利用远震面波估计凉山州地震综合观测钻孔应变仪的耦合系数

分量钻孔应变观测中的耦合系数(A、B)对于定标应变观测量具有重要意义,本文通过中国地震科学实验场深井地震综合观测项目积累的地震仪与应变仪共点观测地震波资料,验证了钻孔应变观测面波标定方法的可行性.利用三个观测台站的多个远震记录,开展了多频点面波标定实验,所获取的耦合系数对比理论固体潮标定结果具有更好的稳定行和合理性.本文的研究结果表明,提高现有钻孔应变观测台站的采样率至不少于1 Hz,深入开展远震应变地震波和共点(或近场)地震仪的面波记录对比研究,有利于获取全频段的耦合系数结果,对于提高应变观测数据的准确度及其深入应用具有重要意义.

震源机制解交互反演软件设计与实现

为快速获得中强地震可靠的震源机制解等震源参数,设计并研制了基于CAP方法的震源机制解交互反演软件(SeisCAP)。软件具有图形界面,可直接读取区域地震台网观测波形,交互挑选反演台站,自动开展观测波形处理、理论地震图计算和震源机制解反演。通过不同构造环境、不同震级和不同类型的多个中强地震事件测试,结果表明该软件具有可靠性和稳健性。该软件易使用,便于在中强地震发生后快速获取震源机制解,为地震应急和震源研究提供数据和资料。

基于小波分析对形变扰动信号的触发检测方法

以玉树地震台钻孔应变仪在汶川8.0级地震前5 d的信号为例,首先计算2个合成分量S13和S24之间的相关性和相干频率,检验钻孔应变仪的可靠性和稳定性,并找出二者不相干信号的频率;其次用小波分析提取4个观测分量的扰动信号,计算其时间-频率-能量分布;最后根据时间-频率-能量分布特征选择STA/LTA触发检测参数,分别对4个观测分量和2个合成分量进行触发检测。结果表明,本文方法能有效检测到6个分量中扰动信号的开始时间和结束时间,可为台站观测人员日常运行维护及时提供报警信息,同时为地震前兆判断提供一种新方法。

基于地震仪与四分量钻孔应变仪共点观测Rayleigh波频散特性

作为中国地震科学实验场建设的重要部分之一,深井地震综合观测系统建设项目在安宁河-则木河断裂带附近建成了一个深井地震观测实验系统,共建成10个井深300 m和2个井深1000 m综合地震观测井,其中包含了地震波观测和应变观测,通过将甚宽频带地震仪观测与四分量钻孔应变仪集成,形成地震与应变共点观测。应变仪与地震仪的采样率均设计为100 Hz,有利于获得高质量的远震、区域地震和近场微震的地震波和应变地震波观测数据。基于最早建成的地震综合观测深井之一--拖乌300 m深井数据,尝试采用地震波和应变地震波的振幅信息,基于共点相速度估计理论,获取了20~125 s周期范围内观测井局部的Rayleigh波相速度频散曲线。

2020年1月19日新疆伽师M_(S)6.4地震序列的活动特征和发震构造

文中利用新疆地震台网固定台站和流动台站的观测资料研究了2020年1月19日新疆伽师M_(S)6.4地震序列的活动特征和发震构造。重定位结果显示,地震序列呈NNW和近EW 2个优势方向分布,其中NNW向余震条带长约20km,近EW向余震条带长约40km。NNW向条带的发震断层倾角较陡,倾向W;近EW向条带的发震断层西侧倾角较陡,向E逐渐变缓,略S倾。M_(S)6.4主震深度为14.9km,地震序列优势分布于10~20km深度,近EW向的余震深度呈现由西向东逐渐变浅的特征。震源机制解结果表明,M_(S)6.4主震和2次5级以上余震的震源机制以逆冲为主,2020年1月18日M_(S)5.7前震以走滑为主。利用ISOLA方法对M_(S)6.4主震进行多源模型反演,结果显示主震由走滑和逆冲性质的2个子事件组成。推测M_(S)6.4地震发生在柯坪逆冲推覆构造带滑脱面以下的中下地壳,主震由NNW向W倾的高角度隐伏断裂和近EW向S倾构造先后破裂组成。

基于DFP算法的小尺度微震定位方法研究

针对小尺度微震活动监测的需要,本文基于DFP优化算法以传感器监测到时和计算到时的残差平方和最小为目标函数来进行微震震源位置定位,并对该方法进行了计算机数值仿真。仿真结果表明,DFP算法可用来进行地震定位,其定位结果受计算初值影响较小,而受走时误差和波速误差影响较大。通过野外微震观测实验研究,证明DFP法定位精度较高,适用于小尺度微震活动定位分析。

提取精密控制震源信号的自适应加权匹配滤波方法

为克服短时突发噪声对提取精密控制震源信号的影响,本文研究并提出了加权匹配滤波方法。通过评估记录中的噪声时间分布取得相对应的信号段的权重,对噪声水平高的时段分配较小的权重,噪声水平较低的时段分配较大的权重,进行加权匹配滤波,达到降低短时突发噪声的影响、有效提高输出信号信噪比的目的。

用于龙门山断裂南段深部介质探测的精密可控震源

汶川地震后在龙门山断裂带南段建立了精密可控震源发射台,结合布设的28套流动地震仪的信号记录,尝试监测地下介质的动态应力变化。为了提取记录中的主动源发射的信号,本文采用了匹配滤波方法来实现弱信噪比条件下的信号检测并进行了波形变换。在提取出每个周期的主动源信号后,利用信号叠加,分别获得了1、5、10天时间的波形,有效地提高了记录波形的信噪比。然后通过互相关检测精确得出地震波的走时变化,并分析了计算误差。最后,针对实验期间发生的绵竹M_S5.6地震进行分析,获得了地震前后的走时剖面和信号变化,结果表明,距离较远的龙门山断裂北段地震未能对南段实验区域的地下介质波速产生影响。

我国精密可控震源主动探测研究进展

精密可控震源对地发射扫频信号,通过高精度的观测系统获得记录资料,采用专门的数据处理方法来提取信号,获得地下介质的信息。介绍现有的一些数据处理方法,比如匹配滤波、反褶积、Wigner-Hough变换和时变滤波等,可以实现可控震源信号提取。并总结这些方法的优缺点。通过多次野外科学实验发现,精密可控震源技术是一种探测地下介质结构及变化的有效途径。针对精密可控震源探测的影响因素,还需要开展深入研究,以便于改善其探测距离和分辨能力。

精密可控震源非线性扫描信号优化设计

基于精密可控震源发射信号特性,根据能量均衡原则和信噪比最大原则,设计不同频谱的非线性扫描信号。通过灵活设计角频率—时间关系来分配不同频率的能量,有效改善发射信号的频谱特征和相关子波形态。与线性扫描信号相比,损失部分发射能量,换取分辨能力的提高,对可控震源探测具有一定实际意义。

精密控制震源发射信号设计方法研究

考虑到精密控制震源特点,研究了多种精密控制震源发射信号的设计方案,并提出离散点拟合精密控制震源信号设计方法。计算表明,按照发射频谱、相关子波形态和发射能量3个方面的评价,离散点拟合精密控制震源信号设计方法可以灵活设计出比较好的精密控制震源发射信号,对提高精密主动地震监测的震相信息分辨率具有实际意义。

2016年新疆呼图壁6.2级地震发震构造

文中利用新疆地震台网的震相报告,采用双差定位方法重新定位2016年12月8日新疆呼图壁M_S6.2地震及M_L1.0以上地震的震源位置,结果显示,余震沿NE和NW 2个方向展布,深度主要分布在5~15km范围内。同时利用新疆区域数字地震台网波形记录,采用CAP方法反演了呼图壁M_S6.2主震和部分余震的震源机制和震源深度。基于上述研究,综合分析了呼图壁6.2级地震的震源深度、震源机制和余震分布特征,探讨其发震构造。结果显示,呼图壁6.2级地震的最佳双力偶机制解节面Ⅰ走向144°、倾角26°、滑动角118°,节面Ⅱ走向293°、倾角67°、滑动角77°,矩震级M_W=5.9,矩心深度为15.2km,表明本次地震为1次逆冲型的地震事件。余震震源机制解大部分显示为逆冲型,与主震相似。推测本次地震的可能发震断裂为霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁断裂。

用Wigner-Hough变换检测精密可控震源信号

本文提出基于Wigner-Hough变换实现精密可控震源信号的检测与变换的方法。精密控制震源发射并由地震台站观测设备记录下来的信号是连续线性调频振动信号(LFM),线性调频信号的Wigner-Ville变换是在时频平面内包含一条直线的图像,而Hough变换则是通过计算沿直线的积分可以有效检测图像中的直线,图像中的直线在Hough变换输出的图像中表现为一个峰值,用于精密控制震源信号的检测可以反映接收数据中存在的震源信号。本文针对精密控制震源信号检测中Wigner-Ville变换和Hough变换存在的问题开展研究,并提出了解决方案。通过对2009年在广东新丰江水库库区精密可控震源试验观测数据的实际处理,显示该方法是可行的,为精密控制震源信号的检测与变换找到了又一新的方法和技术途径。

地铁电磁场对甚宽频带地震计观测的影响评估

在距离地铁3 km的地震观测台站安装2台相同型号的甚宽频带地震计,其中1台安装屏蔽罩,另外1台没有安装,通过计算连续24 h观测数据的加速度功率谱密度,评估地铁电磁场对甚宽频带地震计观测的影响。计算结果表明,地铁电磁场对甚宽频带地震计三分向的影响主要在10~1000 s频带范围内,其中受影响最大的是垂直分向,其次是水平分向。

基于时变窄带滤波技术提取可控震源扫频信号方法研究

精密主动地震监测为我们主动探测地下介质结构,并监视其动态变化提供了一条可能的技术途径。由于精密控制震源释放的能量强度小,随着传播距离的增加,信号的快速衰减,在离震源较远处有用的震源信号被掩盖在很强的噪声中,这对于震相的识别与走时的拾取精度有着很大的影响。本文设计了一种时变窄带滤波器进行更为精细的滤波,期望进一步提高观测数据信噪比,再结合匹配滤波方法实现主动震源信号的检测与波形变换。另外,由于不同震相有一定的到时差,使用时变窄带滤波器提取一个震相波形信息时,将压制其他震相的波形信号,从而实现了震相分离的技术。仿真计算与实际资料处理显示了该方法在提高观测资料质量、震相识别分辨率及震相分离方面具有一定的有效性与优越性。通过对广东省新丰江库区精密可控震源试验数据进行时变窄带滤波方法的处理,在震中距为200km左右处的台站记录中检测到主动源信号,体现了对远台弱信号的提取能力。

对齐误差对测试地震计自噪声的影响

本文在理论上研究了对齐误差对测试地震计自噪声的影响。指出对齐误差影响到2台仪器记录间的计算互功率谱密度,进而影响到被测仪器记录间相干函数计算,最终影响到被测仪器的自噪声计算。发现当存在对齐误差时,在信噪比较高频段计算得到的自噪声水平比仪器的实际自噪声水平要高,在一般的实际测试中可能高20 dB以上。为了消除对齐误差对自噪声测试的影响,提出通过投影逆变换把观测记录变换到标准坐标系下,再用变换后的观测记录来计算地震计自噪声。给出了基于以上思路和传感参数对比测试方法的地震计自噪声计算处理流程,合成数据、实际测试数据的处理检验计算结果表明,本文方法可以有效克服地震计自噪声测试中对齐误差的影响。

STFT与WVD在地震波时频分析中的应用

地震波是一种非平稳信号,传统的傅里叶变换已不适用,时频分析方法能在时间—频率域给出非平稳信号不同时刻的频率分布特征。Wigner-Ville分布(WVD)对非平稳信号具有较好的时频聚集性,但因其为双线性变换,会产生严重的交叉干扰项。短时傅里叶变换(STFT)是一种线性变换,不存在交叉项干扰,但时频聚集性较差。考虑到二者优点,在对地震波进行时频分析时,采用短时傅里叶变换和Wigner-Ville分布的联合算法,既有效抑制了Wigner-Ville分布交叉项干扰,又保持了较高的时频聚集性。通过3种方法,对模拟信号和实际数据处理结果进行对比分析,发现联合算法对获取地震波信号的时频特征和纵波到时检测,具有更好效果。

用叠加正弦信号标定地震计的方法

为了解决地震计正弦标定应用中存在的问题,引入了叠加正弦标定方法。当采用此方法测试地震计时,响应信号是连续的,而且瞬态响应仅在整个响应信号的开始部分出现,几乎整个响应信号都能被用来分析;在进行数据处理时,只需避开整个响应信号开始部分的瞬态响应,容易用软件实现数据自动处理。本文介绍了叠加正弦标定的基本原理、实验步骤、数据处理方法以及采用此方法对地震计进行测试的实验。实验发现此方法测试的相对误差小于1%。

北斗授时在地震观测技术中的应用

中国正在实施的北斗卫星导航系统,已经覆盖亚太地区,可以为用户提供高质量的定位、导航和授时服务。本文介绍如何在地震数据采集器中引入北斗授时,并对比分析使用北斗授时和GPS授时的地震数据采集器的数据时间精度,结果发现,绝对精度均优于1 ms,可以利用该授时系统来提高地震观测台站时间服务的可靠性。

对比法测试地震计传感参数

笔者提出使用对比法测试地震计传感参数,即灵敏度、敏感轴方向角和倾角等的方案,包括测试数据采集、测试频带选择、传感参数计算方法等,并给出参数结果误差估计方法。为了满足斜轴悬挂、UVW输出地震计参数测试需要,给出此类地震计传感参数测试方案。通过合成数据、振动台检验验证,批量地震计参数重复测试证明该测试方法精度高、可信、可靠。对比法既适用于大批量地震仪器参数测试,也适用于地震台站现场,在不影响台站日常观测情况下,对单个地震计参数进行测试,其测试条件要求不高,操作简单、快捷,是测试生产、观测中地震计传感参数的一种可行办法。