国家地震局地震台阵技术考察组赴挪威和联邦德国考察概况(之二) 四、挪威地震台阵和挪威区域地震台阵系统的技术设施

1.野外设施与数据传递挪威地震台阵中心(NORSAR)的子阵呈圆形,有六个短周期垂直向拾震器和一个三分向长周期拾震器,均置于地下室或浅井中(3—15米)。各子阵拾震器的模拟量输出经前置放大后,由地下电缆传到子阵中心的地下室,再经滤波器、模数转换后合成数字信号,并经调     

基于PpSms、P660S、SKS震相分裂研究上海地区地壳、地幔各向异性

基于上海地震台阵记录的远震利用台阵处理技术研究了PpSmS、P660S及SKS震相的分裂。根据三震相的分裂参数(快慢波延时时间及快波偏振方向)的差异对上海地震台阵地区地壳、上地幔及下地幔介质的各向异性情况进行了简要分析。     

基于“加速度台阵”的近震震相识别方法

本文提出了一种在近震条件下,确定台阵三分向记录图中Pg波震相的初至识别方法,并对美国UPSAR台阵记录到的2003年发生在圣西门(San Simeon)地区6.5级的地震数据进行了Pg波震相分析和识别.分析结果表明,本文提出的震相识别方法是有效的.     

吉林松原5.8级震群震相特征

选取2013年松原5.8级震群23个M_S≥3.0地震事件,通过地震波的振动持续时间、速度、周期、振幅等,进行震相识别,综合分析发现:该区域土层较厚,且震源相对较浅,面波较发育,波列的振动持续时间较长;地震震相主要以Pn、Sn、Pg、Sg、PmP、SmS为主:其中PmP、SmS震相在震中距70—110 km范围内较易识别;Pn、Sn震相在震中距150 km以上可较清晰的识别,随着震中距增大,Sn震相在震中距350 km以上将不易识别。     

吉林松原5.8级震群震相特征

选取2013年松原5.8级震群23个M_S≥3.0地震事件,通过地震波的振动持续时间、速度、周期、振幅等,进行震相识别,综合分析发现：该区域土层较厚,且震源相对较浅,面波较发育,波列的振动持续时间较长;地震震相主要以Pn、Sn、Pg、Sg、PmP、SmS为主：其中PmP、SmS震相在震中距70—110 km范围内较易识别;Pn、Sn震相在震中距150 km以上可较清晰的识别,随着震中距增大,Sn震相在震中距350 km以上将不易识别。     

区域震相初至估计

本在地震数据自动化处理中，给出一种基于自回归模型的Akaike information criteria(AIC)算法和信号平均幅值比的混合方法来估计地震信号的初至．用信号的AIC曲线和平均幅值比曲线构造一种叠加曲线，再进行类似于坐标旋转的校正，可以准确估计低信噪比记录中信号的初至，尤其对于震相类型比较复杂的后续震相(如S波、Lg波)的初至估计结果很好．通过对中国数字地震台网乌鲁木齐台记录到的23次天然地震中P波、S波和Lg波的初至估计，与人工分析结果相比，P波初至估计的均方误差为0．71s，后续震相(S波、Lg波)的均方误差为1．64s，优于传统AIC算法的估计结果．     

基于气枪信号偏振特征的震相自动判别研究

气枪震相拾取是地下结构探测的一项基础性工作,震相拾取的精度和波组类型的可靠度是速度结构反演的关键.本文提出了基于偏振特征的气枪震相自动识别方法,通过将水平分量旋转为径向和切向分量,由垂向分量和径向分量构成的偏振特征量初步判别P波组和S波组,根据质点运动轨迹确定出偏振角和偏振线性度参数,针对偏振角大小判别出具体波组类型 Pg、Pn、PmP、Sg、Sn、SmS,结合 STA/LTA-AIC、理论走时与振幅等特征形成一套气枪震相自动识别技术.采用龙门滩水库气枪信号叠加500次的波形对自动识别算法进行测试,结果表明,本研究的偏振识别方法正确识别率为91％,漏识别率为9％,误识别率为13％,识别效果优于一般识别方法,特别是震中距130～180 km波组交汇处的判别更能发挥其作用.通过对气枪偏振特征的研究既提高了气枪震相拾取的精度和效率,也为不同类型波组的正确识别提供潜在的技术手段.     

偏振分析在地震信号检测中的应用

给出了一种3分量地震数据偏振分析的技术,并将其应用到人工地震勘探信号的提取中。该技术基于时域算法,通过对协方差矩阵的本征分析,在滑动时间窗内计算偏振特性,由偏振椭圆导出表征质点运动的各种属性,并利用质点运动的特征构建偏振滤波器。本文对3分量合成地震记录和野外探测实验的实际3分量记录进行偏振分析研究,并在此基础上进行偏振滤波,有效地提高了信噪比。     

三分量地震台阵的多重小波分析：在加州皮尼翁平地有效各向异性测量中的应用

研制并应用一种新技术来确定三分量地震台阵数据的台阵平均质点运动。这种方法基于多斜率谱法延伸的多重小波,是傅里叶法和台阵处理时域法的混合。质点运动由时域主分量法求出。对集中在多个矩阵中小波的交换信号(每个矩阵一个小波)进行复杂的奇异值分解。利用每个矩阵最大奇异值的特征向量来估算各单独信号间的相位。我们求出各分量问的相对相位来估算台阵的平均质点运动椭圆。由于多重小波的冗余度和用于复平面内单个相位因子的 M 估量,使得运算程序更加稳定。此方法应用于1990年和1991年在加州度尼翁平地三分量台阵实验获得的数据。我们发现 P 波质点运动与纯纵波在各向同性介质中的运动差异很明显,响些方位角异常达40°。方位角变化的质点运动异常与频率有关,通常频率升高时异常大小也增加。在台阵深井孔内153m 和274 m 以下,传感器测量值图案与地表传感器值难以区分。数据与倾斜、横向各向司性介质(向西北倾斜30°,走向为70°的对称面)模型相符。我们认为其结果是3方面的影响叠加造成的:(1)花岗闪长岩基岩沿节理的优势风化弓i起的近地表各向异性。(2)与圣罗莎糜棱岩有关的结构和内在各向异性造成的大尺度各向异性。(3)近地表散射。     

sPn震相特征及在震源深度测定中的应用

通过理论地震图模拟,研究sPn震相特征,分析其影响因素。研究表明:sPn与Pn震相的初动极性关系在不同台站方位角呈现不同特点,基于sPn震相的深度定位方法更适合于中强地震。以2012年9月7日12时16分彝良M_S 5.6地震为例,利用南北地震带南段密集流动地震台阵的观测数据,采用波形互相关方法拾取Pn波走时,应用滑动时窗相关法识别sPn震相,通过sPn与Pn震相走时差,测定震源深度为9.6 km。     

在格陵兰地区地震图上记录到的一个附加震相——i震相的特征

在1976 ～1983 年期间,格陵兰地区共记录到53 个地震.所有的地震资料都用检查地震记录图纸的方式进行了复核审查,得到了该地区Pn ,Pg ,P11(PMP) ,Sn 和Lg 波的走时曲线及其视速度,这些结果与加拿大的走时曲线相一致.发现有9 个地震的11 张地震图上记录到一个附加的i震相.初步研究认为,i 震相的存在与震中距、震源深度和地震方向有关,不过此现象尚须进一步研究.     

利用Lg波谱特征估计地下核爆炸装置的埋深

Lg波同时携带地球介质结构信息和爆炸源引起的二次源信息,是研究地下爆炸震源机制及检测、识别手段的重要震相。基于对某一区域介质结构的了解,将实测Lg波谱特征形态与理论波谱形态进行比对,利用Lg波频谱曲线的低谷点随震源深度"左移"的特征,作为辅助识别手段估计地下核爆炸装置的埋深。研究结果对深入地理解地下核爆炸震源机制有重要的参考意义。     

乌兰浩特地震台典型地震事件震相特征分析

选取乌兰浩特地震台记录到的典型天然地震事件及爆破事件,根据断裂带分布及波形记录特征,分析地震及爆破事件的震相特征.结果表明,研究区域近震波形Pn、Pg、Sn、Sg震相及Sm面波较清晰,Pg、Sg波走时差一般不大于23 s,与中国地震台网中心发布的MS震级间的偏差一般小于0.6级;远震P、S、pP、sP震相可较清晰识别,Pm、L面波记录较明显,P、S波走时差一般不小于25 s,震级偏差一般小于0.4级,且通过震相特征及实地考察发现,爆破多为霍林郭勒区域爆破事件.     

乌兰浩特地震台典型地震事件震相特征分析

选取乌兰浩特地震台记录到的典型天然地震事件及爆破事件,根据断裂带分布及波形记录特征,分析地震及爆破事件的震相特征。结果表明,研究区域近震波形Pn、Pg、Sn、Sg震相及Sm面波较清晰,Pg、Sg波走时差一般不大于23 s,与中国地震台网中心发布的M_S震级间的偏差一般小于0.6级;远震P、S、pP、sP震相可较清晰识别,Pm、L面波记录较明显,P、S波走时差一般不小于25 s,震级偏差一般小于0.4级,且通过震相特征及实地考察发现,爆破多为霍林郭勒区域爆破事件。     

基于机器学习和台阵相关性的水力压裂微地震事件自动识别及到时拾取

利用密集台阵对水力压裂微地震进行监测将有助于优化储层压裂、揭示断层活化.为满足密集台阵海量采集数据的处理需求,本文建立了一种综合运用多种机器学习方法和台阵相关性的、无需人工干预的自动处理流程,从而能够快速得到高质量的密集台阵震相到时目录.该综合策略包括：(1)利用迁移学习在连续波形中快速检测地震事件;(2)利用U型神经网络PhaseNet自动拾取P波、S波震相;(3)利用三重线性剔除法,结合密集台阵到时相关性剔除异常到时数据和地震事件;(4)利用K-means和SVM两类机器学习算法,进一步区分发震时刻接近的多个地震事件,减小事件漏拾率.通过将该流程应用于四川盆地长宁—昭通页岩气开发区微地震监测数据,并将自动处理结果与人工拾取结果进行比对发现,二者在震级测定、定位以及走时成像结果等方面具有很好的一致性,表明本文处理流程结果精度可达到手动处理精度.本文结果为密集台阵地震监测数据的高效、高精度处理提供了新思路.     

上海地震台阵的地震定位方法

详细介绍了上海地震台阵数据处理软件系统中的地震定位方法，用台阵的聚束方法得到地震的方位角和视慢度，根据统计得到的视慢度－震中距表推算震中距。并结合了地震台网的定位方法，由单台记录的各类主要震相从J－B走时表得到震中距，然后进行地震定位。该定位方法可对近震、远震进行定位处理，并由深震相得到震源深度。     

基于海拉尔台阵资料的爆炸事件震级测定和当量估计

2016年1月6日、2016年9月9日和2017年9月3日在东北亚地区发生了三次爆炸事件。使用海拉尔地震台阵资料，拾取该三次爆炸事件的P波和Lg波的振幅，计算振幅谱、测量震级并估计当量。振幅拾取和振幅谱计算结果表明，使用Lg波第三峰值振幅方法计算三次事件的短周期体波震级m_b(Lg)，结果依次为4.33±0.05,4.56±0.4和5.60±0.03。2017年事件的Lg波的低频成分比前两次事件的更为发育，振幅相对更大，这种现象可能是由2017年事件的爆炸破坏机制或爆炸技术流程不同所致。采用新的国家标准计算短周期体波震级m_b(P)，三次爆炸事件的震级依次为5.3±0.1,5.6±0.1和6.1±0.1。将m_b(P)和m_b(Lg)通过震级-当量经验公式计算得到的当量结果平均值作为最终当量结果，则三次事件的爆炸当量依次为(14.4±4.3),(34±11.6)和(190.4±45.4) kt,2017年爆炸事件能量约为2016年9月事件的5.6倍，约为2016年1月事件的13.2倍。     

使用地面区域台阵识别水下浅层化学爆破

区域地震台阵NORESS和FINESA记录到的波罗的海波斯尼亚湾以及北海的地震事件具有声观测到的水下爆破特征。对这些地震的区域震相的谱分析。揭示出很强的与时间无关的频谱边缘特征。表明波形是由相关的“脉冲响应”型信号组成。倒谱逆分析给出的脉冲响应对滞后时间与最常见的介于400－600ms的滞后是一致的，一些倒谱在150－350ms之间还有负峰。倒谱峰在与事件有关的所有震相中都被观测到，并且这两个阵所记录到的地震事件的延迟时间都相同。相对长的时间延迟与水声观测记录到的水下爆破中普遍存在的气泡脉冲延迟是一致的。低频负峰是由相对于主脉冲而言极性逆转了回波造成的，并与从水列顶部的反射一致。一般而言，这些事件的Pn/Lg振幅比较大，与采石场爆破所观测到的相似。波罗的海事件的高频Pn/Lg比值比北海的要小些，这可能是由于这两个地区水底地质构造的差异引起的。一些简单的水下爆破模型可以解释观测到的倒谱的许多特征，并揭示了75－150kg的爆破规模的爆破源较浅（约40－80m)。本研究表明，全面禁止核试验条约（CTBT）所要求布置的地震台网，可以对用于近海环境水下核爆破试验的检测和识别的水声观测台站的小网形成补充。     

用三分量台站和台阵资料估计方位角的慢度

用ＮＯＲＥＳＳ台阵记录的短周期Ｐ波比较了用三分量台站和台阵估算方位角和慢度的能力。对垂直台阵的资料 位角和慢度用宽带频率－波数（ｆ－ｋ）分析方法得到。对三分量资料采用偏振分析方法,应用了ＮＯＲＥＳＳ公报中的波至时间和主频信息,资料处理是自动的。用ＮＥＩＳ（美国地震情报处）公报或区域台网公报的定位结果独立确定的方位角和／或慢度作参考。对１００多个远震和区域事件进行了分析。它们是从各种不距离、方位角和     

江苏数字地震台网地震定位能力分析

依据江苏数字地震台网的几何布局，对区域上设定的不同震级和震源位置的可能事件，作了以下两点考虑。（1）根据不同震级地震的监测范围，确定了相应的定位子台组合。（2）对同一地震事件，考虑到震相分析P震相和S震相测量精度上的差异，引入了不同的标准误差σP和σS。在此基础上，通过模拟地震波理论走时和对走时矩阵的奇异值分解方法，计算了估计震源参数标准误差的参量空间协方差矩阵值，给出了标准误差理论值等值线图，用此方法讨论分析了江苏数字地震台网的地震定位能力。