一种新的网格搜寻多事件定位算法及方法的比较

多事件定位法联合解决了震群中地震事件震源参数(震源和发震时刻)和台站记录到的地震事件的走时校正。本文阐述了基于网格搜寻技术的新的多事件定位方法。这个算法(称为GMEL)是比较早的单事件定位算法(GSEL)的拓展并且是基于定位问题中的最大似然公式表示。通过对使用线性反演(Geiger)方法的地方使用网格搜寻和根部查找技术，使GMEL适应拾取误差的非高斯模型和高斯模型，而且可以处理像预先理想定位事件的地面真实位置水平这样的先验约束。我们描述了这个算法，并报告了我们取得的成果，即在对多事件定位时，拓展了蒙特卡罗技术来计算事件定位的置信区间，通常它被用在GSEL方法中。这个扩展将会产生置信区间，它们量化了对震相拾取和估计台站校正的不确定性两方面在定位误差上的影响，也就是校准(或模拟)误差。我们比较了GMEL法和4个其他多事件定位法：震源分解法(HDC)、双差法(DD)、累进(progressive)多事件定位法(PMEL)和联合震源确定法(JHD)，给出了检验的初步结果。这个检验应用到了1999年伊兹米特／迪斯杰地震序列的两个毗邻震群上，Engdahl和Bergman(2001)已经用震源分解法进行过分析。我们正在独立地将其他方法应用到他们使用的数据上，力图提高我们对于这些方法间存在的相似和不同以及通常多事件定位方法效果的理解。     

对朝鲜2006年、2009年和2013年3次地下核试验的相对定位

采用双差定位方法, 对朝鲜2006年、2009年和2013年的3次核试验进行相对定位.根据19个区域地震台和8个远震台的垂直分量波形资料, 计算了多种震相(P波、S波和LR波等)的互相关时差, 并由测量时差反演两两核爆的相对空间位置, 通过随机生成部分台站组合进行扰动实验以估算定位的不确定度.结果表明, 相对于朝鲜2009年核试验, 2013年核试验位于其南257 m、西385 m, 2006年核试验位于其南503 m、东2589 m.当扰动实验中随机选取的台站数目为20个时, 在95%置信度下, 朝鲜2013年和2006年核试验相对于2009年核试验的地表定位结果的不确定度约为150 m.      

区域一维速度模型对地震定位的定量影响

利用2017年8月1日至2017年12月31日四川地震台网和甘肃地震台网记录到的发生在青藏高原东缘的731个地震事件的9 284条Pg震相到时数据,首先反演了该地区的“最小一维速度模型”,并将该模型和选取的速度模型建立对比模型,以九寨沟地震序列为研究目标,定量讨论了两种速度模型分别在绝对定位和相对定位方法中对定位结果的影响。所得定位结果表明:反演获得的“最小一维速度模型”在重定位中可以有效地减小地震走时均方根残差;绝对定位比相对定位更加依赖于一维速度模型,一维速度模型会直接影响绝对定位结果中的震源分布形态,但在相对定位结果中仅起到调整地震事件相对位置的作用;在地震绝对定位中,震级越大的地震对于速度模型越敏感,而这一特点在相对定位中表现得并不明显。通过本项研究可知,在地震定位研究中,联合采用绝对定位和相对定位方法是最佳策略。      

双差地震定位算法：方法和在加州北海沃德断层上的应用

研究出一种在远距离范围确定高分辨率震源位置的有效方法。这种定位法同时使用普通的绝对走时和／或互相关的P波和S波的差异走时数据。将每个台站观测的事件都与台站组成台站一事件对，使地震对的观测和理论走时之差的残差(或双差)最小。反复调整震源对的矢量差，得到了最小二乘解。双差算法用于没有进行台站校正的未经模型化的速度结构而使误差最小化。因为地震目录和互相关数据同时应用在一个方程组中，多重事件内部的事件之间的距离取决于互相关数据的精度，而多重事件和不相关事件之间的相对位置取决于绝对走时的精度。统计的再抽样方法用于估算数据的精度和定位的误差。双差定位的不确定性与地震目录相比降低了一个数量级以上。这种算法已得到验证，并应用在加州北海沃德断层上的两个地震丛的定位中。它使分散的目录定位集中成水平震源条带，形成了清晰的地震活动图象，揭示了断层上存在一个狭窄的通过脆性破裂释放应力的区域。     

基于克里金方法的区域震相走时标定技术研究div.

在台网比较稀疏的情况下,台站走时标定是提高低震级事件定位、识别能力的重要手段．为了提高稀疏台网的定位精度,首先利用标定事件和IASPEI1991走时表以及中国大陆走时表,计算了初至P波和Lg波到AAK,MAKZ,NIL,TLG以及WMQ等5个台站的走时残差;接着,采用非平稳贝叶斯克里金方法和走时残差数据构造上述台站的走时校正曲面;最后,通过加入和不加入走时校正定位一系列位置准确的发生在新疆地区的地震事件评估克里金走时校正的有效性．结果表明,克里金走时校正能够较大地提高稀疏台网的定位精度,同时有效地缩小误差椭圆的面积．      

利用人工爆破资料研究福建一维P波速度结构和地震定位

通过人工爆破资料研究地球结构的独特优点是震源时间和位置精确知道.2010—2012年间福建省进行了一系列的爆破实验.本文利用手工拾取来自省地震台网记录的爆破地震初至Pg、Pn以及续至Pg波到时数据,采用联合反演方法构建了新的一维P波速度模型,即福建爆破模型(FJEM).与华南模型相比,FJEM模型对走时的拟合程度提高了45%,有明显改善.利用不同爆破地震数据组合得到稳定类似的福建地区一维速度模型,显示福建地区存在较简单的一维速度结构.对爆破地震的重定位显示传统使用的华南模型在福建地区具有较小的水平定位误差(平均0.52±0.45km),但存在较大深度误差(平均4.7±1.2km).FJEM模型表现出与华南模型相似的水平定位能力,但是震源深度误差更小(1.3±1.1km).对基于FJEM模型的合成天然地震目录的重定位,华南模型显示出相似的定位结果:(1)台站方位覆盖较好的福建中部地区的水平定位误差小;(2)台站方位覆盖差的福建海岸及海峡区域水平定位误差大;(3)震源深度误差则跟台站数目及方位分布没有明显的关系,而是与发震时间误差有互易关系.从中可以看出,地震水平定位误差基本上受台站方位覆盖影响,而受参考速度模型影响不大;而在深度方面,本文改进的FJEM模型不仅更加接近真实的速度结构(拟合走时更好)而且也减小了深度误差.因此建议在福建及其邻近区域的日常定位中用FJEM模型替代华南模型.     

用于地震预警的三维实时定位方法

为了尽快定位地震,在“着未着”定位算法基础上,尝试引入三维地壳模型,构建具有三维空间格点分布的走时表.根据已触发台站的到时和未触发台站的位置信息设计概率分布函数,通过八叉树搜索方法,快速给出震源在三维空间的可能位置.使用波前追踪算法,计算中国几个地区三维地壳模型的走时网格,利用中国地震台网资料,对区域内发生的地震进行定位分析.结果显示,在一定的台网密度条件下,三维实时定位方法能在震后数秒给出震源位置,可满足地震预警要求.     

地震的单台定位：为深入研究而进行的考察和讨论

对只有几个台站记录到区域地震的定位,用以走时为基础的定位方法是不理想的。然而,全面禁止核试验条约要求我们必须用很少的观测来监测地震事件。本文考察了单台定位方法的现状,即：使用三分向宽频速数字化台站的记录对地震事件定位。这里我们讨论的单台定位方法,最终可以是监测地球上大部分地区小震级（Ｍ～３）地震事件最有效最经济的手段,使用宽频带三分向观 资料和合成波形的拟合,可准确地确定震中距和震源深度。台站到地     

基于克里金方法的区域震相走时标定技术研究

在台网比较稀疏的情况下,台站走时标定是提高低震级事件定位、识别能力的重要手段.为了提高稀疏台网的定位精度,首先利用标定事件和IASPEI1991走时表以及中国大陆走时表,计算了初至P波和Lg波到AAK,MAKZ,NIL,TLG以及WMQ等5个台站的走时残差;接着,采用非平稳贝叶斯克里金方法和走时残差数据构造上述台站的走时校正曲面;最后,通过加入和不加入走时校正定位一系列位置准确的发生在新疆地区的地震事件评估克里金走时校正的有效性.结果表明,克里金走时校正能够较大地提高稀疏台网的定位精度,同时有效地缩小误差椭圆的面积.     

干涉走时微地震震源定位方法

本文基于地震波场干涉原理,建立了干涉走时微地震震源定位方法.该方法将两个接收点相对于一个微地震事件的走时差(称为干涉走时)的扰动作为残差函数,通过迭代求解最小残差函数,最终获得震源的空间位置.干涉走时震源定位方法利用两个接收点的到时差消除发震时刻未知和速度模型误差的影响,简化了震源定位算法.数值计算表明,本文提出的干涉走时定位方法在速度模型有误差的情况下仍然可以获得准确的微地震震源定位.     

京津唐地区中小地震重新定位

利用华北遥测台网和首都圈数字地震台网112个台站记录到的1993—2004年发生在首都圈地区3983次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法联合反演首都圈地区的地震震源参数,给出了2809次地震的重新定位结果.经地震重新定位后,P波绝对走时均方根残差由初始的1.2s降为0.3s,定位精度有了非常显著的提高.重新定位后的地震震中更集中分布在断层带地区,条带状更为清晰.在唐山地区的唐山—大城断裂带,地震主要集中在断裂带内,两侧的地震比较稀少.从重新定位后的震中分布可以看出,研究区域内的地震活动带呈现更明显的北北东向和北西西向的条带状分布,说明这两组方向的断裂最为活跃.用双差地震层析成像方法得到的唐山地区的地震震源位置,沿北东方向剖面在深度上呈现明显的3个小震群的特点,震源最大深度为25km.唐山地区地震重新定位结果的对比性研究表明,双差层析成像方法得到的震源参数的精度高于常规地震层析成像方法和双差法.     

通过定位误差矢量来评估GSETT—3基本台站的偏差

利用第三阶段科学专家组技术试验（GSETT-3）前两年半的《复查事件公报》（REB）提供的数据库，从发表的由f-k和极化分析得到的慢度和方位角的信息中，我们编辑了基本台网中的台阵和从中选出的三分向台站的定位误差矢量，通过使用约束条件，比如最小信噪比（SNR）和定义震相的数目，我们试图减小《复查事件公报》中震源参数的定位偏差。给出了14个孔径从约1千米到20多公里的台阵和18个三分向台站的结果，这些结果表明，在许多情况下，定位误差矢量都能显著地改善定位精度，假如这些定位误差矢量被收集来并在慢度域有足够大的覆盖，那么这些经验校正就能够很容易地在定位处理之前得以应用，在全面禁止核试验条约的范畴里，这些定位误差模式对于提供可颖的低震级事件的准确位置是很重要的，因为这些定位参数将被用来指示需要进行现场调查的地区。     

基于相对走时计算的地面微地震监测SET定位算法

基于绝对走时计算的地面微地震监测地震发射层析成像(Seismic emission tomography,SET)定位算法的定位精度受地层速度模型的准确性影响很大,速度模型中的误差会使定位结果出现偏差.本文提出了一种基于相对走时计算的地面微地震监测SET定位算法,以克服绝对走时计算对速度模型精度的高度依赖.首先,通过分析走时误差推导了相对走时计算公式.然后,利用该公式对射孔初至进行校正,得到射孔点附近其他待监测网格点的走时.通过数值模拟和实际资料测试,结果表明在基于SET定位算法的前提下,本文提出的相对走时计算方法能得到比绝对走时计算方法更准确的定位结果.     

高分辨率地震重定位新方法及其在中国芦山地震余震中的应用

研制了一种新的高分辨率地震重定位方法(命名为:hypoRelocate)。该方法不仅用到传统的绝对走时和相对走时差约束,还加入了一种新约束——地震间的尾波互相关走时。该新方法利用模拟退火方法搜索地震事件群的上述三种约束总残差最小值,来求解地震事件的最佳位置和发震时刻。hypoRelocate方法通过加入尾波互相关走时拓展了相对走时对地震相对位置约束的优势,能够更高精度地确定地震相对位置,通过绝对走时信息的加入减小了重定位结果对原始地震目录位置的依赖。我们将该方法应用于中国芦山地震余震的重定位工作中。该方法的结果与另外一种重定位的hypoDD方法的结果的对比表明:尾波互相关走时和绝对走时的加入能够更好地约束地震的相对位置和绝对位置。     

朝鲜地下核试验的地震学观测

自2006年至2017年,朝鲜民主主义人民共和国在中朝边界地区的试验场进行了6次地下核试验.本文综合报道根据东北亚地区的宽频带数字地震资料利用地震学方法对这六次地下核爆炸的研究.结果表明,朝鲜地下核试验在区域台网产生的地震记录具有典型浅源爆炸的特征.针对上述资料发展了处理核爆数据的方法并据此得出各次朝鲜核爆的地震学参数,包括事件识别、当量测定、以及震中相对定位等.对6次核爆和4次天然地震P/S类型谱振幅比的统计分析表明,2 Hz以上台网平均谱振幅比可以正确地将朝鲜核爆从天然地震中识别出来,从而有效监测在朝鲜半岛进行的当量大于0.5 kt的地下核试验.同时也发现,建立在体波-面波震级比之上的识别方法不适用于朝鲜核试验场.通过建立中朝边界地区基于Lg波的体波震级系统,计算了各次朝鲜核试验的体波震级m_b（Lg）,并由此估计了它们的地震学当量,其值介于0.5 kt至60 kt之间.由于缺少爆炸埋藏深度的数据,上述当量有可能被低估,因而有必要对深度影响做进一步研究.以第一次爆炸的位置为参考震中,利用Pn波相对走时数据和高精度相对定位方法获得了各次核爆在试验场中的精确定位.     

快速地震关联与定位

快速震相关联和事件定位对实时地震监测至关重要。我们提出了一种快速自动关联地震震相并同时对地震事件进行定位的方法(简称REAL)。REAL综合了基于到时和基于波形的检测定位方法的优点。它关联不同震相到时的同时,通过首先计数P波、S波到时个数、其次计算走时残差的方式来实现定位。只要有足够的到时个数在理论走时窗之内,我们就可以把这些到时自动关联到特定地震。地震位置确定在对应拥有最多拾取个数的网格点,如果有多个网格点具有相同的最大拾取数,则选取它们中走时残差最小的那个。我们使用最小二乘定位法(VELEST)和高精度相对定位法(hypoDD)做进一步精定位。REAL计算很高效,可用于快速地震分析。我们将REAL应用于2016年10月意大利亚平宁中部地震序列中的其中5天,这5天位于两个最大震级地震的中间。REAL关联和定位了比意大利国家地球物理学与火山学研究所日常编目记录(862)超过3倍的地震事件(3 341)。与编目事件相比,这些重定位事件的时空分布显示了相似但更为集中的式样。我们的研究证明了使用REAL和震相数据快速自动地进行地震活动性分析是可行的。     

近场爆炸地震优化定位方法研究

地震定位是地震学中的反演问题之一 .准确的震源位置是研究地震动态图象、构造与地震活动关系的基础 ,是地震的重要参数 ,也是研究强震余震空间分布的基础资料 .地震定位的精度主要依赖于地壳速度模型的可靠性、台网布局合理程度、走时的准确性和定位方法 (赵仲和 ,1 983;朱元清 ,赵仲和 ,1 997;李学政等 ,1 999) .速度模型的可靠性程度如何直接影响定位结果的优劣 ;合理的台网布局可提高定位精度 ,否则会造成病态方程 ,引起较大的定位误差 ;走时不准 ,如震相误判、时间服务器不准 ,引起实测走时误差 ,致使定位结果和实际震源位置不吻合 ;不…     

模拟退火算法在地震定位中的应用

阐述了模拟退火算法及其在地震定位中的原理,以震相观测到时与理论到时之差(到时残差)为目标函数,利用模拟退火算法求解目标函数的最小值以获得地震的震源参数。在模拟退火算法的地震定位中根据震相的可靠程度对不同震相设置了相应的定位权重;对震相的走时误差设置了3组不同的值,以分析走时误差对定位结果的影响,对随机生成的1000个模拟地震进行模拟退火算法再定位。结果表明,走时误差越小,定位结果越准确。最后,通过地震震例进一步验证了模拟退火算法在地震定位中的可用性。     

昆明地震台网多事件定位问题的初步研究

根据昆明电信传输台网1983-1989年记录的区域地震初至 P 波走时资料,用参数分离和多事件定位的方法得到台网内各台站的 P 波走时校正值.这组校正值在一定程度上反映了该地区地壳上部横向不均匀结构的特征.台站校正值的地理分布明显地分为3个地区:台站最密集的滇西地区,所有台站(不包括南边的云县,施甸和畹町)的台站校正值不超过0.15s;东部地区(楚雄以东)台站分布仍较密集,但间距比滇西大,其中大部分台站显示为正延迟;南部地区包括文山、思茅、普洱以及云县、施甸和畹町,它们均显示出较大的负延迟.这与云南地区的地质构造特征基本上是一致的.走时校正后重新定位的精度有较大的提高,因此,这组台站校正值可以提供地震台网的常规定位使用.      

单台定位的精度和不确定性

为履行全面禁止核试验条约(CTBT)而进行的地震监测,需测定3级或更小地震事件的位置和(或)震源深度;只有很少的地震台站能经常记录到这样的地震事件, 并用常规走时方法测定它们的位置。本研究的主要目的是用单台三分向地震仪的信号进行定位和深度测定。用波形相关方法估算震源深度,主要依赖所用地壳模型的精度。我们用模拟退火全球搜索算法(SORVEC)变式的接收函数方法给出地壳模型。通过一系列综合模拟试验, 正试图测定该方法对震源机制、震源深度和数据频谱的灵敏度,以及在模拟近震震相时由远震接收函数产生的摸型的实用性。重要的问题是这些方法是否通过接收函数来确定,它用高入射角的远震信号作为输入,在区域范围内对模拟地震震源记录给出合理的依据。该试验描述了该地区用SORVEC提供的模型进行的综合测定,本质上类似于真实地震信号,使得SORVEC模型不像真实模型那么复杂。我们继续研究测定事件与台站方位角最合适的方法,主要用单台三分向记录到的震级在3．0和4．5之间的近震事件。因为许多这样的事件没有高信噪比的清晰震相,利用窄时间窗测定方位角始终是不可行的。我们用P与Sn的时间窗获得更加可靠的结果, 包含P和P与Sv两者之间的能量转换。当前,我们分两步测定事件与台站的方位角; 首先,我们只用水平向来测定事件与台站间180°的方位角;然后,用垂直向和旋转的水平向信号分析测定正确的方向。即使对震级较小没有突出P震相的记录,初步结果显示测定的事件与台站间的方位角误差大约为10°或更小。此外,统计分析的不确定性近似等于观测误差。