什么是V_S30？

V_S30是一个地震工程学中的一个重要参数。表示地表以下30m深度内的平均剪切波速。在美国联邦应急管理署（FEMA）发布的NEHRP建筑抗震设计规范（FEMA P-2082-1 NEHRP Recommended Seismic Provisions for New Buildings and Other Structures）和欧洲标准委员会（CEN）发布的建筑抗震设计规范（Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance）等很多国家的设计规范中，V_S30是确定场地类别的主要参数。

因为确定场地类别是分析工程场地对地震波的放大效应（场地地震效应）的关键环节，所以V_S30作为最重要的场地参数被广泛应用于各国的地震区划、地震保险、地震应急响应等很多地震工程领域。

V_S30的计算公式：

式中d_i为某层的层厚，V_si为某层的剪切波速度，而所有层位d_i之和为30m。

什么要根据浅孔剖面外推钻孔的V_S30值？

V_S30是众多土层参数中比较容易量测的参数。但即使如此，在很多宏观尺度的应用（如地震区划、地震巨灾保险等）和需要快速确定场地类别的应用（如震后的地震震动图）中采用逐点实际量测以获取所有场点的V_S30值也是不现实的。

因此，在大多数的地震工程应用中，在满足精度需求的条件下，采用模型以估计场地V_S30的方法是必要也是必须的。如果某一场点有实测钻孔，但钻孔深度没能到达30m，无法直接计算V_S30。这时，就可以利用该浅孔已有深度的波速等相关信息外推得到该场点的V_S30。这类模型即被称为V_S30外推模型（V_S30 Extrapolation Model）。

应用浅孔信息外推得到场点的V_S30有效地利用了已有的钻孔资料，扩大了地震工程研究的可用信息，是国内外地震工程研究的经典做法。

外推的V_S30准确吗？

无论是模型还是对任何物理量的测量都没有完全的准确。所以，对一个模型来说，估计精度的度量就显得尤为重要。各类V_S30外推模型的精度问题各国学者已经开展了多年的研究。本网站给出的结果中就包括对外推得到的V_S30精度的估计，用RMSE表示。

网站给出的V_S30所对应的RMSE的含义为：

式中n为训练模型的样本数。上式可以理解为模型的平均估计误差。

显然的，浅孔本身的深度越深，其外推V_S30的精度就越高，一般认为大于10m深度的钻孔的外推结果才有可靠性的意义。下图给出的是几个V_S30外推模型的RMSE随钻孔深度的变化图。从图中可以看到，随着钻孔本身深度的提高，外推V_S30的精度也随之提高。

相对于其他采用模型估计的V_S30，采用外推模型得到的V_S30一直以来被认为具有除直接测量的V_S30外最高的精度。在美国NGA-West2场地钻孔数据库、美国西北部场地数据库、NGA俯冲带地区场地数据库中，应用外推模型被认为是除实际测量方法外精度最高的场地V_S30确定方法。

这个工具的外推方法基于什么技术？

这个网站采用的V_S30外推模型基于周健、李小军、戴志军、陈鲲发表在Bulletin of the Seismological Society of America杂志2021年第111卷第三期中的文章<Parametrical Model for Estimating V_S30 from Shallow Borehole Profiles Using a Database for China>。

文章链接：https://doi.org/10.1785/0120200178

https://www.researchgate.net/profile/Jian-Zhou-125

文章摘要：Employing extrapolation models to estimate the time-averaged shear-wave velocity to 30 m (V_S30) from a shallow borehole profile is an effective way to expand the V_S30 data volume and a necessary initial step for developing V_S30 proxy models. Past extrapolation model studies have relied only on shallow borehole shear-wave velocity (V_S) profiles to estimate V_S30. In this study, we enhance the model by accounting for additional parameters including location slope, geologic age, and geotechnical class. We first compile a new borehole profile database (BPDB) that contains information about 8831 boreholes in China. Using this BPDB, we analyze the VS characteristics of strata for various location slopes, geologic ages, and geotechnical classes. The result shows that the location slope and geologic age have significantly different effects on the V_S characteristics, whereas the differences for sand, silt, and clay are small. We build a parameter classification scheme that classifies the location slope into six groups, the geologic age into seven hierarchical types, and the geotechnical class into four hierarchical types. This scheme ensures that each group/type has its distinctive V_S characteristic. We evaluate five existing V_S models and choose the model that shows the best performance on the BPDB as the “prototype” model. We classify the BPDB boreholes by the parameter classification scheme and use the form of “prototype” model to develop a parametrical model that consists of 33 single parameter-value models. For a shallow borehole ( < 30 m), if its location slope, geologic age, or geotechnical class is available besides its V_S profile, applying the parametrical model will get more accurate estimated V_S30 and model uncertainty estimation than those of existing models that only utilize the information of the V_S profile.

文章摘要中文版：应用外推模型估计浅孔的V_S30是扩展可用的V_S30数据集的有效途径，同时也是开发V_S30拟合模型的必要的初始步骤。之前的外推模型只利用浅孔的速度剖面去外推V_S30。在本研究中，通过加入钻孔的地形坡度、地质时代和土类等3种附加参数，V_S30外推模型的性能得到了提升。研究所应用的数据为一个新的包含中国8831个钻孔信息的钻孔数据库。应用这个数据库，研究首先分析了地形坡度、地质时代和土类这三个参数的不同取值对土层波速剖面形态的影响。结果表明，不同地形坡度和地质时代的波速剖面有显著性的差异，而土类为砂土、粉土和黏土则对土层波速剖面影响不大。据此，本研究将钻孔的地形坡度分为6组，将地质时代分为7类，将土类分为4类，以确保每类对应的钻孔波速剖面都有不同的特征。研究对已有的5个V_S30外推模型的性能进行了评估，选出性能最优的模型做为“原形”模型。按照上述分组方案将钻孔数据库的钻孔进行分组，每组按“原形”模型的形式拟合出对应参数值的模型，共形成了33个对应到不同参数值的模型。如果一个浅孔除了波速剖面，还能获得其地形坡度、地质时代或土类信息，则选用对应参数值的模型将获得更精确的外推结果和外推误差估计。

为什么外推V_S30需要钻孔的位置信息，以及土类和地质时代信息？

在文章<Parametrical Model for Estimating V_S30 from Shallow Borehole Profiles Using a Database for China>中，33个参数模型分别对应不同的地形坡度、地质时代和土类取值。如果一个浅孔除了波速剖面，还能获得其地形坡度、地质时代或土类信息，则选用对应参数值的模型将获得更精确的外推结果和外推误差估计。如果浅孔除了波速剖面外没有其他信息，则将采用“原形”模型进行外推。

这里“原形”模型采用的是戴志军、李小军、侯春林发表在Bulletin of the Seismological Society of America杂志2013年第103卷第六期中的文章<A Shear-Wave Velocity Model for V_S30 Estimation Based on a Conditional Independence Property>中提出的V_S30外推模型。

这个工具可以外推V_S20或其他深度的平均波速么？

不能。目前还没有此类模型，所以网站还不能提供外推V_S20或其他深度的平均波速。但随着模型的研发相关功能后续会逐步推出。

这个工具可以外推钻孔的整个速度剖面么？

不能。目前还没有此类模型，所以这个网站不能外推钻孔的逐层波速剖面。但随着模型的研发相关功能后续会逐步推出。