隐伏振动源的地震定位技术

隐伏目标探测是军事防护的重点之一,但是难以借助常规的光学或图像技术实现。针对这一问题,本文首先回溯和总结地震定位技术的发展和应用,展示了地震方法在隐伏振动目标探测和定位上具有显著的优势;然后利用中国柴达木盆地西部采集的微地震资料,采用非线性定位法和双差法对微地震事件进行了定位。最终结果表明:1)与非线性定位方法相比,重定位的微震震源分布得更集中,震群之间的边界更清晰,与已知的断裂构造相符;2)重定位的误差降低了一个量级,绝大多数地震事件经过非线性定位后的水平和深度误差在1000 m以内,而双差法的误差则控制在100 m以内。该实例证实了利用地震定位技术探测隐伏振动目标的可行性。

地震预警台站在地震定位中的应用——以四川泸定M_(S)6.8地震为例

为了研究预警台站在地震定位中的应用效果,本文以2022年9月5日四川泸定M_(S)6.8地震为例,基于地震预警台站观测资料,使用LOC3D定位方法对主震及2022年9月9日前MS≥3.0余震进行重定位。结果表明:泸定M_(S)6.8地震震中位置与人工目录结果基本一致;预警台站观测资料的加入能够增加各个方位的台站覆盖率,增加近台数量,提供地震事件S波完整震相,有效地约束地震定位结果中的震源深度,提升了地震定位精度,为地震定位提供更全面有效的数据支撑。

基于程函方程的初至P和sPg波走时联合地震定位方法

由于初至波到时对震源深度敏感程度低,导致初至波到时定位难以获得可靠的震源深度信息.为了提升震源深度的定位精度,前人提出深度震相走时约束.深度震相定位方法利用深度震相对震源深度敏感的性质测定震源深度,极大的提高了震源深度的精确度.深度震相定位方法中,理论走时常在层状模型中计算获得,当实际地下结构与层状模型之间存在较大差异时,由深度震相方法测定的震源深度将会偏离真实深度.为了提高震源深度的测定精度以及减小速度模型误差对地震定位的影响,本文使用快速行进法求解程函方程获得非均匀模型中的初至P和sPg震相走时,并联合这两种走时开展重定位研究.以2022年四川泸定MS6.8地震为例的合成数据测试和实际定位结果显示,本文基于程函方程的初至P和sPg波走时联合地震定位方法能显著提高地震定位的精度.

多事件联合与双差地震定位方法研究:以朝鲜核试验定位为例

双差定位法(Double-difference Earthquake Location,简称DD)和多事件联合定位法(Joint Hypocenter Determination,简称JHD)是精确多事件定位中常用的两种方法.对震源机制相近的相邻事件,DD方法利用事件之间的相对到时精准地反演它们之间的相对位置,到时差数据能够利用波形互相关等方法直接测量,但是却无法准确地确定绝对位置;相比之下,JHD方法能够同时反演事件的绝对位置和台站走时校正值.结合两种方法的优点,本文提出一种混合定位方法,同时利用绝对到时数据和到时差数据准确地反演事件绝对位置和台站走时校正.本文利用模拟数据对该方法进行了验证并将其应用于朝鲜核试验定位,结果表明该方法能够有效减小走时计算误差所导致的定位误差.对于朝鲜核试验,相比单次事件+DD定位方法和JHD方法,相对Myers的定位结果定位偏差分别减小45.67%和40.00%.

白鹤滩水库库区基于深度学习的震相拾取与地震定位

近年来深度学习技术广泛应用于震相拾取与地震定位研究,采用深度神经网络搭建的EQTransformer模型对白鹤滩水库库区34个数字地震台站2016-2018年记录的连续数据进行P、S波震相拾取,并通过REAL进行震相关联和初步定位,然后使用VELEST和hypoDD地震定位算法优化地震位置.研究表明,基于深度学习的震相拾取,与白鹤滩水库地区传统的人工处理方法相比显示出更高的效率,EQTransformer模型可拾取与人工拾取相当的P、S波震相到时,其时间差的均值分别为0.03 s和0.07 s,符合正态分布.REAL初步定位后的地震个数(13815个)接近常规目录(7862个)的2倍,最终通过hypoDD获得了7108个高精度定位地震.估算的震级比常规目录中的震级平均低0.27,震级差值集中在0.7以内,最小完备震级由常规目录的ML1.4更改为ML0.6+0.27,填补了部分常规目录的震级空白,丰富了研究区域内的中小型地震.

深度学习在地震定位中的应用综述

近年来,深度学习的发展给科研人员开辟了地震定位研究的新思路,科研人员将深度学习技术应用于地震定位并取得了较好的效果。文章首先介绍根据神经网络的编码与解码对深度神经网络的分类,然后对深度学习的基本流程进行总结,最后对深度学习中广泛应用于地震定位的方法进行综述,总结不同方法的特点和实际应用情况。结果表明:深度学习方法能够实现地震事件的自动定位,且定位的精度较高,缩短了地震定位所需时间,在处理地震大数据方面也具有明显优势,能够克服目前传统地球物理方法在地震定位方面的一些不足之处。相信随着深度学习技术的进一步发展,必将更为广泛地应用于地震定位研究中。

麻雀搜索算法在微地震定位中的应用研究

为了更加准确地获取微地震震源所在的位置,基于麻雀搜索算法(SSA),提出了利用纵波传播时差来定位的方法。该方法首先利用纵波时间差信息构建目标函数,并通过迭代搜索走时目标函数的全局最小值,从而求得定位误差相对最小的震源位置。此外,将该定位算法与传统Geiger算法进行定位仿真实验对比,进一步验证了SSA算法在微地震震源定位中的可行性及高精度特性。

主地震定位法分析以及1997年新疆伽师强震群高精度定位

对主地震定位法的基本原理进行了详细阐述，分析了主地震法具体应用中的困难及解决方法．编写了一套主地震法定位程序，对伽师强震群中ＭＳ≥３．０地震进行了重新定位．定位结果与传统定位方法设计的定位程序的定位结果比较，震中分布与所求震源机制解结果更吻合，震源深度集中在１５～３０ｋｍ，定位走时残差降到传统方法的３０％，定位误差垂直向可控制在３ｋｍ内，水平向可控制在１．５ｋｍ内．文中对精确定位结果可能包含的构造信息进行了讨论．

天山中部的地震定位和地壳活动性分析

利用宽频带流动台网记录的地震P波和S波到时,根据一维和三维地壳速度模型,对天山中部及其邻近地区1997～1998年的地震进行了重新定位,以重新确定的震源参数为依据分析了地壳的活动性.震源分布表明,造山带边缘和内部的大部分断裂都显示出活动的迹象,它们对天山的地壳构造变动起到明显的作用;塔拉斯-费尔干纳断裂的活动具有分段特征:其东南段以及西南天山的部分断裂目前活动比较弱,西北段受周边断裂的影响活动较强;另外造山带边缘的构造活动有向山前盆地渗透(Penetration)的趋势.30～40km深度的地震活动表明,天山中部的地壳中下层仍然具有一定的破裂条件,它们与壳幔边界附近热扰动的驱动有关,暗示小尺度地幔对流或软流层上涌等动力作用仍在持续进行.

水力压裂对速度场及微地震定位的影响

水力压裂是页岩气开发过程中的核心增产技术,微地震则广泛用于压裂分析、水驱前缘监测和储层描述.微地震反演过程中,用于反演的速度模型往往基于测井、地震或标定炮资料构建,忽略了压裂过程中裂缝及孔隙流体压力变化对地层速度的影响.本文首先基于物质守恒、渗流理论和断裂力学模拟三维水力压裂过程,得到地下裂缝发育特征和孔隙压力分布.继而根据Coates-Schoenberg方法和裂缝柔量参数计算裂缝和孔隙压力对速度场的影响,得到压裂过程中的实时速度模型.最后利用三维射线追踪方法正演微地震走时和方位信息,并采用常规微地震定位方法反演震源位置及进行误差分析.数值模拟结果表明,检波器空间分布影响定位精度,常规方法的定位误差随射线路径在压裂带中传播距离增加而变大,且不同压裂阶段的多点反演法与单点极化法精度相当.

四川宜宾地区地震定位及速度结构

文中基于2008年1月—2015年5月四川、云南区域台网及宜宾地方台网记录的地震观测资料,对四川宜宾的地震密集区开展了地震定位和速度结构反演工作,研究该区域地震活动的三维空间分布和不同深度的速度结构特征。重新定位结果显示,宜宾地区的地震活动具有明显的空间丛集性,主要集中分布在长宁—珙县和珙县—筠连,2个地震密集区均呈现不对称的共轭分布,地震活动在密集区最东段出现相向扩展的现象。长宁—珙县的地震活动区位于长宁背斜核部,在珙县附近存在稀疏段,其东南侧的地震活动频次和强度明显高于西北侧,且震级较大的地震震源深度相对较深,远离珙县的地震震源深度逐渐变浅。P波速度结果显示,地震密集区在10km的优势深度范围内均表现出相对较高的P波速度,尤其在珙县北西侧和筠连以东地区,珙县东南侧的P波速度呈现随深度增大逐渐增加的特征,特别是在深6km处呈现相对较高的波速。这些高速区一般与地下较脆、较强的岩体有关,往往是应力最为集中的区域。地震活动主要发生在高、低速过渡的区域,速度结构的不均匀性可能是控制该区地震分布的因素之一。

从误差观点综述分析地震定位方法

阐述了现有几种地震定位方法的原理 ,然后从误差的观点对它们进行了定性的比较 ,认为本文提到的几种定位方法都是从某一方面降低误差来源的影响 ,它们之间不存在优劣之分 ,并可以结合各种方法的优点获取高精度的定位结果。

利用DE算法反演地壳速度模型和地震定位

利用差异演化(Differential Evolution)非线性全局优化算法,设计了一种反演地壳速度模型和进行地震定位的方法,并给出了反演结果的具体分析.利用有限差分算法计算速度模型的走时场,可以节省大量的计算量,加快计算过程.反演得到的地壳速度模型和地震的震源参数可以直接用于地震层析成像研究,还可以利用地震层析成像得到的三维速度结构对地震重新定位,从而得到较为精确的震源参数.地壳速度模型的反演方法也可以用于三维速度结构的反演.

球面交切法地震定位

提出了适合于近震及远震定位的球面交切法。该方法在球面上直接进行交切运算,只要知道3个以上台站的S-P到时差(或只要根据震相求出震中距)就能快速定出震中位置,台网布局、震源深度、发震时刻对震中定位的影响较小。使用该方法对三峡水库蓄水以后发生的较大地震进行了精确定位,结果表明其应用效果较好。

基于单台P波记录的快速自动地震定位方法研究

提出了一种仅基于单台P波到达后1秒数据的包络特征、最大振幅及P波段地震信号的偏振特性来进行地震快速定位的改进模型和方法。选取山东地震台网58例单台1s的P波记录进行快速定位,并与台网定位结果进行比较,结果表明该方法是有效的,为进一步缩短地震预警时间提供了可能。

双差地震定位程序的改进

针对Waldhauser提供的双差地震定位程序中使用静态数组致使内存浪费的情况,使用动态分配数组,按需分配内存,减少了内存的浪费。原程序最低内存需求1.4G的地震定位示例,在改进程序中只需256MB内存就可运行,且定位速度不变。

西藏地震定位──一种使用单纯形优化的非线性方法

引用了Ｐｒｕｇｇｅｒ等提出的一种先进定位技术，其特点是：（１）采用观测到时平均值和计算平均值之和，作为发震时刻的参考值来进行时间残差的计算，保证了真正的残差最小的获取；（２）采用更适宜于定位使用的时间残差的Ｌ１范数统计；（３）使用单纯形优化法直接送代地寻查残差极小，不要求偏微商的计算，避免了矩阵反演，适宜于任何速度模型和任何台网分布，能够迅速而准确地求解震源位置（λ，，ｈ）；（４）发震时刻另行求出，避免了深度和发震时刻间的折中变化，这些突出的特点使我们在台网稀疏的条件下，选择它来进行西藏地震的精确定位。本文对该方法就西藏流动台网和固定台网的观测条件下，进行了数值试验，并对项目实施期间记录到的部分地震和以前的几个有质疑的地震进行了震源参数的实际修定．震源位置误差估计小于３ｋｍ．震源深度大于４０ｋｍ的地震，似乎有平行于青－川－滇弧形构造带的分布．

复杂介质地震定位中震源轨迹的计算

在地震定位中常常需要求解震源轨迹,但由于复杂介质中的震源轨迹较为复杂,难以给出其解析解,因此震源轨迹的计算通常仅限于简单介质模型.本文基于最小走时树射线追踪技术,提出了一种计算复杂介质中震源轨迹的方法.为回避发震时间问题。以观测到时差作为震源轨迹的约束条件.首先从模型节点中选出少量理论到时差与观测到时差之绝对差,即双重时差较小的点作为震源轨迹的代表点,然后以其中双重时差最小的点为初始点.在双重时差场中利用最小走时树射线追踪方法计算出初始点到其他震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.当选的震源轨迹代表点较多时.得到的震源轨迹较为粗略,此时可去掉射线经过次数较少的代表点的射线路径使震源轨迹更为精细.为减少计算量.对最小走时树射线追踪方法的终止条件做了修正.以一个复杂介质模型中的地震为例,计算了包括速度扰动、到时扰动等不同情况下的震源轨迹.结果表明所提出的震源轨迹计算方法切实可行.

双差地震定位法在邯郸-邢台地区地震精确定位中的初步应用

采用双差地震定位方法，利用2001—2006年间邯郸数字台网记录到的413次ML≥1．0地震的P波和S波震相到时资料，对邯郸-邢台地区（35．0°-38．0°N，113．0°-116．0°E）的地震进行了重新精确定位。经重新定位后得到其中295次地震的基本参数。重新定位结果显示了比较精细的震中分布图像和有所收敛的震源深度剖面图像，震源深度的优势分布为12—18km，平均深度为14．9km，部分震中位置与震源深度变化较大的地震向断裂带靠近。

考虑到时误差的地震定位算法及其在四川地区2001—2008年地震定位的应用

精确的地震位置对于地震活动性、地震层析成像和地壳应力场反演具有相当重要的意义,对于地震速报也具有重要的应用价值。将观测到时的不确定性、台站高程、地震震源深度进行约束的同时,根据反演理论给出了地震震源位置精确估计和误差估计的方法。该算法联合考虑Pg波、Sg波、Pn波和Sn波的到时进行反演,数据量的增加可以增强地震位置的准确性,并可同时应用于地方震和区域地震。采用模拟数据对该地震定位算法进行检验发现,该算法在观测数据的不确定性不等时明显优于其他方法。将该算法应用于四川地区2001—2008年间的地震定位,得到的地震位置更加符合地震的丛集性并集中于断裂带附近。这些结果为四川地区的地震活动性、断层构造以及地震层析成像研究打下了基础,并且为汶川地震之前的地震活动前兆研究也提供了有益帮助。