根据土耳其强震监测站的强震动记录，利用频谱分离技术估算了场地放大效应

《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》：Site amplification estimated from strong motion records at Türkiye strong-motion stations using spectral separation technique

本研究基于土耳其国家强震动网络（TR-NSMN）的7191条强震动记录，运用频谱分离技术，系统评估了0.5-20Hz频带内地震动放大效应的空间分布特征。结果表明，东部和西南部松散沉积层导致低频（0.5-1.3Hz）显著放大，南部包括哈塔伊地区高频（8-20Hz）响应明显。地质单元与场地分类（NEHRP）影响放大效应，Quaternary地层和E类场地在低频表现更强，古生代地层和C-D类场地高频响应更突出。Vs30与低频放大存在显著相关性，为地震风险评估、城市规划和抗震设计提供依据。

　　

O.T. Ozmen|H. Yamanaka|H.I. Arslan|M. Beyhan|S. Altiok|A.O. Ozel|M. Turkoglu|O. Gokce

灾难与应急管理署（AFAD），地址：Universiteler Mah. Dumlupinar Bulvari No: 159, Bilkent, Cankaya, Ankara, 土耳其

摘要

本研究基于土耳其国家强震动监测网络（TR-NSMN）的462个监测站记录的757次地震的7191条强震动数据，对土耳其全国的地震场地放大效应进行了评估。通过频谱分离技术，将震源、传播路径和局部场地条件的影响在0.5–20 Hz频率范围内进行了分离。研究结果表明，地震放大效应存在空间和频率依赖性。在土耳其东部和西南部的沉积地表区域，0.5–1.3 Hz频段的低频放大效应较为明显；而在包括哈塔伊（Hatay）在内的土耳其南部地区，8.0–20 Hz频段的放大效应更为显著。场地放大系数根据国家地震灾害减少计划（NEHRP）定义的四个地质单元和五个场地类别进行了评估。第四纪地质单元及被归类为C-D类的场地表现出更强的低频放大效应，而古生代地质单元及C-D类场地则倾向于表现出更高的高频响应。研究发现Vs30（上层30米内的剪切波平均速度）与放大效应之间存在关联，尤其是在0.5–1.3 Hz频段。这些发现有助于理解局部场地效应，并为地震危险性评估、城市规划和基于土耳其当地地质条件的韧性结构设计提供参考。

引言

过去一个世纪中，多次破坏性地震表明了浅层地质条件在放大地面震动和影响结构损伤方面的显著作用。例如1939年的埃尔津詹（Erzincan，震级Mw 7.9）、1992年的埃尔津詹（Mw 6.6）、1999年的科贾埃利（Kocaeli，Mw 7.4）和杜兹杰-博卢（Duzce–Bolu，Mw 7.2）、2011年的凡（Van，Mw 7.2）地震，以及最近的2023年卡赫拉曼马拉斯（Kahramanmaras）地震（Mw 7.7和7.6），这些事件都提供了将地下条件与损伤模式联系起来的实证证据[[1], [2], [3]]。这些重大地震是Demirtas [4] 编纂的1900年至2014年间土耳其发生的破坏性地震目录中的典型案例。根据该目录，这一时期共发生了158次破坏性地震（Mw ≥ 4.0），导致92,912人死亡和广泛的结构性破坏。这种高地震活动是由环绕安纳托利亚地块的阿拉伯板块、非洲板块和欧亚板块之间的复杂相互作用引起的。安纳托利亚地块的变形主要由两个主要的走滑断层系统——北安纳托利亚断层带（NAFZ）和东安纳托利亚断层带（EAFZ）所调节[5,6]。强震动记录在分析局部场地效应方面发挥着关键作用。传统的经验方法，如标准频谱比（SSR）[7]和水平-垂直频谱比（HVSR）技术[[8], [9], [10]]，已被广泛用于此目的。然而，这些方法往往难以区分地震震源、波传播路径和局部场地响应的综合效应。频谱分离方法通过将观测到的地面震动谱分解为震源、传播路径和场地成分来克服这一局限[[11], [12], [13], [14], [15]]。在土耳其，该方法已应用于多项区域研究（例如参考文献[[16], [17], [18], [19]]）；然而，由于缺乏大规模强震动数据集的全国性应用，因此难以进行场地放大特性的区域比较。

本研究旨在通过利用土耳其国家强震动监测网络（TR-NSMN）的462个监测站记录的757次地震的7191条强震动数据，对全国范围内的场地放大效应进行评估。采用频谱分离技术估计0.5–20 Hz频率范围内的场地响应，并结合地表地质特征和上层30米内的剪切波平均速度（Vs30）对场地特性进行评估。通过提供一致的全国性场地放大评估，本研究有助于改进地震危险性评估、建筑设计实践以及具有韧性的城市和区域规划。

强震动数据

TR-NSMN网络成立于1973年，最初配备了67个模拟记录仪，一直在全国范围内记录重要的地震事件。该网络从1976年开始进行首次记录，并于1993年转向使用数字加速度计。自2014年起，在灾难与应急管理署（AFAD）领导的土耳其地震数据中心项目（TDVM-2013）的支持下，TR-NSMN实现了实时运行。截至2024年5月，该网络已扩展至885个配备数字设备的监测站。

震源谱

使用频谱分离方法得到了757次地震的震源加速度谱$S_i\left(f\right)$对于每次地震。地震矩密度函数$M_i\left(f\right)$是使用以下关系计算得出的：$S_i\left(f\right)$$R_{\theta }{M}_i\left(f\right)$${\theta }_{}=0.6$${\rho }_{}g/{\text{cm}}^3$$V_{}=4.0\text{km}/s$表示平均辐射模式系数，$V_{}=4.0\text{km}/s$表示剪切波速度。图中展示了震级范围从Mw 3.3到Mw 6.7的地震的代表性矩谱。

讨论

本研究的主要目的是评估场地效应，而非分析记录地震的震源或传播路径特性。因此，本节重点讨论了与场地相关的特性。

结论

本研究利用土耳其国家强震动监测网络（TR-NSMN）的462个监测站记录的757次地震的7191条强震动数据，对土耳其全国的场地放大特性进行了评估。通过频谱分离技术将S波谱分解为震源、传播路径和场地成分，从而研究了频率依赖的放大模式及其与近地表场地特性和场地刚度的区域差异之间的关系。

CRediT作者贡献声明

O.T. Ozmen：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论设计、调查实施、数据分析、数据整理。H. Yamanaka：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、方法论指导。H.I. Arslan：软件开发。M. Beyhan：软件应用与概念设计。S. Altiok：概念框架构建。A.O. Ozel：概念框架构建。M. Turkoglu：资源协调。O. Gokce：数据管理。

声明与披露

本研究部分得到了日本学术振兴会（JSPS）的Ronpaku（博士论文）计划和JSPS与土耳其科学技术研究委员会（TUBITAK）双边合作项目的支持（项目编号：116Y524）。所有作者均在其专业领域为研究的内容和设计做出了贡献，且不存在任何相关的财务或非财务利益冲突。

浅层S波速度剖面

利益冲突声明

作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人情况：Ozgur Tuna OZMEN表示，他的研究得到了日本学术振兴会（JSPS）Ronpaku（博士论文）计划提供的财务支持和旅行资助。本研究部分得到了日本学术振兴会（JSPS）Ronpaku（博士论文）计划和JSPS与土耳其科学技术研究委员会（TUBITAK）双边合作项目的支持。

致谢

我们衷心感谢灾难与应急管理署（AFAD）地震研究部门对本研究的宝贵协助与贡献。本研究部分得到了日本学术振兴会（JSPS）的Ronpaku（博士论文）计划以及JSPS与土耳其科学技术研究委员会（TUBITAK）双边合作项目的支持。