地震旋转效应的测试研究

Rotational seismology is an emerging field of study concerned with all aspects of rotational motions induced by earthquakes, explosions, and ambient vibrations. In Mainland China, the observation of rotational ground motions is just at beginning. In this project, it is deployed that some dense seismic arrays for observation, and then the rotational ground motions are calculated by using the translational earthquake records obtained. We apply the active-source and passive-source methods for near-field observation of local earthquake and explosion, respectively. In epicenter area, we lay seismic arrays of dense station spacing for the near-field observation, while for explosion, we lay the temporary arrays near the shot points. We write the software to calculate the rotational ground motions by the translational records, and this software is especially applicable to our observation record. By processing and analyzing the data, the rotational ground motions records are obtained and the rotation character parameters are picked out. Based upon this, we establish the relation of between the rotation parameters and epicenter distance，magnitude , the explosive charge, and etc. The results will not only provide basic data for domestic rotational ground motions research, but also provide the reference information based on seismic design of super high buildings, nuclear power stations and other important buildings.

旋转地震学是研究由地震，爆破和环境振动引起旋转运动的一个正在兴起的领域。在国内，地震旋转效应的观测研究处于起步阶段 本项目拟开展小点距地震台阵的试验观测，并利用观测的平动地震记录计算旋转地震动。采用被动源和主动源两种方式，分别进行近场地震和爆破近场观测。在地震活动区布设密集的地震台阵进行近场观测，在人工爆破的炮场附近进行小点距台阵观测。 编写由平动地震记录计算旋转地震动的程序，对观测资料进行处理和对比分析。提取地震的旋转特征参数，在此基础上，建立几种旋转参数与震中距、震级、炸药量等参数的关系，为国内开展旋转地震动研究提供基础信息。旋转地震记录频率、振幅特性的分析，可以为高耸建筑、安全性要求高的核电站等重要建筑的抗震设计提供参考信息。

根据经典力学，需要用平移的3个分量和旋转的3个分量来描述刚体的运动。而传统上，地震学只观测平移的运动，缺少对旋转分量的测量。对其进行测量和研究具有重要的科学意义和工程应用价值。地震旋转效应可直接用旋转地震仪探测，也可以间接从平动地震仪的台阵来推断。本项目开展近场小点距地震台阵的观测，间接计算旋转地震分量。并提取地震的旋转特征参数，分析旋转运动与平动运动的关系。主要完成了如下工作并取得了几点认识：. 1. 进行了三种震源（地震、爆炸、气枪）的近场观测试验。对爆炸震源，进行了几种炸药量（0.5、1.0、2.0、2.5吨）和不同炮检距的观测。. 2．在广东珠三角的爆炸震源台阵观测中，对同一个爆炸震源，随炮检距的不同，放置了3-5组台阵，计算得到了每组台阵对应的三分量旋转地震波形，得到3种炸药量（1.0、2.0、2.5吨），共12组三分量旋转地震波形。试验的最大炸药量是2.5吨，计算的最大旋转地震峰值角速度是4200 µrad/s，最大平动地震峰值速度是27.4 mm/s，对应的炮检距0.65km。建立了旋转地震动峰值速度随炮检距的初步衰减关系。对不同炸药量的旋转地震动峰值进行了比较。并发现了旋转峰值与平动峰值近似线性相关。. 3. 计算了汶川地震区6个地震的三分量旋转地震动，震级为（ML4.5- ML2.5）。结果显示，大的地震其平动峰值和旋转峰值都较大，ML4.5旋转地震峰值大小是ML2.5的13-17倍。不同的震源破裂方式，同样的震级和震中距，逆冲型地震的平动和旋转峰值都比走滑型地震的峰值大。并发现了旋转峰值与平动峰值近似线性相关。. 4. 对三种震源得到的旋转波形进行了比较，地震和气枪的优势频率较低，爆炸震源在炮点附近优势频率高达30Hz，地震动峰值的能量主要是高频。将地震和爆炸震源得到的旋转峰值进行了比较，并且与国际同行利用旋转地震仪记录的峰值进行了比较。这些旋转参数和数据将为国内开展旋转地震的研究积累基础信息。