场地放大效应长期以来被认为是决定地震过程中建筑工程结构破坏程度的关键因素。在工程地震学中，描述场地响应的常用场地指标参数是深度30m的平均剪切波速（Vs30），Vs30在常用地面运动预测模型（GMPEs）中被用作场地效应的解释变量，可以通常通过各种现场地球物理方法测量。然而，我国有相当一部分强震动台站和地震预警台网基本站没有实测的场地Vs30值，只能基于地质资料、坡度等代理方法进行估计，导致GMPE的变异性增大。
针对上述问题，研究人员考虑到观测地震动数据的水平-垂直分量傅里叶谱比（HVSR）可以反映场地的总的放大效应，包括地壳速度梯度引起的放大效应和近地表土层引起的共振放大效应。基于2008年至2022年中国西南地区发生的966个3.0-8.0级地震的19620条震源距622 km内的三分量强震动记录（图1），计算并获取了各个台站记录的HVSR曲线。选取的320个台站均有场地Vs30测量值。通过峰值查找程序寻找到228个台站HVSR曲线的第一显著峰值（f0）和最高显著峰值（fpeak），并分别构建了Vs30–f0和Vs30–fpeak对数双线性模型（图2）。综合考虑两个模型的拟合标准差以及参数获取难易程度，最终选定Vs30–fpeak对数双线性模型。
图1 中国西南地区(a)选定地震和强震动台站分布、(b)记录的震级-距离分布及台站场地类型分布图
图2 (a-b)HVSR寻峰标准，(c-d)VS30-f0和VS30-fpeak对数双线性模型
对比分析了基于fpeak和基于地形坡度估计的Vs30值与Vs30实测值的比值、对数残差及其标准差（图3），表明本研究提出的Vs30–fpeak对数双线性模型估计的场地Vs30值更接近于场地Vs30实测值。基于本文模型更新了中国西南地区GMPE（Zhang等，2022）数据集中72个根据地形坡度估算场地Vs30台站的场地Vs30。相较于利用地形坡度估算场地Vs30值，我们通过Vs30-fpeak对数双线性模型更新了72个台站的场地Vs30值，就使SA（T=0.2-3.0s）的GMPE平均降低2.80%的ϕS2S值、2.23%的ϕ值以及1.57%的σ值（图4），有效地降低了中国西南地区GMPE的变异性。我国其他地区大量未提供实测场地Vs30值的强震动台站以及地震预警台网基本站，可以通过单个台站的强震动记录或者微震、地脉动测量轻松且经济有效地获得HVSR数据，无需进行额外的现场测量。本项研究为减少我国GMPE的变异性提供了一种经济可行且有效的方法。
图3基于fpeak和基于地形坡度的场地Vs30值与Vs30测量值的(a-b)比值直方图，(c-d)残差（log10单位）直方图
图4 基于地形坡度和fpeak估算的Vs30分别用于西南地区GMPE的(a)事件内残差标准差、(b)场地间残差标准差、(c)事件间残差标准差、(d)总残差标准差对比
上述研究成果2025年发表于地震学领域国际知名权威期刊《Seismological Research Letters》(JCR Q1, IF: 3.2)。中国地震局地震预测研究所张斌副研究员为第一作者（vincent_zhang0322@163.com），北京工业大学荣棉水研究员为通讯作者，合作者还包括地震预测研究所吕晓健正高、王继鑫助理研究员，地球物理研究所俞言祥研究员，北工大硕士生孔小山、李小军教授。本研究得到国家重点研发计划（2023YFC3007401、2022YFC3003503）和教育部城市安全与灾害工程重点实验室重点项目（2023）的联合资助。
论文信息：Zhang, B., X. Lu, M. Rong, X. Kong, J. Wang, Y. Yu, and X. Li (2025). HVSR fpeak-Based VS30 Estimation Model and Its Applicability to GMPE in Southwest China, Seismol. Res. Lett. 96, 3024–3033, doi: 10.1785/0220240495.
撰稿人：张 斌
审稿人：吕晓健
