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研究生:謝宏灝
研究生(外文):Hong-Hao Hsieh
論文名稱:利用井下地震儀陣列探討單站頻譜比法之應用
論文名稱(外文):A Study of Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio by using the Downhole Accelerometer Array in Taiwan
指導教授:溫國樑
指導教授(外文):Wen, K.L.
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:地球物理研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:單站頻譜比頻譜比井下地震儀陣列微地動
外文關鍵詞:H/V Ratiospectrum ratioDownhole Accelerometer ArrayHorizontal-to-Vertical Spectral Ratiomicrotremor
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本研究以台北盆地五個測區以及宜蘭、花蓮各一測區之井下地震儀陣列資料為依據,將各個測站歷年所收到的地震記錄進行頻譜比的分析與比較,探討單站頻譜比法(H/V Ratio)之應用。
在台北盆地我們利用五股工業區污水處理場、蘆洲抽水站、板橋退輔會、板橋水利局以及松山菸廠五個井下地震儀陣列的資料,分別針對背景雜訊(pre-event)與主要能量(S波)之傅氏振幅譜,以及包含了背景雜訊與主要能量等整筆地震記錄之反應譜,進行地表單站頻譜比與地表測站除以井下各測站之雙站頻譜比的分析與比較,且由各測區之岩心柱狀圖,可觀察各測區地表單站頻譜比所反應之地層。
而另外兩測區宜蘭羅東以及花蓮大漢技術學院,由於其有地動加速度值較大之記錄,所以文中將其地動加速度值依據中央氣象局地震震度分級表之分類,觀察其地表單站頻譜比法在不同地動加速度時之變化。
分析比較以上所得之頻譜比值資料,可得到以下結論:
1.台北盆地之地表單站頻譜比不論在S波或是背景雜訊,主要反應出松山層之效應。
2. S波所得之地表單站頻譜比對於地層反應明顯,除了反應第一層外,亦存在其它層之反應,可應用來推求較深層之地下構造,但有時可能會忽略了淺層的地層效應。
3.微地動(pre-event)所得之地表單站頻譜比對於速度對比大之近地表地層有非常明顯之反應,故可將其應用於淺層地層場址效應之研究上,如工程整地,其對於地表之回填土層將會有很好的反應;此外,在地震少之地區,微地動之地表單站頻譜比法乃提供了一個在研究場址反應上快且有效的方法。
4.利用地表單站頻譜比法可看出強地動所造成之非線性效應,故可將之應用於非線性效應之研究上。
This study use the earthquake data recorded by seven downhole accelerometer arrays in Taiwan. Five of the downhole accelerometer arrays are located in Taipei basin and the other two are respectively in Ilan and Hualien areas.
First, we cut 5 seconds noise (pre-event) and 10 seconds S-wave from these earthquake data. The seconds, using Fourier amplitude spectrum to transform the noise and S-wave time domain data into frequency domain data. Furthermore, we used response spectrum to calculate the whole data consist of noise and S-wave etc.. Finally, we calculate each site horizontal-to-vertical spectral ratios of surface station (0m H/V ratio) and spectral ratios of surface to different depths station pairs. Compare to the geological profile, we can find out the dominant frequency in the H/V ratio came from which soil layer.
The ground motion data recorded by Lotung and Hualien downhole arrays are separated into three groups on the basis of CWB’s intensity scale. The variation of H/V ratio with respect to PGA levels are analyzed in this study.
From the spectral ratio obtained through these downhole accelerometer array data, we can summarize the results as below:
1. The fundamental resonance frequencies of H/V ratios at surface stations in the Taipei basin show the response of Sungshan layer.
2. The fundamental resonance frequencies of S-wave H/V ratios at surface stations also can present deeper layer’s response.
3. In the case of high impedance contrast top soil layer, the amplitude and frequency from surface H/V ratio are consistent with that of layer response.
4. The H/V ratio of surface station can use to identify the non-linear soil response.
目 錄
頁次
論文提要 ……………………………………………………………….. i
誌 謝 ………………………………………………………………. ii
目 錄 ……………………………………………………………… iii
圖 目 ……………………………………………………………..…v
表 目 …………………..…………………………….…..………. viii
第一章 緒論 …………………………………………………………... 1
1.1 研究動機與目的 ……..…………………………………....… 1
1.2 文獻回顧 …………..……………………………...….……… 2
1.3 內容簡介 ……………..………………………….…………... 4
第二章 研究資料介紹 ………………………………………………... 6
2.1 研究資料區域簡介 ……..……………………….…………... 6
2.2 研究資料介紹 ………………..……………………..…....… 10
第三章 研究原理與方法 ……………………………………………. 22
3.1 傅式振幅譜(Fourier Spectrum) .…………………………... 22
3.2 反應譜(Response Spectrum) ……………...………….…… 23
3.3 雙站頻譜比法 ……………………………………………… 25
3.4 單站頻譜比法 ……………………………..……………….. 26
3.5 資料處理流程 …………………..…………………….……. 27
第四章 資料處理分析與結果 ………………………………….…… 35
4.1 台北盆地井下地震儀陣列 ………………………………… 35
4.2 宜蘭羅東LSST井下地震儀陣列 ………………………….. 65
4.3 花蓮大漢技術學院井下地震儀陣列 …………………….... 72
4.4 綜合討論 …………………………………………………… 81
第五章 結果與討論 …………………………………………………. 84
5.1 結果討論 ……………………………………………...……. 84
5.2 未來展望 …………………………………………..……….. 85
參考文獻 ………………………………...…………………………… 86
附 錄 …………………………....…………………………...…… 90
圖 目
頁次
圖2.1 台北盆地深井鑽探位置及基盤等深度圖(中央地調
所提供) ……..……………...………………...…...………… 9
圖2.2 蘭陽平原基盤面等深度圖(改繪自溫國樑,1988、
蘇靜怡,2000) ………….………………………...……… 11
圖2.3 台北盆地五個井下地震儀陣列之位置分佈圖(摘自
溫,1995) ……………………………..…………...….……. 15
圖2.4 台北盆地西側四個測區之詳細位置圖(摘自謝等,
1994) ………………….…………………………………… 16
圖2.5 台北盆地二維地層變化剖面圖 ……………..…………….. 17
圖2.6 羅東LSST陣列位置圖(摘自溫等,1986) ………………. 18
圖2.7 LSST測站位置分佈圖(摘自溫等,1986) …………..….. 19
圖2.8 花蓮SMART-2強震觀測網位置分佈圖(摘自Chiu
et al.,1994) ………...…………………………..………..….. 20
圖3.1 頻譜比法研究流程 ……………………..….………………. 28
圖3.2 五股工業區污水處理場地表測站於1994年10月12
日所收到之加速度地震記錄 ……………...……..….….… 29
圖3.3 五股工業區污水處理場地表測站於1994年10月12
日所收到之加速度地震記錄截取5秒背景雜訊所得
之傅氏振幅譜 ………………………………………...…… 30
圖3.4 五股工業區污水處理場地表測站於1994年10月12
日所收到之加速度地震記錄截取10秒主要能量波段
所得之傅氏振幅譜 …………………………….………….. 31
圖3.5 本研究主要探討之各項比較示意圖 ……………..….….… 34
圖4.1 岩盤測站H/V Ratio測試 ………………………….....……. 36
圖4.2 五股工業區污水處理廠井下岩心柱狀圖(摘自鄧等,
1994b) ………………………………………………...……. 38
圖4.3 五股工業區污水處理廠所選用46個地震之震央分
佈圖 …...………………………………………………….... 39
圖4.4 五股工業區污水處理廠地表單站頻譜比與地表測站
除以各個不同深度測站之雙站頻譜比之比較圖 ………... 40
圖4.5 五股工業區污水處理廠速度與深度關係圖 ………….…... 44
圖4.6 五股工業區污水處理廠依據震源深度分類所得之地
表單站頻譜比 ………………………………...…………… 45
圖4.7 蘆洲抽水站井下岩心柱狀圖(摘自鄧等,1995) …..…….. 46
圖4.8 蘆洲抽水站所選用7個地震之震央分佈圖 ……….……… 47
圖4.9 蘆洲抽水站地表單站頻譜比與地表測站除以各個不
同深度測站之雙站頻譜比之比較圖 …………..……….… 49
圖4.10 板橋退輔會井下岩心柱狀圖(摘自鄧等,1994c) ….… 50
圖4.11 板橋退輔會所選用10個地震之震央分佈圖 …….…..…… 51
圖4.12 板橋退輔會地表單站頻譜比與地表測站除以各個不
同深度測站之雙站頻譜比之比較圖 ………....…..………. 52
圖4.13 板橋退輔會速度與深度關係圖 …………………….…..…. 56
圖4.14 板橋水利局井下岩心柱狀圖(摘自鄧等,1994a) ……….. 57
圖4.15 板橋水利局所選用4個地震之震央分佈圖 ………………. 58
圖4.16 板橋水利局地表單站頻譜比與地表測站除以各個不
同深度測站之雙站頻譜比之比較圖 ………..……….…… 59
圖4.17 板橋水利局速度與深度關係圖 …………………………… 63
圖4.18 松山菸廠所選用36個地震之震央分佈圖 ………...……… 64
圖4.19 松山菸廠地表單站頻譜比與地表測站除以各個不同
深度測站之雙站頻譜比之比較圖 …….……………….…. 66
圖4.20 羅東LSST井下地震儀DHB陣列所選用24個地震
之震央分佈圖 …………...………………………………… 69
圖4.21 羅東LSST井下地震儀陣列地表單站頻譜比與地表
測站除以各個不同深度測站之雙站頻譜比之比較圖 ...… 70
圖4.22 羅東LSST井下地震儀陣列依據地動加速度值大小
分類所得之地表單站頻譜比 ……...……...………….…… 73
圖4.23 花蓮大漢技術學院所選用79個地震之震央分佈圖 ……... 74
圖4.24 花蓮大漢技術學院之井下岩心柱狀圖及速度井測之
P波、S波速度 …………………..……………………….…. 76
圖4.25 花蓮大漢技術學院地表單站頻譜比與地表測站除以
各個不同深度測站之雙站頻譜比之比較圖 ……..……..... 77
圖4.26 花蓮大漢技術學院依據地動加速度值大小分類所得
之地表單站頻譜比 ……………………………...…….…… 80
表 目
頁次
表2.1 台北盆地內之地層柱狀分布情形(摘自王等,1978) …….. 7
表2.2 本研究中各測區井下陣列地震儀位置 …………………….. 13
表4.1 五股工業區污水處理廠地層速度(摘自溫等,1998) ….…. 44
表4.2 板橋退輔會地層速度(溫等,1996) ……………………….. 56
表4.3 板橋水利局測區地層速度(溫等,1996) ………………….. 63
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