振幅技术（GPAT），并借助多种数值试验测试了这种技术的可行性与抗干扰能力。方法：基于波场概念，抽取三分量地震记录的P波初动信息和广义震相最大绝对振幅信息，并为P波初动信息和振幅信息合理分配权重，构建观测矢量。类似地，抽取对应的三分量合成地震图P波初动信息和振幅信息，并为P波初动信息和振幅信息合理分配权重，构建合成矢量。令合成矢量和观测矢量的相关系数为目标函数，则目标函数值依赖于合成事件的震源机制、震源深度和标量地震矩大小。当合成矢量与观测矢量一致时，合成事件的震源机制、震源深度和标量地震矩大小即是观测事件的震源机制、震源深度和标量地震矩大小。由于此问题本身为一非线性问题，本文采用网格搜索技术求解，并依据目标函数对解的敏感性评价解参数的不确定性。结果：针对台站布局、台站数目、随机噪声、震中位置误差、震源深度误差和速度模型误差对反演结果造成的影响，我们分别设计数值试验进行了单一因素和综合因素的测试，并根据结果参数与测试参数间的偏差进行分类，将偏差小于 10°的结果作为一等结果，将偏差小于 20°但大于 10°的结果作为二等结果，将偏差小于40°但大于20°的结果作为三等结果。实验结果表明，1）台站相对于震中的方位覆盖对反演结果几乎无影响；2）相对于震中张角呈90°的、大于或等于 2个以上的台站数目对反演结果几乎无影响；3）相对于震中张角呈 90°的 6个台站情况下，30%的随机噪声会导致约1%～2%的三类结果；4）相对于震中张角呈90°的6个台站情况下，3 km的震中偏差不会导致三类结果；但是，反演结果对震源深度比较敏感，尤其是走滑机制对震源深度最为敏感，1 km的偏差可能会导致三类或更糟糕的结果；5）相对于震中张角呈90°的6个台站情况下，反演结果对模型误差极为敏感；6）考虑30%的随机噪声、2 km的震中误差、3 km的深度误差、5%的速度模型误差，并在台站相对于震中呈 90°张角分布和台站数目为6的情况下，反演结果总是包含或多说少的偏差，但65%的结果属于一类或二类结果。结论：本文尝试了一种面对区域和地方地震记录求解小微地震震源机制的技术，并借助多种数值试验测试了这种技术的可行性与抗干扰能力。数值实验表明，这种技术是可行的，且具有良好的抗干扰能力。但在常见的诸多影响因素中，速度模型误差的影响最大。

来源出版物：地球物理学报, 2014, 57(8): 2555-2572

入选年份：2014

桥梁抗震研究若干进展

杜修力，韩强

摘要：本文在总结最近几次大地震桥梁震害基础上，针对城市高架立交桥梁、山区高墩桥梁以及近海桥梁等重大或复杂桥梁结构的抗震问题，指出桥梁抗震研究的一些关键科学问题和减轻桥梁震害的技术解决方案。在此基础上，介绍了课题组近些年对桥梁抗震研究的若干新进展和主要研究成果：1）复杂受力状态下桥梁主要构件的抗震性能及分析模型。针对桥墩抗震性能和分析模型问题，揭示了各种复杂受力状态下桥墩的变形特征和失效模式，建立了考虑扭弯比影响的RC桥墩的弯曲恢复力模型和扭转恢复力模型，提出了一种新型“交叉互锁”螺旋箍筋的解决方案；使用累积概率曲线把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来，为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标；提出双轴压弯作用下其承载力计算公式和弯矩—曲率计算公式，并建议在我国桥梁抗震设计中采用双向循环试验结果来确定RC空心桥墩的抗震性能；提出了一种考虑强度和刚度退化以及捏拢效应的改进RC桥墩非线性滞回模型，并确定了影响该滞回模型的控制参数；针对剪力键抗震性能，建立能够精确评估剪力键抗震性能的分析模型，提供合适的钢筋细节构造，以及剪力键和桥台干墙接合面构造措施，并研发了一种可复位桥台抗震档块。针对土—结构动力相互作用问题，提出了一种可完整考虑基础阻抗函数中奇异性特征和正则性特征的简便、实用且精度可控的时域地基阻抗力的计算方法。结合桥台回填土修正双曲线应力—应变特性与对数螺旋失效面理论，提出一个适用于性能抗震设计的桥台非线性行为预测模型。针对动水压力和结构相互作用问题，基于线性辐射波浪理论给出水平地震作用下圆截面和椭圆截面弹性桥墩上的动水压力解析解，并给出了考虑水—结构动力相互作用对桥梁抗震性能的影响条件。针对桥梁地震落梁问题，研发了 2种防落梁装置，给出了分析模型和优化其设计参数，并分析其强震作用下防落梁效果。针对桥梁碰撞问题，提出一种三维碰撞分析模型，并在 OpenSees程序中得以实现。2）非规则桥梁的抗震分析理论和设计方法。针对山区高墩桥梁强震作用下震害特征和失效模式，开展多维多点地震作用下山区高墩桥梁地震模拟振台台阵试验研究，提出了防曲屈支撑取代系梁的减震技术、并辅助大位移支座和防落梁装置的减震分灾策略，提出非弹性位移反应谱和碰撞谱为基础的基于位移抗震设计方法，发展基于直接位移的山区高墩桥梁抗震设计方法。3）桥梁减隔震技术针对铅芯橡胶隔震支座，发展了双向耦合弹塑性模型，提出了考虑土—结构相互作用的多维多点地震作用下隔震桥梁非线性地震反应分析方法；开发了几种多球面滑动摩擦隔震支座，推导了其计算模型，并把该模型应用多滑动摩擦支座桥梁的地震反应分析。4）基于纤维增强材料的桥梁抗震加固技术等方面的研究。针对FRP约束加固技术，阐明了FRP桥墩的破坏特征以及其弯曲延性、耗能以及滞回性能，提出了一种考虑有效强度系数和面积配箍率的FRP有效侧向约束力的简化计算方法，分析了FRP加固RC矩形空心截面桥墩的侧向力和变形关系特性以及相关参数对其滞回性能的影响。这些研究工作为保障桥梁工程等交通基础设施的抗震安全性提供了技术支持，并展望了今后桥梁抗震研究发展趋势。

来源出版物：地震工程与工程振动, 2014, 34(4): 42749

入选年份：2014

插值公式、相关系数和采样间隔对GRACE Follow-On星间加速度精度的影响

郑伟，许厚泽，钟敏，等

摘要：目的：不同于目前美国宇航局喷气推进实验室（NASA-JPL）和德国航天局波兹坦地学研究中心（DLR-GFZ）采用的动力学法，本文首次利用星间加速度法开展了影响GRACE Follow-On星间加速度精度的插值公式、相关系数和采样间隔的优化选取论证，同时基于9点Newton插值公式、相关系数（K波段测量系统星间距离和星间速度0.85、GPS轨道位置和轨道速度0.95、星载加速度计非保守力0.90和采样间隔10 s，利用预处理共轭梯度法，精确和快速反演了120阶GRACE Follow-On地球重力场。方法：早在20世纪60年代，Baker首次提出了利用卫星跟踪卫星技术（SST）测量地球重力场的重要思想。自此以后，国际大地测量学界的众多学者都积极投身于地球重力场反演方法的理论研究和模拟仿真之中。目前地球重力场反演方法主要包括6种类型：1）轨道摄动法；2）动力学法；3）能量守恒法；4）卫星加速度法；5）半解析法；6）解析法。但直到 2000年以后，专用于地球重力场精密探测的重力卫星CHAMP、GRACE和GOCE的成功发射及实测数据的有效处理应用，上述反演方法才真正进入实际操作阶段。卫星加速度法包括轨道加速度法和星间加速度法。由于GPS卫星定轨精度的限制，轨道加速度法较难建立高精度的地球重力场模型（如 CHAMP计划）。星间加速度法的优点是观测方程形式简单、物理含义明确、易于重力场的敏感度分析、在保证求解精度的前提下计算量大大降低，通常采用 PC计算机可完成高阶地球重力场的快速求解；缺点是采用的数值微分算法在一定程度上损失了低频地球重力场的精度。沈云中等于2005年导出了星间加速度观测方程的简化形式，分别基于星间速度与星间加速度模拟计算了地球重力场；Liu于2008年基于3点星间速度联合法（3RRC）解算了地球重力场；郑伟等于 2011年基于星间加速度法反演了120阶GRACE地球重力场；Zheng等于2012年基于星间距离插值法，利用美国喷气推进实验室（JPL）公布的 1年的 GRACE-Level-1B实测数据，建立了 120阶WHIGG-GEGM01S全球重力场模型。在上述研究建立的卫星观测方程中，由于引入了高精度的星间加速度观测量，因此地球重力场反演精度得到了大幅度地改善。由于星间加速度是地球重力场精度提高的关键因素，同时也是主要误差源，因此开展对星间加速度精度影响因素的分析研究是进一步提高地球重力场精度的重要保证。基于以上原因，本文基于星间加速度法开展了插值公式、相关系数和采样间隔对GRACE Follow-On星间加速度精度影响的研究。结果：1）适当增加数值微分公式的插值点数可有效提高插值精度。基于9点Newton插值公式，星间加速度的插值误差为4.401×10-13m/s2，分别基于7点、5点和3点插值公式，插值误差增加了1.192倍、6.912倍和274.029倍。2）适当增大相关系数可有效降低星间加速度的误差。基于相关系数0.99，星间加速度方差为 3.777×10-24m2/s4，分别基于相关系数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）随着采样间隔增大，星间加速度方差逐渐降低，但卫星观测值的空间分辨率也同时降低，因此合理选取采样间隔有利于地球重力场精度的提高。4）基于9点Newton插值公式、相关系数（K波段测量系统星间距离和星间速度0.85、GPS轨道位置和轨道速度0.95、星载加速度计非保守力0.90）和采样间隔10 s，利用预处理共轭梯度迭代法，精确和快速反演了120阶GRACE Follow-On地球重力场，在120阶处累计大地水准面精度为4.602×10-4m。结论：第一，影响星间加速度精度的3个关键因素包括：插值公式、相关系数和采样间隔。1）当采样间隔一定，随着插值公式中插值点数的增多，信号量逐渐增加，但观测误差也同时增大，而且高阶微分公式易于放大观测误差，因此适当选择插值点数可有效优化信噪比进而提高插值精度。2）当插值公式和采样间隔一定，随着相关系数的逐渐增大，星间加速度的方差逐渐减小，因此适当增大相关系数可有效提高星间加速度的精度。3）当插值公式和相关系数一定，随着采样间隔逐渐增大，星间加速度的方差逐渐降低，但同时卫星观测值的空间分辨率也相应降低。因此，合理选取采样间隔有利于地球重力场精度的提高。第二，基于9点Newton插值公式、相关系数（K波段测量系统星间距离和星间速度0.85、GPS轨道位置和轨道速度0.95、星载加速度计非保守力0.90）和采样间隔10 s，利用卫星加速度平滑法结合预处理共轭梯度迭代法反演了120阶GRACE Follow-On地球重力场，在120阶处累计大地水准面精度为4.602 ×10-4m。

来源出版物：地球物理学报, 2012, 55(3): 822-832

入选年份：2015

2011年1月19日安庆ML4.8地震的震源机制解和深度研究

谢祖军，郑勇，倪四道，等

摘要：目的：北京时间2011年1月19日12时07分在安徽省安庆市辖区与怀宁县发生了ML4.8级地震，造成2000多户房屋受损和重大的经济损失。本文通过地震学方法，利用安徽省及其临近几个省份的区域台网宽频带数字地震仪的波形记录，确定安庆地震的震中位置、反演其震源机制解并结合深度震相确定震源深度。在此基础上根据地震活动性和地质构造特征探讨安庆地震的发震构造。方法：本文采用Hypo2000绝对定位方法，利用近震台网记录对安庆地震进行重新定位；采用CAP（Cut and Paste）方法反演震源机制解。CAP方法将宽频带数字地震记录分为体波部分（Pnl）和面波部分，在双力偶源的震源假设下，首先将记录的速度波形扣除仪器响应，旋转成Z-R-T分量；手动拾取P波到时，然后截取窗长为35s的Pnl部分和窗长70 s的面波部分，并对Pnl部分经宽带为0.05～0.2 Hz、面波部分经宽带为0.03～0.1 Hz的4阶Butterworth带通滤波器滤波。分别计算它们的合成波形和真实记录的误差函数，网格搜索出最佳深度和震源机制解，同时确定出地震矩。在CAP方法的基础上，结合深度震相波形对比方法，精确确定震源深度。结果：对安庆地震进行精定位，结果经度、纬度分别为117.097°E，30.6378°N；误差为0.4 km；深度定位结果为5 km，误差为4 km；拟合的到时误差为0.25 s。利用CAP方法反演得到的震源机制解节面Ⅰ，走向131°，倾角30°，滑动角29°；节面Ⅱ，走向15°，倾角75°，滑动角116°；矩震级为4.3。该结果60%的震相拟合互相关系数大于 0.8，属于强相关，能够很好地拟合研究区域的近震波形数据。通过对速度结构模型、定位结果以及数据质量等方面可能引起的误差进行分析，震源机制解的精度应该在5°以内，在现有观测数据下，结果是稳定的。CAP方法得到的最佳深度为 4 km左右，结合深度震相对P+sP，PmP+sPmP，精确确定本次地震的震源深度在5 km附近，精度在1 km以内。为了进一步验证这一深度结果的可靠性，我们将震源深度设置为4 km，计算10个台站的理论地震图，并与观测地震图进行了比较。我们对理论和观测地震图都进行了滤波，滤波范围为0.05 Hz～0.2 Hz。比较结果显示，不仅P波、S波和面波振幅吻合度很高，而且各自的到时也能很好的吻合。此外，从面波的振幅来看，理论地震图和观测地震图的面波振幅大小以及体波和面波振幅比都有良好的一致性，这在很大程度上验证了震源机制解和震源深度结果的准确性。结论：地震震中位置和震源机制解显示，此次地震应该发生在郯庐断裂带附近的宿松-枞阳断裂上，属于华南块体向北推进过程中产生的推覆构造作用所致，与郯庐断裂带的左旋走滑活动存在着一定的差异，安庆地震可能并不意味着郯庐断裂带南端构造开始活化。综合 CAP方法和深度震相的研究结果，我们认为该地震的最佳震源深度为4～5 km，属于浅源地震。

来源出版物：地球物理学报, 2012, 55(5): 1624-1634

入选年份：2015

新型可更换连梁研究进展

吕西林，陈云，蒋欢军

摘要：联肢剪力墙是高层建筑结构中广泛采用的抗侧力结构体系，而连梁是联肢剪力墙结构中主要的耗能构件。但近年来国内外发生的几次强震震害表明，传统联肢剪力墙结构在强震时连梁会遭到严重破坏，而且震后不易修复或修复的代价昂贵。可更换连梁能够将连梁的损伤集中在可更换的特定部位，有利于震后快速修复。近年来，国内外的学者对可更换连梁进行了初步的研究并取得了一系列的成果。鉴于目前对可更换连梁缺乏一个统一的明确的定义，本文提出了可更换连梁的定义和分类。可更换连梁表述为一种在地震后易于修复或更换的连梁，连梁自身为钢筋混凝土连梁、钢连梁或组合连梁，构造方式包括对连梁的部分截面进行削弱，或者在连梁上附加一个阻尼耗能部件，或者连梁整体通过某种易于拆卸的方式与墙体相连接。从可更换连梁的受力特点来看，可更换连梁可分为剪切屈服型、弯曲屈服型和弯剪屈服型。可更换连梁在构造上具有一些共性，即一般要用到高强螺栓和钢材，使连梁的受损部位具有易于拆卸和更换的特点。论文重点对目前国内外可更换连梁的研究进展进行了全面阐述，包括在美国、中国、日本、韩国和加拿大等国家的研究进展。通过分析发现，目前应用最为广泛的可更换连梁是在连梁的跨中安装阻尼耗能部件，既能够有效耗能又能实现强震后易于修复的功能。但已有的部分连梁阻尼器的变形能力和耗能能力不足，需要进一步改进。除此之外，简要介绍了作者提出的3种可更换连梁金属阻尼器，并给出了其相应的构造特征和试验结果。展望可更换连梁的研究前景，作者认为附加耗能部件的可更换连梁具有较大的优势和价值，是未来研究的重点和热点。如何开发出适用于连梁的、承载力和刚度较大的、耗能能力较强的耗能部件是研究的关键。附加的耗能部件还应具有连接方便、造价较低、性能可靠和易于施工的优点。除此之外，关于可更换连梁及其整体结构的分析和设计方法也需要不断完善，从而改善联肢剪力墙结构的抗震性能和降低结构在整个使用周期内的成本。

来源出版物：地震工程与工程振动, 2013, 33(1): 42962入选年份：2015

松潘—甘孜地块东部、川滇地块北部与四川盆地西部的地壳剪切波分裂

石玉涛，高原，张永久，等

摘要：目的：地壳中广泛地存在着各向异性介质。介质的各向异性特征与地壳运动特征密切相关。剪切波分裂是研究地下各向异性介质特性的有效手段。受到青藏高原的东西拉张作用，及鲜水河、安宁河等活动断裂的控制，川西内部的各块体受力状态不同，内部变形表现出明显的局部化构造特征。利用剪切波分裂分析松潘-甘孜地块东部、川滇地块北部以及四川盆地西部的地壳各向异性及空间分布，进而对区域各向异性特征与构造之间的关联，以及青藏高原东缘和东南缘的地壳介质应力应变特性进行探讨。方法：本研究利用四川区域数字地震台网2000年1月至2010年4月的地震波形资料，使用剪切波分裂系统分析法——SAM 方法，研究松潘-甘孜地块东部、川滇地块及四川盆地西部的地壳介质各向异性。该方法是在相关函数的基础上提出的一种自我检验的分析方法，包括相关函数计算，时间延迟校正和偏振分析检验。该方法得到的结果的稳定性和可靠性比较强。结果：本研究获得了研究区内 44个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波的时间延迟。剪切波分裂参数的空间分布特征显示，由于受到区域主压应力场以及局部地质结构的影响，快剪切波的偏振方向表现出复杂的特征。以安县为界，龙门山断裂带分为北东段和西南段，北东段的快剪切波的偏振方向为北东向，与断裂带走向基本一致；西南段的快剪切波的优势偏振方向为北西向，与断裂带走向斜交。以小金河断裂为界，川滇菱形地块分为西北部和东南部，西北部的快剪切波的偏振方向近东西向，东南部的快剪切波偏振方向北北西向。从时间延迟分布上看，龙门山断裂带北东段的慢剪切波的时间延迟总体上小于西南段。青川断裂北侧和南侧地震的快剪切波偏振方向分别为近南北向和近东西向，北侧地震的慢剪切波的时间延迟大于该断裂南侧地震的慢剪切波时间延迟。讨论：快剪切波的偏振方向受到区域主压应力场以及局部地质结构的影响，在活动性较强的有走滑性质的断裂上及近邻，快剪切波的偏振方向与断裂的走向趋于一致，例如位于鲜水河断裂上的台站，其快剪切波的偏振方向与断裂的走向一致。然而，在构造活动比较强烈的块体，例如川滇菱形块体内部，快剪切波的偏振方向与区域主压应力方向一致。在构造较为复杂的青川断裂上，来自青川断裂南北两侧的地震显示出剪切波分裂参数的不同特征。青川断裂北侧和南侧地震的快剪切波的偏振方向分别为近南北向和近东西向，同时，断裂北侧地震的慢剪切波的时间延迟大于该断裂南侧地震的慢剪切波时间延迟，进一步显示出剪切波分裂参数的局域化特征。本研究表明，在构造变形强烈且极为复杂的南北地震带中南段，地壳剪切波分裂显示了与构造和应力密切相关的分布特征。

来源出版物：地球物理学报, 2013, 56(2): 481-494

入选年份：2015

接地源瞬变电磁短偏移深部探测技术

薛国强，陈卫营，周楠楠，等

摘要：目的：我国浅部矿产资源已日益殆尽，亟需开展地下500～2000 m深度范围内的矿产勘探与开发，研发新型电磁法工作形式是实现这一目的有效途径之一。本文基于时间域接地线源电磁法的优越性，提出一种新型的瞬变电磁工作装置-电性源短偏移距瞬变电磁法（Short-offset Transient Electromagnetic Method，简称SOTEM）。并通过对探测能力、数据解释和施工方法的研究，形成SOTEM深部探测技术。方法：利用双极性阶跃波激发场源，可将自有场和辐射场在时间上分开，由此获得随时间衰减的纯二次场。SOTEM 通过观测这种纯二次场，可在较小的偏移距获得很大的探测深度。从均匀半空间归一化垂直磁场出发得到全期视电阻率电阻率的隐式表达式，采用最小二乘法通过选择一系列典型断面来求解对应各区间的拟合系数便可以得到全期视电阻率的拟合表达式。基于瞬变电磁的直接时域分析，取给定扩散深度所需时间的4倍为探测该深度所需的实际时间，由此确定SOTEM的视深度估算公式。最后，为验证SOTEM探测深部目标体的有效性，在河南叶县某地进行了深部盐溶空腔的探测试验。工作参数选取偏移距700～1000 m，发射源长度1000 m，发射基频1 Hz，发射电流20 A，测量参数为垂直感应电压，接收探头有效面积40000 m2。结果：不考虑信噪比和接收机灵敏度的情况下，瞬变电磁法的探测深度仅由观测时间和地电结构决定，和装置类型、发收距离等无关。不同偏移处D型地电模型的垂直磁场衰减曲线表明，较小偏移距处的曲线对低阻基底的反映更加明显。利用多项式拟合法求取的全期视电阻率有效地克服了早、晚期视电阻率仅反映浅部和深部地层电性的不足，能够在全期探测时间内对地层的真实电性变化做出刻画。利用SOTEM法成功探测到1400 m深度处的低阻盐溶空腔，探测成果得到钻孔验证。结论：采用阶跃脉冲波形作为激发源，在满足信噪比和接收机灵敏度的情况下，短偏移SOTEM不仅具有长偏移LOTEM的深部探测能力，而且随着偏移距由大到小，曲线特征从平缓模糊变得陡峭明显，说明SOTEM对地层有更好的分辨能力。当测区构造较复杂时，较小的偏移距具有更小的体积效应，记录点问题更易处理，解释结果的确定性更强。较小的偏移距还显著提高了施工效率。深部盐矿溶腔探测试验表明，用小于目标体埋藏深度的偏移距进行测量可实现大深度的探测，验证了SOTEM的勘探效果。采用SOTEM时，由于收发距离较小，长接地导线不能再用电偶极子近似，需要有比沿线做电偶极子积分更精确的理论公式，如以时变点电荷为微元的理论公式，作为进一步的研究基础。此外，接地导线源SOTEM对高阻体的探测能力，其他电磁场分量在不同环境、不同地质任务中的应用等，都将是今后要继续深入研究的方向。

来源出版物：地球物理学报, 2013, 56(1): 255-261

入选年份：2015

2014年云南鲁甸MS6.5地震序列的双差定位

王未来，吴建平，房立华，等

摘要：目的：据中国地震台网测定，北京时间2014年8月3日16时30分，在云南省昭通市鲁甸县（27.1°N，103.3°E）发生了Ms6.5地震（简称鲁甸地震），震源深度12 km。此次鲁甸地震发生在昭通断裂中段西侧，而其余震分布并非沿着昭通断裂的NE走向，主震震源机制以走滑特性为主，也非昭通断裂的逆冲特性，表明此次地震发震断层非昭通断裂。因此，有必要详细研究此次鲁甸地震序列的特征，进一步探讨地震与断裂的关系。方法：利用中国地震台网中心2014年8月3日至19日的震相观测报告，采用双差定位方法，对主震及其余震序列进行重新定位。重新定位采用的一维速度模型参考天然地震和人工地震的观测结果综合构建。对重新定位结果按照地震分布特征进行垂向剖面投影，探讨地震序列的空间分布特征及其构造意义。结果：重定位后的震中分布图像显示，鲁甸地震主震位于27.109°N，103.354°E，震源深度约15 km。重定位后沿着纬度方向、经度方向和深度方向的定位残差分别为0.712 km、0.800 km和1.520 km，走时残差为0.220 s。重新定位后地震序列的空间分布特征显示：1）余震序列主要呈“L”形优势分布，分为SSE向和近EW向两支，拟合优势分布两支的走向分别为155°和265°，二者长度均为15 km左右。鲁甸地震序列近EW向条带分布在昭通-鲁甸断裂的西侧，而SSE向条带垂直穿过昭通断裂。根据余震序列分布特征，认为鲁甸Ms6.5地震的破裂区域也呈“L”形分布。2）地震序列横截面图像显示，“L”形余震带SSE向和近EW向两支均呈现近垂直向北东微倾的震源分布特征，具有走滑型地震的典型特征；位于近EW向地震条带北侧零星的地震在一定程度上组成了第二个EW向条带，可能是平行于EW向破裂带的小破裂导致的。3）虽然鲁甸地震发生在NE向昭通断裂及其反冲断裂（龙树断裂、大岩洞断裂）附近，但这两个断裂均为逆冲型断裂，排除了它们作为发震断裂的可能性；鲁甸地震是在小河断裂和包谷垴断裂的联接处附近发生的，地震可能在深部已将两个断裂贯通，同时受两个断裂走向的控制，余震序列呈现出两个不同的优势方向分布。4）鲁甸地震是中国西南地区在新地震活跃期中继汶川地震和芦山地震后的又一次重大地震。在接近鲁甸震区附近，反冲断裂龙树断裂、大岩洞断裂均向昭通断裂方向弯曲，间距变窄，与本次发震断裂小河断裂和包谷垴断裂交叉，呈现放射状。从力学角度来看，断裂交汇地带是区域应力调整的关键地区，鲁甸地震“L”型破裂与此地区多断裂的应力集中有关。结论：重定位结果显示，此次鲁甸地震主震位于27.11°N，103.35°E，震源深度约 15 km；地震序列主要呈“L”形优势分布，分为SSE向和近EW向两支，并均呈现近垂直的震源分布特征，显示此次地震为走滑型，并存在两个不同方向的破裂面。鲁甸地震发生在呈放射性分布的多条断裂的交汇部位，SSE向破裂分支与包谷垴断裂的方向一致，近EW向破裂分支与小河断裂南端的走向一致。鲁甸地震可能已将包谷垴断裂和小河断裂在深部贯通。

来源出版物：地球物理学报, 2014, 57(9): 3042-3051

入选年份：2015

鲁甸6.5级地震发震断层判定及其构造属性讨论

徐锡伟，江国焰，于贵华，等

摘要：据中国地震台网中心测定，北京时间 2014年 8月3日16时30分云南省昭通市鲁甸县发生了Ms6.5级地震，简称鲁甸地震，震中或起始破裂点位于27.1°N，103.3°E，震源深度约12 km。本次地震极震区地震烈度最高达Ⅸ，面积 90 km2（http://www.gov.cn/xinwen/ 2014-08/07/content_2731360.htm），地震灾害特别严重，特别是地震造成的滑坡、崩塌等现象普遍，人员伤亡严重，截至2014年8月12日地震共造成617人遇难，112人失踪（http://www.Huaxia.com/zk/sszk/wz/2014/08/ 4022958.html）。地震考察表明，地震烈度极震区长轴方向呈NNW至SSE向，反映出引起地震灾害的地震动沿NNW向衰减较NEE向要慢，衰减较慢的方向一般与破裂扩展方向一致，据此推测鲁甸地震的发震断层应为NNW 走向断层；极震区存在少量斜切道路、山坡等带有左旋走滑性质的羽列状张剪切地表裂缝，主要沿NNW 向包谷垴—小河断裂分布，结合重新定位的主震和余震密集地沿NNW向条带状分布特征，进一步证实鲁甸地震的发震断层为 NW 向包谷垴—小河断裂。此外，重新定位的主震和NNW向余震密集反映出鲁甸地震并没发生在川滇菱形块体与稳定的华南地块交接地带主边界断裂带，即安宁河—则木河—小江断裂带上，而是发生在其东NE向昭通—莲峰断裂带附近，余震密集条带主要呈NNW向展布，切割NE向昭通—莲峰断裂带，显示出NNW向包谷垴—小河断裂是川滇菱形块体向南南东向运动在其东部主边界带上形成的一条新生活动断层，形成时间晚于NE向昭通—莲峰断裂带，左旋走滑性质，属新生的大凉山断裂南端部组成部分。与西侧安宁河断裂和则木河断裂，东侧马边—盐津断裂一起组成了青藏高原最东缘与华南地块相互作用形成的前缘最新构造变形带，分解了鲜水河—小江断裂系的左旋走滑分量。据鲁甸地震邻近地区少量GPS监测资料可知，1999—2013年期间在包谷垴—小河断裂东、西两侧GPS测点运动矢量存在明显差异，西侧运动方向为SSE向，量值约为10 mm/a左右，而东侧运动方向为SE向，量值在6 mm/a左右，由此可得包谷垴—小河断裂震前区域左旋应变速率可达 3 mm/a左右，并带有1 mm/a左右近东西向拉伸应变速率，可以解释为什么震源机制解NW向节面带有少量正断倾滑分量的原因。库仑应力计算表明，鲁甸地震期间NW向包谷垴—小河断裂的同震错动对则木河断裂、大凉山断裂南段、五莲峰断裂西段和昭通—鲁甸断裂西段等有不同程度加载作用，未来应关注这些断裂的历史地震空段，特别是大凉山断裂中南段和则木河断裂南段发生大地震的可能性。

来源出版物：地球物理学报, 2014, 57(9): 3060-3068

入选年份：2015

考虑SSI效应的核反应堆及地表地震反应

徐磊，陈国兴

摘要：在核电站结构的抗震设计中，土与结构动力的相互作用效应（Soil-structure interaction，以下简称SSI）分析一直是一项十分重要的内容。该相互作用效应的存在会直接影响到核岛结构附近场地及其上部结构的动力特性，进而影响到核电结构、设备的正常运转以及核电站的地震安全性和及经济性。目前，CPR100型核电站是国内自主化水平、成熟性、经济性等各方面综合比较最佳的核电技术方案，是我国可以在“十二五”期间实现产业化的百万千瓦级的一种改进核电技术方案。本文正是以 CPR1000 型核反应堆结构为工程背景，研究了 SSI对于核岛场地以及结构地震反应的影响。以ABAQUS/Standard作为研究的平台，建立场地模型，假设场地为水平成层、均质且各向同性的黏弹性体，岩土体下卧基岩视为半无限空间，基岩以下的反射波在基岩内全部被吸收。基于刚度、质量等效原理，将CPR1000型核反应堆结构（安全壳结构、内部结构以及筏板基础）简化为多质点集中质量模型，以剪切变形梁单元模拟上部安全壳、内部结构和筏板基础。然后建立CPR1000 型核岛反应堆结构与地基土相互作用二维模型，水平向输入地震动视为竖向入射SH波，基岩面视为固定刚性面，场地计算区域两侧采用竖向约束、水平向自由的人工边界。选取低频丰富的近场Loma Prieta波以及中高频较丰富的远场武都波作为基岩输入地震波。最后，基于选取两侧方向7倍基础半径范围场地模型尺寸，分别建立了考虑反应堆与地基土相互作用体系模型和刚性地基（即不考虑 SSI 效应，以下简称NonSSI）体系的两种计算模型，峰值加速度均调幅为0.3 g，并针对反应堆结构各节点相对水平位移、峰值加速度及结构顶部峰值加速度反应β谱进行了计算与对比分析，较为系统研究了SSI效应对于核反应堆结构及附近场地地表地震反应的影响。从数值分析的结果可以看出：1）SSI效应的存在对距离反应堆约2倍基础半径范围内的地表PGA起着有利的积极作用，对核反应堆附近 5～7倍基础半径范围场地地表 PGA影响较大且超过 15%；故本文建议在分析核反应堆地震特性时应选取合理的场地大小进行研究分析。2）SSI效应使核岛场地的基本周期延长0.04 s。3）不论是近震作用还是远震作用，由于 SSI 效应使该SSI体系的动力特性变得更柔性，SSI效应对反应堆厂房结构节点的地震反应起着不利的消极作用。4）SSI 效应使核反应堆安全壳结构AQQ、内部结构 IS的基本周期由0.24s和0.18s分别延长至0.4 s和0.26 s，使安全壳结构AQQ、内部结构 IS的相对位移分别增大43%～76%和 26%～59%，使两者的峰值加速度分别增大 31%～65%和12%～75%。

来源出版物：地震工程与工程振动, 2015, 35(1): 28-37

入选年份：2015

岩石的等效孔隙纵横比反演及其应用

李宏兵，张佳佳，姚逢昌

摘要：目的：非均质储层孔隙结构复杂，发育多种孔隙类型，岩石的速度与孔隙度之间的关系高度分散，强烈影响到地震储层预测与烃类检测的精度。本文通过融合Gassmann方程和DEM解析模型，提出根据纵波（和横波）速度反演岩石等效孔隙纵横比进行储层孔隙结构评价和横波速度预测的方法。方法：利用纵波（和横波）速度采用DEM解析模型和Gassmann方程反演岩石的等效孔隙纵横比并进行横波速度预测和储层孔隙结构评价。首先，基于Gassmann方程和DEM解析模型建立岩石的纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组份等各参数之间的关系；其次，将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，应用非线性全局寻优算法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的弹性模量之间的误差最小；最后，将反演得到的等效孔隙纵横比代入到Gassmann方程和DEM解析模型中构建横波速度，利用等效孔隙纵横比对储层的孔隙类型及裂缝发育程度进行评价。结果：从实验室测量的干燥岩石样品等效孔隙纵横比反演结果来看，两种干燥岩石样品的孔隙纵横比都随有效压力的增加而增大。对于孔隙型砂岩样品，当有效压力从0增加到100 MPa时，孔隙纵横比从0.08增加到0.15。对于裂缝型花岗岩样品，当有效压力从5增加到100 MPa时，孔隙纵横比从0.009增加到 0.023。表明，本文的方法既可以反演得到像裂缝型储层如花岗岩的低孔隙纵横比，又可以反演得到像孔隙型储层如砂岩的高孔隙纵横比，利用这些孔隙纵横比数据就可以对储层的孔隙结构进行评价。从实验室测量的饱和砂岩等效孔隙纵横比反演和横波速度预测结果来看，只用纵波速度资料反演得到的等效孔隙纵横比，与同时用纵、横波速度反演得到的等效孔隙纵横比比较接近，说明单纯利用纵波资料反演等效孔隙纵横比是可信的，进一步证明提出的由孔隙纵横比预测横波的方法是正确的。对于砂岩来说，总体上，在孔隙度大于15%时，孔隙纵横比分布比较稳定，在0.15上下变化；而在孔隙度小于15%时，孔隙纵横比的变化范围较大。泥质含量低，岩石的孔隙度低，但是孔隙纵横比与泥质含量相关性差。绝大多数样品预测的横波速度与实测值吻合良好，仅有两个样品的横波速度预测结果与实测存在较大偏差，这说明碎屑砂岩的孔隙结构可以用孔隙纵横比来表征。本方法预测的结果与经典的 Xu-White模型预测结果相比精度更高，Xu-White模型预测的横波速度整体偏高，这说明我们提出的基于孔隙纵横比反演的横波速度预测方法更加合理可信。从实际测井数据反演等效孔隙纵横比和预测横波速度结果来看，只用纵波速度反演的等效孔隙纵横比与同时用纵、横波速度反演的等效孔隙纵横比几乎完全吻合。该储层段孔隙纵横比主要分布在0.18～0.32之间，大部分位于0.2附近，说明该段储层为孔隙型储层。此外，还有一部分储层的等效孔隙纵横比达到 1，接近于球孔，这部分对应的纵波速度相对都很高。由纵波中提取的横波与实测横波吻合良好，几乎一致，说明本方法从实测声波资料中提取的横波信息是可靠的，可以得到准确的结果。结论：孔隙纵横比描述了孔隙的几何特征，本文通过将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，从纵波数据中来反演等效孔隙纵横比用于储层的孔隙结构评价。这种方法采用的岩石物理模型是从微分等效介质理论推导出的解析公式，具有严格的物理意义。既弥补了经验模型无法描述孔隙形状的不足，突破了经验模型如临界孔隙度模型所假设的模量比为常数，与孔隙度无关的局限，又可以准确反映不同岩性的弹性模量及其模量比随孔隙度的变化特征。

来源出版物：地球物理学报, 2013, 56(2): 608-615

入选年份：2015