An empirical vertical-to-horizontal (V/H) spectral ratio model for shallow-crustal and upper-mantle earthquakes: insights from the S-net seafloor stations in the Japan Trench region
本研究通过 S-net 海底观测站，提出了一个针对日本海沟区域近海地震动的经验性垂直/水平（V/H）频谱比模型，该模型揭示了由于水层衰减作用，近海 V/H 比显著低于陆上数值，并受到破裂距离、埋藏条件及场地类别等因素的强烈影响。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
当地震发生时，地面不仅仅是左右摇晃，还会上下颠簸。设计建筑物、桥梁和海上平台的工程师必须考虑到这种垂直运动，因为其破坏力可能与水平摇晃一样大。为了了解这种向上作用力有多强，科学家们研究了垂直与水平摇晃之间的比例。在陆地上，这种关系已得到充分理解，但海洋则呈现出不同的情况。水不是坚实的地面；它是一个位于地壳与放置在海底的传感器之间的流体层。这一层改变了地震波的传播方式，通常会以陆地模型无法预测的方式缓冲垂直颠簸。几十年来，设计海上结构的工程师一直不得不依赖陆地上的经验法则，这种做法要么过于保守，要么具有危险的误差。
一个研究小组致力于用硬数据取代这些猜测，重点关注被称为 S-net 的庞大传感器网络，该网络沿日本海沟的海底分布。该地区是强震频发区，在这里，海洋地壳俯冲到大陆板块之下。研究人员收集了来自这些海底站点的数千条记录，捕捉了从浅层地壳地震到上地幔内深层地震的摇晃。他们仔细对这些数据进行了分类，将埋在海底挖掘的沟槽中的传感器与直接放置在海床上的传感器区分开来，并根据海床本身的振动情况对其进行了分类。通过分析这一庞大数据集中上下摇晃与左右摇晃之间的关系，他们旨在为海洋环境建立一个全新的、准确的模型。
结果显示，海洋与陆地之间存在明显且显著的差异。海底测得的垂直摇晃明显比陆地上观察到的要弱，特别是对于地震发生瞬间最初那一刹那发生的快速、高频颠簸。水层起到了过滤器的作用，在垂直能量到达传感器之前吸收了其中的大部分。事实上，海上发生的垂直摇晃强度往往只有陆地上记录到同一地震垂直摇晃强度的一半。这一发现表明，在海上设计中使用基于陆地的模型可能会导致高估垂直作用力，从而可能导致结构过于沉重或成本过高。
除了证实海洋会缓冲垂直运动外，研究还揭示了各种因素如何改变这种关系。研究人员发现，距离地震源的距离非常重要；随着地震波在海洋底部传播得更远，垂直与水平摇晃的比例往往会增加。地震深度也会起到作用，深层地震表现出的垂直摇晃模式与浅层地震不同。或许最重要的一点是，研究强调了海底站点的自身状况会改变测量结果。与置于沉积物之上的传感器相比，埋在海床中的传感器记录到了不同的垂直摇晃模式，尤其是在最初的快速颠簸期间。该团队还开发了一种方法，根据海底场地的自然振动频率对其进行分类，从而能够更精确地预测不同类型的海床会对地震做出何种反应。
当研究人员将他们的新型海洋专用模型与现有的陆地模型进行对比时，差异非常显著。基于陆地的模型预测的垂直摇晃远高于海洋传感器实际记录到的数值。这证实了海洋环境的物理特性是不容忽视的。新模型为工程师和科学家提供了一个定制化的工具，提供了海底在地震期间如何运动的现实图景。通过理解水层显著减少了垂直颠簸，并考虑到海床的具体条件和距离地震源的距离，这项工作为在世界上最具地震活动性的地区之一设计安全且高效的海上结构提供了更可靠的基础。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。