基于特征分类排序的典型海底地震动记录研究

田浩; 胡进军; 谭景阳; 崔鑫; 石昊

doi:10.11899/zzfy20220216

基于特征分类排序的典型海底地震动记录研究

doi: 10.11899/zzfy20220216

田浩^{1, 2,},
胡进军^{1, 2, ,},
谭景阳^{1, 2},
崔鑫^{1, 2},
石昊^{1, 2}

1.
中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨 150080
2.
中国地震局地震工程与工程振动重点实验室, 哈尔滨150080

基金项目: 国家重点研发计划（2021YFC3100700）；国家自然科学基金项目（52078470、U1939210）

详细信息

作者简介:
田浩，男，生于1996年。硕士。主要从事地震动强度指标研究。E-mail：tianhaotj@qq.com

通讯作者:
胡进军，男，生于1978年。研究员。主要从事地震动模型和强度指标研究。E-mail：hujinjun@iem.ac.cn

2 https://www.kyoshin.bosai.go.jp/
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出版历程
- 收稿日期: 2021-11-02
- 刊出日期: 2022-06-30

Recommendation of Ranked Typical Seafloor Ground Motions Records According to Characteristic Classification

Tian Hao^{1, 2
,},
Hu Jinjun^{1, 2
, ,},
Tan Jingyang^{1, 2},
Cui Xin^{1, 2},
Shi Hao^{1, 2}

1.
Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration. Harbin 150080, China
2.
Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration of China Earthquake Administration. Harbin 150080, China

摘要

摘要: 面向海域工程抗震设计及评估对海底地震动的需求，基于日本相模湾海域K-NET的ETMC海底强震动记录，根据震级、震中距选取面向工程输入的949组地震动记录数据库。在考虑震源类型差异的基础上，对地震动峰值、持时、频谱等参数进行分析，通过反应谱、Arias烈度等指标描述典型海底地震动特征。根据峰值加速度、显著持时等强度指标对海底地震动记录进行排序，给出基于不同地震动特征分类下的典型地震动记录。推荐的海底地震动可为考虑不同结构需求参数的典型海域工程结构时程分析提供输入地震动。
- 海域工程 /
- 输入地震动 /
- 海底地震动 /
- 特征分类
Abstract: Facing the needs of seafloor ground motion selection in seismic design and evaluation of offshore engineering, according to the magnitude and epicentral distance, this paper preliminarily selected 949 sets of strong ground motion records from the ETMC seafloor strong motion records of K-NET in Sagami Bay, Japan. On the basis of considering the difference of seismic source types, the parameters, including seismic peak value, spectrum and duration are analyzed. The typical ground motion characteristics are described by relevant measures, such as response spectrum and Arias intensity. In the light of the intensity measures, such as peak acceleration and significant duration, the typical ground motion records based on different ground motion feature classification are given. The results can provide typical input ground motion for the time history analysis of typical offshore engineering structures considering different structural requirements.
- Offshore engineering /
- Input ground motion /
- Seafloor ground motion /
- Classification of characteristic
注释:

1) 2 https://www.kyoshin.bosai.go.jp/

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图 1 ETMC系统海底台站分布

Figure 1. Distribution of seafloor stations of ETMC system

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图 2 海底地震记录矩震级与震中距分布

Figure 2. Distribution of moment magnitude and epicentral distance of seafloor ground motion records

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图 3 典型高PGA地震动加速度时程曲线

Figure 3. Typical high PGA ground motion acceleration time history curve

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图 4 典型高PGA地震动加速度反应谱

Figure 4. Typical high PGA ground motion acceleration response spectrum

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图 5 典型高PGV地震动速度时程曲线

Figure 5. Typical high PGV ground motion acceleration time history curve

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图 6 典型高PGV地震动速度反应谱

Figure 6. Typical high PGV ground motion velocity response spectrum

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图 7 典型高PGD地震动位移时程曲线

Figure 7. Typical high PGD ground motion acceleration time history curve

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图 8 典型高PGD地震动位移反应谱

Figure 8. Typical high PGD ground motion velocity response spectrum

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图 9 典型长持时地震动加速度时程曲线

Figure 9. Acceleration time history of typical long duration ground motion curve

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图 10 典型长持时地震动归一化Arias烈度时程曲线

Figure 10. Normalized Arias intensity time history of typical long duration ground motion

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图 11 KNG2010604210250.EW加速度时程及Arias烈度时程曲线

Figure 11. Acceleration and Arias intensity time history curve of KNG2010604210250.EW

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图 12 KNG2010604210250.EW加速度反应谱

Figure 12. Acceleration response spectrum of KNG2010604210250.EW

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图 13 典型低频地震动加速度时程曲线

Figure 13. Acceleration time history of typical low frequency ground motion

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图 14 典型低频地震动傅里叶谱及其对比

Figure 14. Fourier spectrum of typical low frequency ground motion and its curve of comparison

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图 15 典型近场高频地震动加速度时程曲线

Figure 15. Acceleration time history of typical high frequency ground motion

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图 16 典型近场高频地震动傅里叶谱

Figure 16. Fourier spectrum of typical high frequency ground motion and its curve of comparison

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表 1 基于PGA排序的海底地震动记录

Table 1. Recommended seafloor ground motion records based on PGA ranking

记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	PGA/Gal	记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	PGA/Gal
KNG2050605021824.EW	5.1（UM）	8.8	418.69	KNG2030201181646.EW	4.0（UM）	6.1	208.90
KNG2061103111446.EW	9.0（IF）	456.4	367.54	KNG2061103111446.NS	9.0（IF）	456.4	208.77
KNG2061912140324.EW	4.3（SC）	9.9	293.44	KNG2060710010221.EW	4.9（IF）	27.6	203.19
KNG2030201181646.NS	4.0（UM）	6.1	281.14	KNG2061103111515.EW	7.7（IF）	204.5	202.39
KNG2050605021824.NS	5.1（UM）	8.8	252.08	KNG2030102251405.NS	4.3（SC）	5.8	199.35
KNG2050604210250.EW	5.8（UM）	20.7	251.69	KNG2010007302125.NS	6.4（UM）	84.8	192.36
KNG2060605021824.EW	5.1（SL）	20.4	233.15	KNG2030605021824.EW	5.1（UM）	31.5	175.72
KNG2020610140638.EW	5.1（SL）	45.7	229.21	KNG2051207031131.NS	5.2（SL）	41.5	170.81
KNG2010102251405.NS	4.3（SC）	35.8	228.71	KNG2051103111446.NS	9.0（IF）	466.8	157.70
KNG2011402110414.NS	5.3（SL）	50.0	214.42	KNG2051207031131.EW	5.2（SL）	41.5	155.69

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表 2 基于PGV排序的海底地震动记录

Table 2. Recommended seafloor ground motion records based on PGV ranking

记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	PGV/cm·s⁻¹	记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	PGV/cm·s⁻¹
KNG2061103111446.EW	9.0（IF）	456.4	67.94	KNG2010102251405.NS	4.3（SC）	35.8	18.07
KNG2061103111515.EW	7.7（IF）	204.5	46.76	KNG2051103111446.NS	9.0（IF）	466.8	17.42
KNG2061103111446.NS	9.0（IF）	456.4	39.51	KNG2011103111446.EW	9.0（IF）	470.3	16.72
KNG2010007302125.NS	6.4（UM）	84.8	25.23	KNG2050605021824.NS	5.1（UM）	8.8	16.70
KNG2061103111515.NS	7.7（IF）	204.5	23.45	KNG2041103111446.NS	9.0（IF）	462.2	16.45
KNG2050605021824.EW	5.1（UM）	8.8	23.42	KNG2021103111446.EW	9.0（IF）	461.1	13.92
KNG2050604210250.EW	5.8（UM）	20.7	20.85	KNG2020610140638.EW	5.1（SL）	45.7	13.84
KNG2051103111446.EW	9.0（IF）	466.8	20.74	KNG2011201011428.NS	7.0（SL）	373.4	13.53
KNG2011103111446.NS	9.0（IF）	470.3	18.65	KNG2051103111515.EW	7.7（IF）	211.5	13.25
KNG2041103111446.EW	9.0（IF）	462.2	18.16	KNG2050604210250.NS	5.8（UM）	20.7	13.10

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表 3 基于PGD排序的海底地震动记录

Table 3. Recommended seafloor ground motion records based on PGD ranking

记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	PGD /cm	记录编号	震级M_w（类型）	震中距 /km	PGD /cm
KNG2061103111446.EW	9.0（IF）	456.4	23.30	KNG2041103111446.NS	9.0（IF）	462.2	8.94
KNG2061103111446.NS	9.0（IF）	456.4	19.02	KNG2031103111446.NS	9.0（IF）	466.4	8.42
KNG2061103111515.EW	7.7（IF）	204.5	15.24	KNG2031103111515.NS	7.7（IF）	206.8	7.76
KNG2011201011428.NS	7.0（SL）	373.4	11.51	KNG2061103111515.NS	7.7（IF）	204.5	7.71
KNG2051103111515.NS	7.7（IF）	211.5	10.59	KNG2051103111515.EW	7.7（IF）	211.5	7.69
KNG2011103111446.NS	9.0（IF）	470.3	10.44	KNG2011103111446.EW	9.0（IF）	470.3	7.01
KNG2051103111446.EW	9.0（IF）	466.8	10.17	KNG2011103111515.EW	7.7（IF）	207.7	5.91
KNG2010102251405.NS	4.3（SC）	35.8	9.81	KNG2010007302125.NS	6.4（UM）	84.8	5.78
KNG2041103111446.EW	9.0（IF）	462.2	9.68	KNG2021103111446.NS	9.0（IF）	461.1	5.65
KNG2051103111446.NS	9.0（IF）	466.8	9.42	KNG2021103111446.EW	9.0（IF）	461.1	5.57

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表 4 基于D_s5-95排序的海底地震动记录

Table 4. Recommended seafloor ground motion records based on D_s5-95 ranking

记录编号	震级M_w（类型）	震中距 /km	D_s5-95 /s	记录编号	震级M_w（类型）	震中距 /km	D_s5-95 /s
KNG2010806140843.NS	7.2（UM）	499.3	216.85	KNG2010805080145.EW	7.0（SC）	237.2	184.93
KNG2011611220559.EW	7.4（UM）	341.6	213.22	KNG2051611220559.NS	7.4（UM）	331.9	181.92
KNG2010806140843.EW	7.2（UM）	499.3	211.39	KNG2051407120422.NS	7.0（SC）	350.8	179.35
KNG2011407120422.EW	7.0（SC）	348.2	206.63	KNG2050806140843.EW	7.2（UM）	471.8	176.93
KNG2011611220559.NS	7.4（UM）	341.6	204.11	KNG2031611220559.EW	7.4（UM）	333.9	175.55
KNG2011407120422.NS	7.0（SC）	348.2	200.47	KNG2050806140843.NS	7.2（UM）	471.8	173.11
KNG2031611220559.NS	7.4（UM）	333.9	193.19	KNG2010805080145.NS	7.0（SL）	237.2	173.04
KNG2051611220559.EW	7.4（UM）	331.9	188.61	KNG2021611220559.NS	7.4（UM）	330.7	169.04
KNG2021611220559.EW	7.4（UM）	330.7	188.16	KNG2011104111716.EW	7.0（UM）	269.4	166.74
KNG2041611220559.EW	7.4（UM）	328.6	185.29	KNG2011107100957.NS	7.3（SC）	499.2	163.67

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表 5 基于D_s5-75/D_s5-95排序的海底地震动记录

Table 5. Recommended seafloor ground motion records based on D_s5-75/D_s5-95 ranking

记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	D_s5-75/D_s5-95	记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	D_s5-75/D_s5-95
KNG2050605021824.NS	5.1（UM）	8.8	0.049	KNG2030710010221.EW	4.9（IF）	67.4	0.098
KNG2010604210320.EW	4.5（UM）	76.9	0.052	KNG2050605021824.EW	5.1（UM）	8.8	0.104
KNG2030707241138.NS	4.4（IF）	76.7	0.056	KNG2010604212317.NS	4.5（UM）	76.0	0.107
KNG2010604212317.EW	4.5（UM）	76.0	0.062	KNG2010807230416.EW	4.4（UM）	28.5	0.108
KNG2010102251405.NS	4.3（SC）	35.8	0.075	KNG2031510251715.EW	4.3（UM）	100.6	0.115
KNG2050102251405.NS	4.3（SC）	24.5	0.078	KNG2012008042021.NS	4.6（SC）	37.3	0.122
KNG2050305120057.EW	5.2（SC）	119.2	0.088	KNG2010007302125.NS	6.4（UM）	84.8	0.123
KNG2010604210250.EW	5.8（UM）	76.4	0.088	KNG2030710010221.NS	4.9（IF）	67.4	0.124
KNG2030006290115.EW	5.1（UM）	80.2	0.090	KNG2030201181646.EW	4.0（UM）	6.1	0.125
KNG2061912140324.EW	4.3（SC）	9.9	0.097	KNG2050305120057.NS	5.2（SC）	119.2	0.127

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表 6 基于低频地震动识别参数β_l排序的海底地震动记录（从大到小）

Table 6. Recommended seafloor ground motion records based on defining parameters（β_l） of low frequency （from large to small）

记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	β_l	记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	β_l
KNG2050806140843.NS	7.2（UM）	471.8	0.81	KNG2041103111515.NS	7.7（IF）	236.6	0.56
KNG2041407120422.EW	7.0（SC）	344.6	0.71	KNG2041611220559.NS	7.4（UM）	348.2	0.55
KNG2040806140843.EW	7.2（UM）	473.4	0.68	KNG2050806140843.EW	7.2（UM）	423.2	0.55
KNG2041611220559.EW	7.4（UM）	328.6	0.66	KNG2041407120422.NS	7.0（SC）	456.4	0.55
KNG2041103111515.EW	7.7（IF）	204.4	0.63	KNG2031611220559.NS	7.4（UM）	340.4	0.54
KNG2031103111515.NS	7.7（IF）	206.8	0.61	KNG2051611220559.NS	7.4（UM）	350.8	0.50
KNG2051103111515.NS	7.7（IF）	211.5	0.60	KNG2010806140843.EW	7.2（UM）	429.3	0.49
KNG2020806140843.NS	7.2（UM）	484.9	0.59	KNG2020806140843.EW	7.2（UM）	344.6	0.49
KNG2051611220559.EW	7.4（UM）	331.9	0.58	KNG2040806140843.NS	7.2（UM）	427.1	0.49
KNG2030806140843.EW	7.2（UM）	482.2	0.57	KNG2041103111446.NS	9.0（IF）	462.2	0.48

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表 7 基于低频地震动识别参数β_l排序的海底地震动记录（从小到大）

Table 7. Recommended seafloor ground motion records based on defining parameters（β_l） of low frequency （from small to large）

记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	β_l	记录编号	震级M_w（类型）	震中距/km	β_l
KNG2021811141309.EW	4.3（SC）	4.0	0.004	KNG2061912140324.NS	4.3（SC）	9.9	0.005
KNG2021811141309.NS	4.3（SC）	4.0	0.003	KNG2061912140324.EW	4.3（SC）	9.9	0.004
KNG2051405050518.NS	6.0（SL）	5.5	0.032	KNG2051912140324.NS	4.3（SC）	10.2	0.004
KNG2051405050518.EW	6.0（SL）	5.5	0.017	KNG2051912140324.EW	4.3（SC）	10.2	0.003
KNG2030102251405.EW	4.3（SC）	5.8	0.004	KNG2041405050518.NS	6.0（SL）	10.6	0.048
KNG2030102251405.NS	4.3（SC）	5.8	0.003	KNG2041405050518.EW	6.0（SL）	10.6	0.021
KNG2030201181646.EW	4.0（UM）	6.1	0.005	KNG2040102251405.EW	4.3（SL）	13.8	0.005
KNG2030201181646.NS	4.0（UM）	6.1	0.002	KNG2040102251405.NS	4.3（SL）	13.8	0.005
KNG2050605021824.NS	5.1（UM）	8.8	0.009	KNG2011812041506.EW	4.5（SL）	14.4	0.005
KNG2050605021824.EW	5.1（UM）	8.8	0.008	KNG2011812041506.NS	4.5（SL）	14.4	0.003

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参考文献(42)

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