基于分形维数的高速铁路地震预警系统地震P波震相识别方法

为更好保障高速铁路的运营安全,高速铁路地震预警系统的实施十分必要。5级以下的小震事件占据地震事件的95%以上,提高高速铁路预警系统在小震震相识别的速度与精度能有效保障高铁安全运营。提出一种基于分形维数的地震震相识别算法,优化传统分形维数的计算方法,提高分形维数的计算速度。引入分形斜率曲线并划分为4个阶段,分析临界点的分形斜率特征,通过识别分形斜率极值时刻判断地震波精准到达时刻。提出的算法平均误差达到0.006 3 s,标准差达到0.043 8 s,满足高速铁路地震预警系统的时效性和准确度要求。

基于程函面波成像的华北克拉通岩石圈三维高分辨率S波速度结构研究

利用“中国地震科学台阵探测”项目Ⅱ期和Ⅲ期的流动地震台站以及中国区域地震台网中的部分固定台站的观测资料,采用程函面波成像方法获得了华北克拉通及周边区域10—120 s周期的瑞雷面波相速度分布和高分辨率的三维S波速度结构,并基于该速度模型估算了岩石圈厚度分布。结果显示,华北克拉通内部岩石圈厚度除了存在“西厚东薄”的一级分布特征外,还存在一些更小尺度的差异,包括鄂尔多斯地块内部岩石圈“南厚北薄”、鄂尔多斯地块周缘断陷带岩石圈显著的不均匀减薄以及燕山构造带与其南侧华北平原之间的显著差异等。山西断陷带北部与南部地区上地幔浅部(<100 km)存在不同程度的低速异常,它们被中部的高速异常区所分隔。在150 km以下深度从太行山南缘向北至山西断陷北缘存在一条NNE向展布的显著低速异常带,表明上地幔浅部南北部的低速异常在深部相连。结合已有的其它成像结果,我们推测这些低速异常起源于更深处(>200 km),并与由太平洋俯冲板块的滞留脱水导致的上地幔热物质上涌和小尺度地幔对流等密切相关。燕山构造带与华北平原的岩石圈结构存在明显差异,前者遭受的岩石圈破坏改造程度明显弱于后者,张家口—渤海地震带位于这两种不同壳幔结构的过渡带,地震活动较强,我们认为深部结构和热作用的显著差异,以及青藏高原远场挤压效应的共同作用是导致该区地震活动较强的主要原因。

海南翁田台地电场数据质量及频谱分析

地电场观测系统的观测对象是地电场强度矢量,其目的是通过观测地表的地电场强度,探索地震前地电场的变化,获得地下电性结构及其变化规律,开展孕震过程中大地电场的变化特征研究。本文对翁田台地电场自建台以来的数据进行了详细的梳理,通过计算差值和相关系数来分析数据自运行以来的质量情况,总结数据质量较好的原因,并对下一步如何提高数据质量给出一些建议。翁田台地电场观测数据曲线存在明显1峰1谷的日变形态,对其进行频谱分析,优势周期为24、12、6 h,以24 h为主。运用优势方位角的方法计算发现,2017—2018年优势方位角存在收窄和偏转现象,对该异常进行了分析与探讨。

地震背景噪声功率谱密度及概率密度函数的计算及其Matlab实现

介绍了地震背景噪声功率谱密度及概率密度函数计算方法及涉及的一些概念,以台站实际数据为例,给出了应用Matlab计算噪声功率谱密度及其概率密度函数的程序算法,该方法直接输入文本格式数据,计算台基噪声功率谱概率密度函数;以洛阳地震台24小时的连续波形记录为例,详细叙述了原始数据去仪器响应、计算功率谱密度、倍频程计算和噪声功率谱密度的概率密度函数计算实现的全过程。该方法编程简单,适用于单台噪声水平评估,在野外台站的快速勘选中具有潜在应用价值。

2022年3月16日吉林松原宁江M 4.3地震前地震活动特征

针对2022年3月16日吉林松原宁江发生的M 4.3地震前的测震学资料及相关方法进行了震例回溯,发现此次地震前测震学方面存在3项异常:ML 3.0地震条带、视应力(2.5≤ML≤3.1)高值、b值趋势下降,三项异常均为中长期异常。结合松原宁江区以往的震例总结报告,综合分析认为这3项异常预测意义明确,对松原宁江地区中强地震的震情趋势分析具有一定的指示意义。

遥感技术在地震监测预测领域的研究综述

遥感技术因其监测范围广、更新周期短、获取成本低、受地面限制少等特点,在地震监测预报方面发挥着独特的优势。综述了遥感技术在发震构造解析、构造地貌分析、地震形变监测、地震红外监测、重力异常监测、电磁异常监测、化学元素异常监测等几个方面的研究进展,及其技术瓶颈所在,并总结了各类方法中常用的卫星及参数特征;基于对学科现状的回顾,讨论和预测了未来地震遥感发展的趋势。

山西台网地震预警系统和测震台网数据对比分析

收集整理2021年9月至2023年1月山西及邻省所有触发的地震预警事件,针对山西预警JEEW和EEW两套系统产出预警参数和测震数据统一编目数据,从发震时刻、震级、震中位置和震源深度几方面进行对比分析。总体来说,山西地震预警区内地震预警参数基本稳定,可满足山西地震预警条件。

易县地震台伸缩仪NE分量异常分析

易县地震台伸缩仪NE分量自2022年10月以来变化趋势发生转折,呈现张性趋势变化,总体变化幅度达2.1×10-6。为明确异常变化的原因,对观测数据质量和环境干扰等影响因素进行分析论证,利用不同的荷载模型定量计算3项干扰源对伸缩仪产生的应变影响。综合各项因素认为,易县地震台伸缩仪NE分量的异常变化为前兆异常的可能性较大,需要对该测项的后续变化加强跟踪分析。

夏县断层气氢高值异常探讨

运用2010—2023年夏县断层气氢浓度观测数据,分析其异常变化与地震活动的关联性,结合异常时段的震源机制解、GPS基线构建的山西南部构造应力场、地壳垂直形变特征,解释断层气氢浓度变化与区域构造活动的关系,分析认为夏县断层气氢测值自2022年6月出现的高值异常可能与地下应力场调整相关。

昌黎台地磁观测Z分量秒值受电气化铁路影响的分析

电气化铁路对地磁观测造成的干扰一方面由铁路本身铁磁性物质引起,另一方面由机车运行时高压电弧产生的磁场引起。本文主要对电气化机车运行时对昌黎台地磁观测垂直分量的影响特征进行分析,结果表明,干扰形态主要表现为突跳尖峰,干扰幅度约0.5~5 nT;电气化铁路两侧引起的干扰方向相反,同侧的相同;测点距离铁路越近,对观测值的影响越大。通过研究分析,明确电气化机车运行对昌黎台地磁观测值产生的影响,为观测数据的正确应用提供参考依据。

基于格拉姆角场和多尺度残差神经网络的地震事件分类方法

以江苏地震台网中心搜集并标注的天然地震、人工爆破和塌陷事件为试验数据样本,提出了一种基于格拉姆角场和多尺度残差神经网络的新的地震事件分类方法。首先对波形数据进行滤波、归一化等预处理,然后应用格拉姆角场对地震波形数据进行二维编码得到二维图像,再将此经过编码后的图像作为多尺度残差神经网络的输入进行分类模型的训练和测试,从而得出分类结果。采用上述方法对1078个天然地震台站记录、981个爆破台站记录和830个塌陷台站记录进行试验,结果显示:最终以单条波形为单位的地震事件分类准确率为92.55%,以单个台站为单位的分类准确率为96.36%,这表明基于格拉姆角场和多尺度残差神经网络的地震分类方法具有良好的效果。

中国青藏高原M≥6.0地震的辐射能量测定

地震辐射能量主要由高频体波携带,与震源动态特征直接相关,能够有效地弥补地震矩和矩震级对震源动态过程和高频成分描述的不足,为地震应急和灾害评估提供更为全面的参考。本文使用自主研发的地震辐射能量测定软件测定了中国青藏高原自1990年以来M≥6.0浅源地震的地震辐射能量,并初步分析了中国青藏高原地区浅源地震的能量释放规律。研究结果表明:(1)利用该软件测定的中国青藏高原地区的34例浅源地震所得的测定结果稳定可靠。在一般情况下,地震的矩震级M_(W)与能量震级M_(e)并不相等,为了更全面地评估地震动效应,不仅需要考虑地震断层错动的静态特征,还需要考虑震源的动态特性。因此,在表示震源特性时,矩震级M_(W)和能量震级M_(e)各有特点,优势互补。(2)改则地震和尼玛地震的能量震级分别为6.47和6.00,地震辐射能量分别为1.26×10^(14) J和0.25×10^(14) J。两次震源位置相近、矩震级相同的地震,所释放的能量相差5倍之多。为了探究改则地震与尼玛地震能量释放差异的原因,我们通过S变换对两次地震的波形进行了时频分析。结果表明,震源动态过程的不同导致了地震辐射能量释放过程的差异。因此能量震级和地震辐射能量等动态震源参数比矩震级更适合描述震源的动态过程和地震的潜在破坏性。(3)结合地震矩资料得到中国青藏高原地区浅源地震的平均能矩比为1.9×10^(-5),是全球浅源地震平均能矩比的1.6倍。能矩比的大小与震源机制有关,走滑型地震的平均能矩比高于倾滑型地震。(4)中国青藏高原浅源地震的能矩比分布存在区域特征,东部和西部平均能矩比分别为2.25×10^(-5)和1.62×10^(-5),东部明显高于西部。能矩比的区域性差异与地质构造背景有关,地震辐射能量能够反映该地区的地质构造状态。同一区域内地震的能矩比也存在差别,中国青藏高原地区浅源地震的能矩比范围为5.03×10^(-6)—4.80×10^(-5),反映了不同断层上发生的地震能量释放过程存在差异。因此,为全面反映地震的震源特性有必要进行能量震级和矩震级的联合测定。

山西地磁台阵受晋南线高压直流输电接地极干扰的特征分析与处理

2014年9月山西省地震局与中国地震局地球物理研究所在山西北部恒山断裂带区域共同建设了地磁台阵,布设了5台GM4型磁通门磁力仪,安装于代县、山阴、应县、繁峙和怀仁,以获取区域场地磁三分量观测资料,台阵的5个测点位于高压直流输电晋南线接地极附近。通过对比山西地磁台阵5个测点GM4型磁通门磁力仪与其他台站地磁秒数据,量算出高压直流输电线路(晋北—南京)对山西地磁台阵地磁数据干扰幅度,对其进行相关性和误差分析,求得拟合公式。结果表明,山西地磁台阵受晋南线高压直流输电干扰,Z分量变化幅度随台站位置至晋南线垂直距离增加而减小,H、D分量干扰幅度与Z分量干扰幅度线性相关,以Z分量变化量为因变量,使用参考拟合公式求取的H、D分量变化量,可应用于山西地磁台阵受晋南线高压直流输电干扰的日常处理工作。

天津蓟县地震台两套VP宽频带倾斜仪数据对比分析

蓟县地震台是天津地区唯一的基岩出露台,台站两套VP宽频带倾斜仪分别安装在新山洞和小辛庄山洞。通过对蓟县台的两套VP宽频带倾斜仪数据内在质量、同震响应、环境影响、仪器维修等方面的对比分析,得出以下结论:以2023年为例,两套仪器的潮汐因子稳定性均较好,由于摆系故障,新山洞VP宽频带倾斜仪NS向精度比较差。通过2018—2023年对比,小辛庄山洞VP宽频带倾斜仪具有明显的年变形态,新山洞VP宽频带倾斜仪年变形态不明显,这可能与新山洞地质区域性节理发育以及台站周围抽水影响有关。强降雨、气压等自然环境变化会对两套仪器观测造成一定影响。两套VP宽频带倾斜仪均有较强记录地震的能力,能够清晰的记录到远场地震几秒至几十秒周期面波,对于近场中强震可以清晰记录P波初至,但是后续震相识别较为困难。针对新山洞VP宽频带倾斜仪EW向曾经出现的不定时突跳错数的故障,总结归纳了维修过程,为同类仪器运维提供参考。

基于甘肃积石山6.2级和日本能登7.6级地震前热红外现象的均线差值增强比法的异常提取能力分析

2023年12月18日甘肃省积石山县发生6.2级、2024年1月1日日本能登发生7.6级地震,两次地震间隔时间较短,均造成较多的人员伤亡和巨大的财产损失,引起地震界的高度关注。运用均线差值振幅增强比法分析发现,这两次地震前均存在显著热红外异常:积石山地震前约110~90天,长波辐射热红外活跃性水平高于历史平均水平1.5~5倍;日本能登地震前约140~100天,热红外活跃性水平高于历史平均水平3~4倍。以上现象再次证明了强震前存在热红外异常现象,也从侧面说明了均线差值振幅增强比法具有较强的热红外异常提取能力。

基于循环神经网络的自适应滤波方法及应用研究

针对目前地震工程研究领域在滤波方法上存在人为因素、峰值突刺、噪声干扰等方面的缺陷,结合递归最小二乘法(RLS)和循环神经网络(RNN)模型,提出了一种自适应滤波的新方法。研究分析表明,该方法通过设置自适应调节滤波器参数以及算法的自我迭代等方式进行滤波,对噪声识别能力和滤波速度上均优于美国地质调查局(United States Geological Survey,USGS)所推荐的传统滤波方法,并可有效降低滤波后对原始波形的失真损坏以及相位提前等问题。同时,运用所提自适应滤波方法将其应用于不同场地类型台站的含速度脉冲近场地震记录,进一步验证了自适应滤波方法的有效性和适用性。研究成果为地震工程领域的滤波分析提出了一种新思路和新方法,也可为地震记录处理及相关应用工作提供参考。

云南地震预警及人工速报定位偏差

选取2022年1月1日至2023年2月28日云南地震预警网触发的云南省及邻区50 km以内、预警震级M≥3.0的预警首报及与之相对应的云南地震台网人工速报结果,对比全国统一编目结果,分析云南地震预警及人工速报结果定位偏差。结果显示:①云南台网地震预警与人工速报均未发生误报、漏报现象,地震预警触发率达100%;②对于云南省内地震,预警首报平均用时可达8 s,编目震级M≥4的地震预警首报用时均为3~8 s以内;③对于台站分布均匀的地震事件,地震预警震中位置准确率和人工速报相比差别不大;④全国统一编目结果为3.0≤M≤5.0的预警震级与编目震级匹配较好,其震级参数具有可靠参考价值。最后,对地震预警系统在云南预警网中的应用提供建议与意见,并为进一步提高预警定位准确性提供新思路。

宜昌地震台山洞伸缩仪干扰分析

宜昌地震台新型SS-Y伸缩仪安装至今运行已有10年,本文采用Venedikov调和函数方法对宜昌地震台山洞观测SS-Y伸缩仪2014—2022年数据资料进行分析。结果表明:伸缩仪数据内在质量较好,两个分量潮汐因子远大于1;且NS分量观测精度优于EW分量。通过地球物理台网数据跟踪分析平台发现,宜昌台2014—2022年间SS-Y伸缩仪数据预处理前有各类干扰存在。经综合分析,归纳为4大类干扰因素(观测系统、自然、场地、人为)影响,数据曲线形态表现多具有突跳、台阶、断记、错误数据、同步趋势等基本特征。在对2021年2月21日发生的场地环境干扰进行数据滤波处理后,两个分量可清晰记录到尖脉冲爆破干扰。对这些干扰特征的归类甄别,可为台站形变伸缩仪数据日后预处理准确识别及异常判定提供参考。

内蒙古基准站噪声特征与监测能力

选取2022年1月内蒙古预警区域内22个基准站的三分量连续波形数据,计算了波形数据PSD、PDF分布,统计了0.01~50Hz频率下的PSD分布,对RMS和异常台站进行分析,并对不同频率和区域下背景噪声的变化特征按照高频段(≤1s)、微震频段(1~20s)、长周期段(≥20s)予以研究,同时对测震台网监测能力进行分析。结果表明:地震预警台站的高频段背景噪声水平与人口、工业密度有一定关联;第二类地脉动噪声水平整体较为一致,第一类地脉动观测到的噪声能量较弱,地理空间分布的噪声水平差异小;在20s以上的长周期部分,背景噪声主要受到温度湿度等自然环境影响并且有一定的区域差异,将地震计安置在山洞和井下,可以有效地降低台站周围人类活动干扰源、温度和压强等对高频段和长周期观测的影响,使其在高频段和长周期观测的噪声水平低于地表安装方式;微震频段相比高频和长周期频段背景噪声分析可以更有效、更准确地对台站仪器如靠摆、参数错误等状态进行评估;故障台站修复后,内蒙古地震预警区域台站背景噪声均优于Ⅱ级,使预警区测震台网监测能力有了显著提升,对预警工程起到了良好的保障作用。

云南燕子岩观测站DSQ水管倾斜仪潮汐扰动现象研究

云南燕子岩观测站DSQ水管倾斜仪各分量频繁记录到高频扰动,表现形式为观测曲线脉动加粗,更换放大盒、线圈、线路、数采等都未能排除此高频扰动。经与实况气象观测资料对比后发现:潮汐扰动与气压波动有一定的同步性。经进一步诊断、排查、分析,确定引起高频扰动的原因为:DSQ水管倾斜仪钵体罩子缺少空气管,导致水管仪两端液面上方各自形成独立空腔,两端液面压力平衡被打破,引起高频扰动。对钵体罩子进行打孔处理后,高频扰动排除。这种高频扰动诊断与排除的过程和方法,对提高DSQ水管倾斜仪固体潮观测质量具有重要意义,对改进、管理同类仪器具有参考和借鉴价值。