Study of Soil Structure Amplification Based on Strong Earthquake Records−A Case Study of SMASS Array
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摘要: 震害现场调查和研究成果表明，场地土层结构对地震动有较大影响。为了研究场地内土层结构的放大效应，以河北省地震灾害防御与风险评价重点实验室的场地与结构观测台阵（Seismic Monitoring Array of Site and Structure，SMASS）所记录的古冶和滦州地震记录为基础，采用传统谱比法，将地下236 m测点处设为参考场地，把不同监测点处观测到的地震记录傅氏谱同参考场地进行处理及对比分析,得到以下结论：（1）SMASS台阵场地中浅部土层对地震动的放大效应更为明显。（2）SMASS台阵场地中土层结构对地震动的放大效应存在明显差异，在深部土层中，土层结构对水平向地震动的放大效应更为明显；在浅层土层中，土层结构对竖直向地震动的放大效应较为明显。（3）SMASS台阵场地中随着监测点所处深度不断上升，低频成分频带逐渐变宽，高频成分受到的影响较低频成分更为显著。Abstract: The results of this study demonstrate that the soil layer structure at a site significantly influences seismic motion. To investigate the amplification effect of the soil layer structure, seismic records from Guye and Luanzhou, recorded by the Seismic Monitoring Array of Site and Structure (SMASS) in Key Laboratory of Earthquake Disaster Prevention and Risk Assessment of Hebei Province, were analyzed. The traditional spectral ratio method was employed, using seismic data from an underground reference point at 236 meters. Seismic records from various monitoring points were compared to those from the reference site. The following conclusions were drawn: (1) The amplification effect of the shallow soil layer at the SMASS site is more pronounced; (2) The amplification effect of the soil layer structure on seismic motion varies significantly, with deeper soil layers exhibiting a stronger amplification effect on horizontal seismic motion, while shallow soil layers have a greater impact on vertical seismic motion; (3) As the depth of the monitoring point increases, the low-frequency components of the seismic signal broaden, and the high-frequency components are increasingly influenced by these low-frequency components.
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引 言
土体是由厚薄不同，性质各异的若干土层按照特定的次序组合的松散堆积物，受地质作用和环境的影响，不同土层结构的土体具有不同的动力特性（薄景山，2003；2021）。历次震害调查结果表明，不同土层场地上建（构）筑物所受震害情况有所不同。Wood（1908）通过对1906年美国旧金山MS7.8地震资料整理分析发现，相较中硬场地，建（构）筑物在软土场地上受灾更为严重；1985年墨西哥MS8.1地震中，由于土层放大作用导致墨西哥城受到严重破坏，其中6层以上房屋破坏情况远大于6层以下房屋（钮泽蓁，1991）；2008年汶川MS8.0地震中，由于汉源县老县城土层结构对地震动的放大作用，导致汉源县城内出现高烈度异常区（李平，2012）。震害调查和研究表明，当地震动从基岩处传至地表时，局部土层结构会使地震动的频率成分和幅值发生变化，故开展土层结构对地震动放大作用的研究对抗震设防具有重要的理论价值和实际意义。
基于强震记录的分析谱比法是目前开展土层结构对地震动影响研究最可靠的方法，由于其简单、便捷和适用等优点受到国内外学者广泛使用。为了探究地震动记录中的场地效应，Borcherdt（1970）提出选取在地震发生时基岩场地和其附近的土层场地获取到的地震记录，通过对土层场地和基岩场地的强震记录进行傅里叶谱谱比，从而得到该场地的放大效应；基于传统谱比法，王海云（2011）分析在渭河盆地记录到的汶川地震数据，研究了25个土层台阵场地的放大效应得出结论，渭河盆地的土层结构对地震动全频段都产生放大效应，对低频分量较高频分量更为明显；王海云（2014）等通过对美国旧金山湾金银岛岩土台阵四次地震中获取的弱震动记录进行整理分析，采用传统谱比法研究得出土层场地放大作用机制，并得到不同阶振型的场地放大效应作用过程等结论；李平等（2016）基于传统谱比法，整理安宁河谷等地区6个土层台阵记录的加速度时程，研究了台站场地对地震动的放大效应。研究结果表明，该地区的场地地震动放大作用同工程地质分区有密切联系；兰景岩等（2020）采用中硬自由场离心机模型试验和传统谱比场地反应分析法，对场地土层非线性地震动效应开展研究，结果发现地震动场地放大效应随深度的变化呈现一定的规律。
近年来关于场地影响台阵方面的建设与研究逐步增多（周宝峰，2012），如崔昊等（2016）基于日本KiK-net强震动观测台网的强震记录数据，通过3种计算有效峰值加速度的方法来研究地表与井下基岩有效峰值加速度的放大倍数；卢滔（2003）等通过对响嘡台阵场地的地震记录统计、分析与比较，对响嘡台阵场地特征进行估计，并检验了“基岩处谱比值为1，竖向传递系数为1”2种假设，明确了其局限性。多年来，关于地震动放大效应与土层结构之间关系的成果较少。河北省地震灾害防御与风险评价重点实验室建成了国内首个场地与结构观测台阵（Seismic Monitoring Array of Site and Structure，SMASS），并记录到古冶MS5.1地震和滦州MS4.3地震等多次地震。本文基于SMASS台阵数据，通过谱比分析，研究了SMASS场地中不同深度土层对地震动放大效应影响的变化规律，以期为场地地震动效应研究提供参考。
1. SMASS台阵介绍
SMASS台阵隶属于河北省地震灾害防御与风险评价重点实验室，全称为场地与结构地震观测台阵（以下简称“SMASS台阵”），由场地影响台阵和结构反应台阵组成，位于河北省廊坊市三河市境内，周边平坦，受自然破坏影响极低，地下水位常年位于20 m左右，是研究土层场地地震反应的良好场地，本节主要介绍场地影响台阵。
1.1 台阵组成及空间布置
场地影响台阵在地表0 m、地下29.8 、65.2 、101.6 、151 m及基岩层上顶面236.3 m处安装6个三分量加速度计（编号分别为S01～S06）；在地下30 m处S02、S03两侧点布设2个孔隙水压观测点，用以观察强震动时，饱和土层孔隙水压力的变化。电火花激发源可在中心处激发孔（E01）进行激发，以观测不同测点的记录变化及其反应。场地影响台阵平面布置图及仪器布设表分别如图1和表1所示，SMASS台阵平面布置如图2所示。
图 1 场地影响台阵测点平面布置图Figure 1. The layout of the measuring points of the station array affected by the site表 1 场地影响台阵仪器布设表Table 1. Layout of site impact station array instrumentation测点编号 测点位置 所处土层 S01 地表0 m 杂填土 S02 地下30 m 淤泥质黏土 S03 地下65 m 粉土 S04 地下101 m 黏土 S05 地下151 m 粉砂 S06 地下236 m 砂岩 1.2 强震记录介绍
SMASS台阵自建成以来共记录到3次地震动数据，分别是2021年4月16日滦州MS 4.3地震、2020年7月12日古冶MS5.1地震和2019年12月5日丰南MS 4.5地震。滦州地震的震中位于（39.75°N，118.71°E），震源深度为9 km，发震震中距离SMASS台阵165 km；古冶地震的震中位于（39.78°N，118.44°E），震源深度为10 km，发震震中距离SMASS台阵约为143 km；丰南地震震中位于（39.31°N，118.04°E），震源深度为10 km，发震震中距离SMASS台阵约为130 km（图3）。由于丰南地震的震级过小且地震记录质量较差，故只选取古冶地震和滦州地震的记录作为研究资料。
2. 数据处理
强震仪是一种用于测定地震波的仪器，它会在地震时被触发，并记录下地震波的振动情况。强震仪记录的原始数据并不能直接用于研究，因为从触发到记录结束这一过程中，会受到诸多干扰因素的影响，如背景噪声、地面和建筑物震动等。因此，对原始数据进行处理是非常必要的。研究古冶地震和滦州地震的记录时，通常需要进行4步处理：①进行记录判别，即鉴别记录中是否存在有效的地震信号。②进行滤波处理，去除高频或低频的噪声，从而提高地震波信号的清晰度和可读性。③进行平滑处理，将剩余的噪声平滑化，使地震信号更容易被观测和分析。④进行水平分量合成，将2个方向的地震波形合并成1个单独的地震波形，提高信噪比和地震波信号的稳定性。
2.1 强震记录处理
强震记录仪记录的原始加速度时程等数据是开展地震动研究的首要资料，但并非所有原始强震记录都可以采用，若是选择虚假成分较多的原始记录用于地震动研究，会严重影响研究结果。故首先对原始地震动数据进行判别（袁一凡，2012），之后进行基线校正和滤波，得到2次地震强震加速度时程曲线（图4、表2）
表 2 不同深度处PGA值Table 2. Values of PGA at different depths地震名称 埋深/m 竖向PGA/(cm·s−2) 南北向PGA/(cm·s−2) 东西向PGA/(cm·s−2） 古冶地震 236 0.14 −0.20 0.32 151 −0.13 0.40 −0.20 101 −0.15 −0.30 0.34 65 −0.12 −0.22 −0.48 30 0.18 −1.57 −2.06 0 4.17 −9.29 6.56 滦州地震 236 −0.02 0.04 −0.06 151 −0.03 0.07 −0.05 101 −0.02 0.06 0.08 65 −0.03 −0.06 −0.07 30 0.05 −0.30 −0.39 0 −0.63 1.53 1.31 滤波截止频率目前可通过经验公式、数据特性、数学模型、国际标准4类方法确定（Trifunac等，2001）。根据处理结果，通过对原始信号傅里叶谱的变化趋势及原始信号傅里叶谱与噪声信号傅里叶谱的相交点来确定截止频率，在古冶地震（图5）和滦州地震（图6）分别选取0.20～25 Hz、0.20～10 Hz频段进行滤波处理。
目前对地震记录的不合理波动和峰值有2种处理方法，一种是在时域上添加平滑窗，另一种是在频域上添加平滑窗（大崎顺彦，2008）。对于不同的地震记录，需要选取适当的平滑窗和窗长进行处理。本文古冶地震记录选取窗长为0.8 Hz的Parzen窗进行平滑处理，而对于滦州地震记录，则选择0.55 Hz的Parzen窗。这样既能保证减少毛刺现象，又确保误差在合理范围内，达到最佳的平滑效果。
在摆放强震仪的过程中，由于土层地质条件，人为操作导致产生不同方向的分量，为进一步提高精度，本文重点分析土层结构对水平向地震动和竖向地震动的放大作用，如式1所示（Yu J S，2003）
$ \mathrm{。} $ $$ H\left({P}_{{\mathrm{s}}},f\right)=\sqrt{{N}^{2}\left({P}_{{\mathrm{s}}},f\right)+{E}^{2}({P}_{{\mathrm{s}}},f)} $$ (1) 式中，
$H\left({P}_{{\mathrm{s}}},f\right) $ 为水平方向傅里叶谱；${N}^{2}\left({P}_{{\mathrm{s}}},f\right) $ 为南北方向傅里叶谱；${E}^{2}({P}_{{\mathrm{s}}},f) $ 为东西方向傅里叶谱。Ps为土层结构参数，f为频率。2.2 分析方法
地震动在传播过程中主要受震源效应
$ E $ 、路径效应$ P $ 、场地效应$ S $ 影响，如式2所示。$$ O=E\mathrm{*}P\mathrm{*}S $$ (2) 传统谱比法思路为，在场地台站附近存在一处基岩场地台站，当地震动传播到台站场地时，可认为2个台站记录到的地震动记录具有相同的震源效应，若2个台站场地间距远小于传播路径，则路径效应可以忽略不计。之后将2个台站地震动记录进行傅里叶谱比，得到所需的场地效应，若2个台站场地间隔距离较远，则需要考虑路径效应的影响。古冶地震和滦州地震震源距SMASS台阵分别为143 km和165 km，SMASS台阵场地中6个观测点布设在半径8 m的圆周上，各测点之间距离远小于各测点到震源的距离，可以假定震源效应和路径效应在此次研究中是相同的。基于此，本文通过传统谱比法，将基岩处测点观测到的强震记录与其余5个测点观测到的强震记录进行傅氏谱比，以获得台阵各测点所在层位场地效应。
3. SMASS台阵强震记录分析
基于SMASS台阵获取的2次地震强震记录数据，采用传统谱比法进行处理分析，以研究场地土层的放大效应。将各个测点处观测到的记录进行傅里叶变换后，将其与地下236 m基岩层面处观测到的记录进行数据整理和分析研究，研究不同埋深处土层结构对地震动的放大效应。
3.1 唐山古冶5.1级强震记录分析
由图4和表3可知，在古冶地震中，水平向地震动从地下236 m至地下65 m，最大放大效应逐步增加，之后在2.91～4.12之间波动；当传播至地下30 m处时，最大放大效应较地下65 m处增幅约6倍，达到23.76；传至地表时，最大放大效应明显增加，达到83.86。竖直向地震动与水平向地震动有明显差异，竖直向地震动从地下236 m到地下30 m，最大放大效应逐步增加后在3.27～4.16区间浮动，幅度变化相对稳定；但从地下30 m处传至地表时，最大放大效应显著增加，较前者增幅高达约20倍，达到112.57，其变化率明显大于水平向地震动。古冶地震在低频段（<1 Hz）水平向和竖直向地震动最大放大效应所对应的频率分别为0.44～0.51 Hz和0.98～0.99 Hz，分布在一个狭窄的范围内；但在高频段（>1 Hz）地震动最大放大效应所对应的频率分布范围较广。SMASS台阵获取的古冶地震强震记录在地下236 m到地下30 m时，地震动的最大放大效应表现为水平向大于竖直向。
表 3 古冶地震不同测点处最大放大效应及相应卓越频率Table 3. Maximum amplification effect at different measurement points and the corresponding frequency of excellence of the Guye earthquake测点编号 0.2～1 Hz 1～10 Hz 10～25 Hz 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz S05 1.97 0.44 1.54 0.99 2.91 1.30 4.03 2.15 1.79 16.41 2.64 18.45 S04 2.75 0.46 1.95 0.99 2.92 3.08 3.82 2.13 1.83 16.43 2.66 18.45 S03 3.34 0.49 2.14 0.99 4.12 2.29 3.27 1.89 1.98 10.99 2.55 15.14 S02 22.99 0.51 2.22 0.99 23.76 3.95 4.16 2.14 13.48 11.91 2.82 10.78 S01 33.11 0.51 17.76 0.99 80.30 3.91 93.67 8.8 83.86 18.52 112.57 14.38 注：AF表示最大放大效应，f表示与AF对应的频率。 由图7可知，不同深度土层对水平向地震动放大作用不同，当水平向地震动从地下236 m处传至地下151 m处时，土层结构对地震动的放大作用主要集中在1.25～1.45 Hz、2.275～2.35 Hz处，放大倍数在2.3 Hz时达到最大；当水平向地震动传至地下101 m处时，最大放大效应较前者无明显变化，但在低频时（0.3～0.5 Hz）放大效应较151 m处更明显，所对应的频率从2.3 Hz变为4.08 Hz；当水平向地震动传至地下65 m处时，1.25～1.4 Hz处波峰消失，说明在该土层发生了选择性滤波现象；当水平向地震动传至地下30 m处时，谱比值明显上升，所对应的频带也由低频向高频过渡，最大放大效应所对应的频率为4.95 Hz，“小尖峰”显现；当水平向地震动传至地表时，最大放大效应所对应的频率为4.95 Hz，由此可知从地下65 m到地表之间的土层结构对水平向地震动的低频成分和高频成分都存在放大效应，但低频成分较高频成分不明显。
图 7 SMASS台阵中不同深度土层对古冶地震动的放大效应Figure 7. Amplification effect of soil layers at different depth in the SMASS array on the seismic shaking of Guye earthquake由图7可知，不同深度土层对竖直向地震动的放大作用较水平向地震动的放大作用有明显区别。当竖直向地震动从地下236 m传至地下151 m处时，土层结构对地震动的放大作用集中在2.05～2.3 Hz、5.3～5.6 Hz频段内；当竖直向地震动传播至地下101 m处时，5.5 Hz处放大效应有所减弱；当竖直向地震动传播至地下65 m处时，2.1 Hz处波峰消失，但在1.88～2.01 Hz频段内放大效应明显增加；当竖直向地震动传至地下30 m处时，最大放大效应所对应的频率逐步向高频移动；当竖直向地震动传至地表时，放大效应在全频段存在明显增幅，增长率远大于水平向地震动。
3.2 唐山滦州4.3级强震记录分析
由图6和表4可知，不同深度土层对地震动的放大效应并不相同。从基岩到地下65 m处，场地土层对水平向地震动放大效应相对稳定，在2.34～4.14之间浮动；但从地下65 m处传至地表时，场地土层对地震动的放大效应大幅度变化，最大放大效应在地下30 m处，达到27.26，在地表处达到66.09。但场地土层对竖直向地震动的放大效应有所差异，从基岩到地下30 m处时，场地土层对竖直向地震动的放大效应在1.47～6.45之间浮动，但从地下30 m传至地表时，场地土层对地震动的放大效应显著提升，最大放大效应达80.26，增幅程度明显大于水平向地震动。滦州地震中在低频段（<1 Hz）场地土层对水平向地震动的放大效应大于竖直向地震动；在高频段（>1 Hz），从基岩到地下30 m处时，也表现出水平向地震动的最大放大效应大于竖直向地震动最大放大效应。
表 4 滦州地震不同测点处最大放大效应及相应卓越频率Table 4. Maximum amplification effect at different measurement points and the corresponding frequency of excellence of the Luanzhou earthquake测点编号 0.2～1 Hz 1～10 Hz 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz S05 2.34 0.48 1.47 0.99 3.64 1.31 3.20 2.29 S04 3.41 0.50 1.74 0.99 3.07 1.34 2.73 2.29 S03 4.14 0.51 1.96 0.74 3.71 2.32 3.75 2.13 S02 27.26 0.53 2.45 0.74 24.29 1.31 6.45 2.31 S01 41.57 0.52 22.89 0.73 66.09 3.22 80.26 8.49 注：AF表示最大放大效应，f表示与AF对应的频率。 由图8可知，从地下236 m到地下151 m的土层结构对滦州地震水平地震动的放大作用主要集中在0.4～0.5 Hz、1.2～1.4 Hz、2.3～2.4 Hz频段，最大放大倍数所对应的频率为1.3 Hz；地下151 m到地下101 m处的土层，对1.2 Hz～1.4 Hz频段中放大作用有所减弱；地下101 m处到地下65 m处的土层，对0.4～0.5 Hz、2.3～2.4 Hz处放大作用有所增强，但1.2～1.4 Hz处波峰消失，其发生了选择性滤波现象；地下65 m处的土层到地下30 m处的土层，对水平向地震动全频段呈明显增幅，大幅度增幅的频段为0.4～0.5 Hz、1.2～1.4 Hz；地下30 m处到地表的土层较上一土层对水平向地震动的放大作用更为显著。深部土层对水平向地震动放大作用主要集中在低频率频段（<1 Hz），但随着土层埋深的不断减少，放大作用增长幅度上升和放大效应所对应频段也逐渐向高频移动。
图 8 SMASS台阵中不同深度土层对滦州地震动的放大效应Figure 8. Amplification effect of soil layers at different depth in the SMASS array on the seismic shaking of Luanzhou earthquake由图8可知，基岩到地下151 m处之间的土层结构对滦州地震竖向地震动放大作用主要集中在2.2～2.3 Hz、5～6 Hz频段内；地下151 m到地下101 m土层结构对竖向地震动放大作用在1.8～2.3 Hz频段内，但5～6 Hz频段有所减弱；地下101 m到地下65 m之间的土层对地震动的放大作用主要集中在2～2.3 Hz频段内；地下65 m到地下30 m土层对地震动放大作用在2～3 Hz、5～7 Hz频段内；地下30 m到地表的土层对地震动的放大作用尤为显著，其增长幅度远大于同一土层对水平向地震动的增幅。
4. 讨论
根据表3、表4和表5可知，各测点土层结构对地震动低、高频成分都有放大效应，高频成分中尤为显著，谱比曲线出现多个峰值点，频率带逐渐放宽。例如在滦州地震记录中，S01测点最大放大效应所对应频带分布范围为0.4～6 Hz，跨越了高频与低频。结果发现不同深度土层对地震动的放大效应不仅对高频段作用显著，同时也会增加低频段有影响，说明在地震作用下，低层与高层建（构）筑物会遭受不同的震害。
表 5 不同埋深处土层地震放大系数及相应卓越频率Table 5. Amplification coefficients and corresponding excellence frequencies for amplification at different depths of burial埋深/m 古冶地震 滦州地震 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 谱比值 卓越频率/Hz 谱比值 卓越频率/Hz 谱比值 卓越频率/Hz 谱比值 卓越频率/Hz 151 2.91 1.30 4.03 2.15 3.65 1.31 3.20 2.29 101 2.92 3.08 3.82 2.14 3.07 1.34 2.73 2.29 65 4.12 2.29 3.27 1.89 3.71 2.32 3.75 2.13 30 23.76 3.95 4.16 2.14 24.29 1.31 6.45 2.31 0 83.86 18.53 112.57 14.38 66.09 3.22 80.26 8.49 软土呈夹层的形式出现在土层结构中被称为软土夹层。当地震波通过夹层时，会被选择性的滤除和放大。一般的认识是，当一定厚度的软土夹层埋置足够深时，一般起到隔震作用；但位于土层剖面顶部时，往往会使地震动放大效应显著增加（钱胜国，1994；吕悦军，2008）。
据图9、图10可知，软弱夹层的存在对地震动有明显的放大作用，竖直向地震动较水平向地震动最大放大效应增长的更为明显。
图 9 SMASS台阵中不同深度土层对古冶地震的不同频段地震动的最大放大效应Figure 9. Maximum amplification effect of soil layers at various depths in the SMASS array on seismic ground motion of different frequency bands of the Guye earthquake
图 10 SMASS台阵中不同深度土层对滦州地震的不同频段地震动的最大放大效应Figure 10. Maximum amplification effect of soil layers at various depths in the SMASS array on seismic ground motion of different frequency bands of the Luanzhou earthquake由图11 中SMASS台阵场地土层剪切波速可知，在地下30～32.03 m处存在一处淤泥质黏土夹层，地下30 m处土层剪切波速由400 m/s骤变为97 m/s，随着深度的增加，剪切波速也随之增加，在地下31 m处变为161 m/s，在地下33 m处时剪切波速增加至409 m/s，后续剪切波速无大幅度变化。
图 11 SMASS台阵场地土层剪切波速Figure 11. Shear wave velocity of local soil layer at SMASS array siteSMASS台阵常年地下水位在20 m左右，竖直向地震动在从基岩到地下30 m处时，其最大谱比值变化并不明显，但从地下30 m到地表时，竖直向地震动谱比值增长速度明显超过水平向地震动谱比值，初步判断，地下水位对竖向地震动放大效应影响较为显著。
本文只是初步通过2次强震记录的傅里叶谱比来探究SMASS台阵场地土层结构对地震动的影响，更为细致的内容还需开展进一步研究。
5. 结论
本文以SMASS台阵记录到的古冶和滦州地震记录为对象，采用传统谱比法研究土层结构对地震动的放大效应，得到以下结论：
（1）基岩到地下30 m处地震动PGA变化较小，从地下30 m处到地表时PGA显著提升。
（2）SMASS台阵成功的记录到了地震记录，所得的记录被应用到分析地震动场地效应中，说明该台阵的建立为以后开展场地地震反应研究提供了试验场，且观测到的强震动数据能为环首都圈平原抗震设防提供较好的参考依据。
（3）SMASS台阵场地中土层结构对水平向和竖直向地震动的放大作用效果并不相同，埋置较深时，土层结构对水平向地震动频率成分放大效应较竖直向地震动频率成分更为明显。
（4）SMASS台阵场地对地震动的全频段都存在放大作用。在深部土层，土层结构对地震动的低频成分放大作用更明显，随着埋深减少，低频成分放大作用的频带逐渐变宽。
（5）SMASS台阵获取的古冶地震和滦州地震强震记录，在低频率波段（<1 Hz）地震动的最大放大效应呈现出水平向大于竖直向的现象；但在高频率波段（>1 Hz）地下30 m到地表时，地震动的最大放大效应又出现了竖直向大于水平向的特征。初步分析得到结果，认为地下水位对竖直向地震动的频率成分有一定的放大作用，但若要得到确定的范围还需进一步研究。
致谢 本研究使用了河北省地震灾害防御与风险评价重点实验室的场地与结构地震观测台阵，在此表示感谢。
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图 1 场地影响台阵测点平面布置图
Figure 1. The layout of the measuring points of the station array affected by the site
图 7 SMASS台阵中不同深度土层对古冶地震动的放大效应
Figure 7. Amplification effect of soil layers at different depth in the SMASS array on the seismic shaking of Guye earthquake
图 8 SMASS台阵中不同深度土层对滦州地震动的放大效应
Figure 8. Amplification effect of soil layers at different depth in the SMASS array on the seismic shaking of Luanzhou earthquake
图 9 SMASS台阵中不同深度土层对古冶地震的不同频段地震动的最大放大效应
Figure 9. Maximum amplification effect of soil layers at various depths in the SMASS array on seismic ground motion of different frequency bands of the Guye earthquake
图 10 SMASS台阵中不同深度土层对滦州地震的不同频段地震动的最大放大效应
Figure 10. Maximum amplification effect of soil layers at various depths in the SMASS array on seismic ground motion of different frequency bands of the Luanzhou earthquake
图 11 SMASS台阵场地土层剪切波速
Figure 11. Shear wave velocity of local soil layer at SMASS array site
表 1 场地影响台阵仪器布设表
Table 1. Layout of site impact station array instrumentation
测点编号 测点位置 所处土层 S01 地表0 m 杂填土 S02 地下30 m 淤泥质黏土 S03 地下65 m 粉土 S04 地下101 m 黏土 S05 地下151 m 粉砂 S06 地下236 m 砂岩 
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表 2 不同深度处PGA值
Table 2. Values of PGA at different depths
地震名称 埋深/m 竖向PGA/(cm·s−2) 南北向PGA/(cm·s−2) 东西向PGA/(cm·s−2） 古冶地震 236 0.14 −0.20 0.32 151 −0.13 0.40 −0.20 101 −0.15 −0.30 0.34 65 −0.12 −0.22 −0.48 30 0.18 −1.57 −2.06 0 4.17 −9.29 6.56 滦州地震 236 −0.02 0.04 −0.06 151 −0.03 0.07 −0.05 101 −0.02 0.06 0.08 65 −0.03 −0.06 −0.07 30 0.05 −0.30 −0.39 0 −0.63 1.53 1.31
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表 3 古冶地震不同测点处最大放大效应及相应卓越频率
Table 3. Maximum amplification effect at different measurement points and the corresponding frequency of excellence of the Guye earthquake
测点编号 0.2～1 Hz 1～10 Hz 10～25 Hz 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz S05 1.97 0.44 1.54 0.99 2.91 1.30 4.03 2.15 1.79 16.41 2.64 18.45 S04 2.75 0.46 1.95 0.99 2.92 3.08 3.82 2.13 1.83 16.43 2.66 18.45 S03 3.34 0.49 2.14 0.99 4.12 2.29 3.27 1.89 1.98 10.99 2.55 15.14 S02 22.99 0.51 2.22 0.99 23.76 3.95 4.16 2.14 13.48 11.91 2.82 10.78 S01 33.11 0.51 17.76 0.99 80.30 3.91 93.67 8.8 83.86 18.52 112.57 14.38 注：AF表示最大放大效应，f表示与AF对应的频率。
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表 4 滦州地震不同测点处最大放大效应及相应卓越频率
Table 4. Maximum amplification effect at different measurement points and the corresponding frequency of excellence of the Luanzhou earthquake
测点编号 0.2～1 Hz 1～10 Hz 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz AF f/Hz S05 2.34 0.48 1.47 0.99 3.64 1.31 3.20 2.29 S04 3.41 0.50 1.74 0.99 3.07 1.34 2.73 2.29 S03 4.14 0.51 1.96 0.74 3.71 2.32 3.75 2.13 S02 27.26 0.53 2.45 0.74 24.29 1.31 6.45 2.31 S01 41.57 0.52 22.89 0.73 66.09 3.22 80.26 8.49 注：AF表示最大放大效应，f表示与AF对应的频率。
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表 5 不同埋深处土层地震放大系数及相应卓越频率
Table 5. Amplification coefficients and corresponding excellence frequencies for amplification at different depths of burial
埋深/m 古冶地震 滦州地震 水平向地震动 竖直向地震动 水平向地震动 竖直向地震动 谱比值 卓越频率/Hz 谱比值 卓越频率/Hz 谱比值 卓越频率/Hz 谱比值 卓越频率/Hz 151 2.91 1.30 4.03 2.15 3.65 1.31 3.20 2.29 101 2.92 3.08 3.82 2.14 3.07 1.34 2.73 2.29 65 4.12 2.29 3.27 1.89 3.71 2.32 3.75 2.13 30 23.76 3.95 4.16 2.14 24.29 1.31 6.45 2.31 0 83.86 18.53 112.57 14.38 66.09 3.22 80.26 8.49
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