使用高分辨率地震台阵（HVSR）反演技术对印度尼西亚马朗县（Malang Regency）的地震场地特性进行表征

《Kuwait Journal of Science》：Seismic site characterization of Malang Regency (Indonesia) using HVSR inversion

本研究基于印尼活动断层图，利用便携式MBB-2地震仪在普沃多达迪村进行19个点的微震测量，通过HVSR反演结合ASCE标准分类Vs30值，发现低Vs30和高z1.0区域（如RKI08、RKI18）地震易损性高，而高Vs30和薄沉积层区域（如RKI10、RKI09）较安全，并推测存在断层需进一步验证。

　　在印尼爪哇岛南部海域，存在着由欧亚板块和印度-澳大利亚板块相互作用形成的俯冲带，这一区域因地震活动频繁而具有较高的地震风险。本研究以印尼马隆县的普尔沃多迪村为研究对象，结合地震学和地质学方法，分析该地区土壤的地震易损性，为地震灾害的预防和管理提供科学依据。研究团队采用微型地震测量技术，使用便携式微型宽带（MBB-2）地震仪，在该地区选取19个测量点，间距约为500米，对地表的地震响应进行分析。通过对测量数据的处理，特别是利用水平-垂直谱比（HVSR）曲线的反演方法，研究人员获得了各测量点的剪切波速度剖面（Vs30），并据此评估土壤的地震易损性。这一研究不仅有助于理解区域的地震风险分布，也为当地居民和相关部门提供了更精确的灾害应对策略。

普尔沃多迪村的地震风险主要受到两个关键参数的影响：剪切波速度（Vs30）和沉积层厚度（z1.0）。剪切波速度是评估土壤硬度的重要指标，通常与地震波的放大效应相关。研究发现，较低的Vs30值往往意味着土壤较为松软，容易在地震发生时放大震动，从而增加建筑物的损坏概率。与此同时，沉积层厚度也是一个重要的影响因素，较厚的沉积层可能对地震波产生更大的放大作用，尤其是在细颗粒沉积物较多的区域。因此，通过测量和分析这些参数，研究人员能够识别出地震易损性较高的区域，并为地震风险评估提供数据支持。

本研究采用了HVSR反演方法，该方法通过分析地震仪记录的水平和垂直方向的地震波谱，计算出地表剪切波速度剖面。这一方法的优势在于其操作简便、成本较低，并且能够避免对地表的破坏性操作，因此特别适用于城市和人口密集地区。研究人员使用Geopsy软件对原始数据进行处理，通过快速傅里叶变换（FFT）将数据从时域转换为频域，并进一步计算HVSR曲线。通过对比模型与实际观测数据，研究人员调整模型参数，以确保反演结果与实际地质条件尽可能一致。这一过程最终得到了每个测量点的剪切波速度剖面，从而计算出Vs30值。

在普尔沃多迪村的19个测量点中，研究人员发现部分区域的Vs30值较低，例如RKI04、RKI08和RKI18，这些点的Vs30分别为230.2 m/s、219.0 m/s和248.9 m/s，表明这些区域的土壤较为松软，地震风险较高。相比之下，RKI05、RKI09和RKI10的Vs30值分别为416.0 m/s、481.1 m/s和502.0 m/s，这些区域的土壤属于“非常密实土壤”类别，地震易损性较低。此外，沉积层厚度（z1.0）的测量也表明，某些区域的沉积层较厚，例如RKI04的z1.0值为46.6米，而RKI08的z1.0值为388.0米，这些厚沉积层可能会加剧地震波的放大效应，增加地震灾害的严重程度。

研究团队还发现，在某些测量点之间存在可能的断层结构。通过对剪切波速度剖面的分析，研究人员注意到某些区域的剪切波速度分布呈现出明显的对比特征，这可能意味着存在断层活动。例如，在RKI04、RKI11和RKI14三个点之间，剪切波速度的变化可能表明存在一个断层。尽管初步分析支持这一假设，但研究人员指出，需要进一步的地质调查和使用其他方法来确认断层的存在。这表明，虽然HVSR反演方法能够提供有价值的土壤信息，但结合其他地质技术仍然是必要的。

在普尔沃多迪村，地震风险不仅受到土壤条件的影响，还与地形特征密切相关。研究人员发现，部分测量点的剪切波速度值较低，而这些点恰好位于地势较为陡峭的区域。这种软土与陡坡的组合，使得该地区在地震发生时更容易发生滑坡等次生灾害。此外，地形变化可能对地震波的传播路径产生影响，从而改变地震波的分布和强度。因此，在进行地震易损性评估时，地形信息同样需要被纳入考虑范围。

为了更全面地评估地震风险，研究人员不仅关注土壤的剪切波速度和沉积层厚度，还结合了其他地质参数，如地层类型和岩性。在该地区，主要的地层包括砂土、黏土和岩石。不同的岩性对地震波的传播特性有着显著影响，例如，坚硬岩石（如花岗岩和石英岩）通常具有较高的剪切波速度，而松软的砂土和黏土则容易放大地震波。因此，在分析地震易损性时，需要结合地层类型，以更准确地判断地震波在不同区域的传播和放大效应。

此外，研究人员还探讨了地震易损性与经济和社会因素之间的关系。普尔沃多迪村是马隆县的一个重要旅游区域，拥有如伦戈克索诺海滩等知名景点。这些景点的存在使得该地区在经济上具有一定的价值，但同时也增加了地震灾害的潜在影响。因此，地震风险评估不仅是科学问题，也是重要的社会和经济问题。通过了解地震易损性较高的区域，当地管理部门可以更有针对性地制定防灾减灾措施，例如在这些区域加强建筑抗震设计、优化城市规划，以及提高居民的防灾意识。

本研究的另一个重要发现是，地震易损性不仅与土壤的物理特性有关，还与地震波的频率和波形特征密切相关。例如，某些测量点的HVSR曲线显示出明显的峰值，这表明在特定频率范围内，地震波的放大效应较为显著。研究人员还发现，某些区域的剪切波速度剖面呈现出非均匀分布，这可能意味着存在不同的地质结构，如断层或地下空洞。这些结构的存在可能对地震波的传播产生干扰，从而改变地震波的放大模式。

在进行地震易损性评估时，研究人员还注意到，某些区域的剪切波速度剖面与周围区域存在明显差异。这种差异可能源于地质构造的复杂性，例如断层的存在可能改变地层的剪切波速度分布。通过对不同测量点的数据进行对比，研究人员发现，某些区域的剪切波速度较低，而这些区域恰好位于地震活动较高的位置。这表明，地震易损性评估需要结合地震活动性、土壤条件和地质构造等多个因素，以确保结果的准确性和全面性。

为了进一步验证地震易损性评估的结果，研究人员还进行了地层剖面分析。通过对不同测量点的剪切波速度剖面进行对比，他们发现某些区域的剪切波速度变化与断层活动可能存在关联。例如，在RKI04、RKI11和RKI14三个点之间，剪切波速度的显著变化可能表明存在一个断层。尽管这一发现提供了重要的地质线索，但研究人员强调，还需要结合其他地质调查方法，如地质雷达、钻探和地球物理勘探，以确认断层的确切位置和活动性。

本研究的成果对于当地社区和政府具有重要的现实意义。通过识别地震易损性较高的区域，研究人员为地震灾害的预防和管理提供了科学依据。这些信息可以用于制定更有效的防灾规划，例如在易损性较高的区域加强基础设施建设，或在这些区域进行更严格的建筑规范审查。此外，这些数据还可以用于公众教育，提高居民对地震风险的认知，从而在地震发生时采取更有效的应对措施。

综上所述，本研究通过HVSR反演方法，结合剪切波速度和沉积层厚度参数，对普尔沃多迪村的地震易损性进行了系统评估。研究结果表明，该地区的地震风险分布不均，某些区域由于土壤条件和沉积层厚度的原因，地震易损性较高，而其他区域则相对安全。这一研究不仅有助于理解地震活动对区域的影响，也为地震灾害的预防和管理提供了科学支持。同时，研究团队还指出了进一步研究的必要性，特别是在确认断层存在方面，以及如何将地震易损性评估结果与城市规划和灾害应对策略相结合。这些发现对于提升当地地震灾害的应对能力，保护人民生命财产安全，具有重要的意义。