基于S变换的山西地区不同地震事件频谱特征分析

应用S变换和广义S变换获得山西地区地震、爆破、塌陷的时频特征,结果表明,S变换可显示不同地震事件较完整的时频分布信息,广义S变换对事件在具体频率的分辨率上有明显的提高,结合两种方法可得到对应事件较完整的时频特征。综合分析认为,地震的震源机制较复杂,高频能量丰富,地震频谱频带范围较宽,一般在0～20 Hz左右,高频成分较多,峰值多在10 Hz;爆破的震源简单,一般主要产生在P波群,爆破的频带较窄,一般在0～10 Hz,频率偏低,一般在3～4 Hz左右;塌陷属于瞬时压缩源,能量释放时间短,波的传播路径简单,频带窄,集中于0～10 Hz,主频率集中在0～3 Hz。     

地震与爆破的小波包识别判据研究

利用sym5小波包基函数对小震级天然地震和人工爆破波形进行4层小波包分解并绘制了时频谱图.通过时频谱图可直观得出, 爆破频率成分简单, 时频谱聚集性较好. 为寻求定量的识别指标, 综合P波和S波小波包变换结果, 提出并定义了P/S能量比. 分析识别效果较好的 P/S能量比判据得出爆破的P波主频集中在频段3.125—9.375 Hz处, 地震频率成分较复杂, S波在高频12.5—23.4375 Hz处也较发育, 在这些频段上, 爆破的P波与S波差异要大于地震的P波与S波差异. 作为小波包判据研究的补充, 文中也提取分析了P波的能量比与S波的能量比. 能量比判据识别结果表明, 人工爆破与天然地震的频率成分存在差异, 通过小波包变换能够提取有效的识别判据.      

陕北塌陷记录的区域特征研究

选取陕西省境内2011—2018年震级为M_L2.7—3.1的18个天然地震事件的287条记录和2013—2018年上述震级范围的20个陕北塌陷事件的185条记录,从时间域、频率域及时频域进行分析对比,总结出陕北塌陷记录区别于天然地震事件的特征:① 在时间域,就P波初动而言,塌陷的P波初动弱而平缓,只有极少数台的垂直向P波初动方向清晰,而天然地震的P波初动强而尖锐,垂直向P波初动方向清晰,有象限分布的特征;在体波特征方面,塌陷的体波周期要比天然地震的大;面波发育是塌陷区别于天然地震最显著的特征之一,即使震中距很小,塌陷记录依然有明显的短周期面波Rg波发育;在震中距＜50 km时,塌陷的振幅比A_S/A_P值要远远大于天然地震,且随着震中距的增大,A_S/A_P值变小并与相同震中距下天然地震的A_S/A_P值相近;相同震级,塌陷比天然地震尾波持续时间长,能量衰减慢。② 在频率域,塌陷的频率域较窄,主要为低频信号,集中在0—3 Hz内;天然地震的频率域较宽,低频信号较少;定义频带内频谱的方差与均值的比值为频谱变异系数α,塌陷的频谱变异系数α整体高于天然地震的。在震中距200 km范围内,塌陷的拐角频率f_c较天然地震小,集中在1—3 Hz,天然地震的拐角频率f_c在3—15 Hz均有分布。③ 从时频谱的对比可见,塌陷的主要频率成份为低频面波,而天然地震频率成份最丰富的为横波波段。      

首都圈地区爆破、矿塌和天然地震的识别研究

选取首都圈地区2008年8月——2009年9月ML在2.0——2.2范围内的爆破、矿塌和天然地震数据资料,从时间域和频率域进行分析对比,总结出识别爆破、矿塌和天然地震的依据．在时域方面,爆破的初动方向向上,矿塌向下,天然地震的初动方向依赖于台站的分布情况;爆破和矿塌的面波比较发育;天然地震的S波与P波最大振幅比(AS/AP)大于爆破和矿塌,同时,爆破和矿塌的能量衰减比天然地震快．在频域方面,高频成分的能量衰减快于低频;天然地震的拐角频率较高,爆破次之,矿塌的最小;在震中距200 km范围内,爆破的顶峰频率主要分布在5——7 Hz,矿塌分布在2——4 Hz,天然地震的顶峰频率较大,在10——18 Hz范围内.另外,天然地震的频率域较宽,其次为爆破、矿塌．      

山西地区爆破、塌陷(矿震)特殊地震动特征识别

对2004—2012年山西地震台网记录的山西地区ML≥2.5爆破、塌陷以及天然地震波形进行对比分析,结果显示:与天然地震相比,爆破、塌陷具有相对独特的震相特征,尤其是近距离的爆破、塌陷易于识别;远距离的则难以区分。在此基础上,对3种地震动波形进行频谱分析,结果显示:塌陷的优势频率较低,集中在1—3 Hz;爆破的优势频率较高,集中在1—6 Hz;地震的优势频率较宽,集中在0—20 Hz,为进一步甄别爆破、塌陷、天然地震提供了新的识别方法。     

不同地区人工爆炸与天然地震记录特征及识别研究

本文分析了河北怀来多次爆炸、河北三河采石场多次爆炸和低震级天然地震事件的记录特征和时频差异。结果显示:河北怀来爆炸的P波能量强、衰减快、S波发育弱;河北三河采石场爆炸的P波、S波主频均低于怀来爆炸,S波与面波混淆,不同震中距的台站记录低频发育明显;而天然地震的有效频带更宽,频率成分更为复杂。将Pg/Sg谱比判据应用于小震级地震与爆炸的识别中,探索交叉频带谱比对不同地区爆炸的识别。结果表明:高频（＞5 Hz）Pg/Sg谱比判据可将研究数据中的爆炸与小震级地震完全区分;与Sg低频（0—2 Hz）有关的交叉频带谱比可对两个不同地区的爆炸进行识别,交叉频带的谱比判据较传统的单一频带谱比判据能够更好地反映出不同类型事件的特征差异。      

曹妃甸地震台网天然地震与人工爆破时频分析

搜集2014—2015年曹妃甸测震台网记录的各类爆破与天然地震事件,基于Matlab软件,编制程序实现短时傅里叶变换,对比分析核爆炸、化学爆炸、矿爆炸与天然地震的特征,分析频率随时间的变化规律。研究结果表明,天然地震与爆破在频率范围、频率分布和时频聚集性等方面具有各自特点,主要表现在:天然地震的时频图"多峰"且复杂,频率分布范围更广,频率成分集中在S波段;人工爆破的时频图"少峰"且简单,频率范围较窄,频率成分集中在P波段。本文的研究成果能够为今后区分天然地震和爆破提供依据。     

山西运城振动事件S变换时频分析

基于S变换,对2005年以来山西南部运城及其附近地区的振动事件波形进行时频分析,并与山西南部地区的天然地震、爆破和塌陷地震波谱特征进行对比分析。结果表明：天然地震一般S波携带能量较大,衰减较慢,震相高低频成分呈现均匀分布;一般近台记录的人工爆破P波比S波发育,能量衰减较快,震相急促短暂;塌陷地震波列能量随时间和频率的展布相对集中,一般分布在频率较低区域;振动事件震相简单,被不同台站记录的波形能量优势分布及频率分布范围差异较大,衰减特征不明显。据此,基本可以排除山西南部及附近区域的振动事件为天然地震、爆破和塌陷事件的可能。     

山西代县及左云地区爆破、塌陷波形特征对比分析

山西代县和左云地区为爆破和塌陷多发区,快速判定两地发生事件的类型,有利于提升台网地震速报及编目质量水平。选取2009年以来山西台网记录到的山西代县和左云地区M_L≥2.5的爆破和塌陷地震事件目录,并对所选事件的体波和面波形态、P波初动方向、A_S/A_P振幅比、幅频特性等进行对比分析。结果表明,代县地区塌陷波的面波出现更早,周期更大,能量衰减更快;该地区爆破事件初动向上的近台所占比例大于50%,左云地区则小于50%。左云地区爆破的A_S/A_P值随震中距增大呈现缓慢增长趋势,代县地区则基本保持不变;两地爆破和塌陷的波形主频多集中在0～1.5 Hz频段,塌陷的高频衰减较爆破更快。     

基于非线性时频分析的地震和爆破识别

利用非线性赵-阿特拉斯-马克斯(Zhao-Atlas-Marks)时频分析方法对地震和爆破进行分析,结果显示:爆破的时频谱的时频聚集性比地震的时频聚集性较好;地震P波的平均频率大于爆破P波的平均频率;地震S波的平均时频中心相对于爆破分布在时间—频率面左上角。     

小地震与人工爆破记录的时频分析

基于Matlab软件,编制了对近震记录进行时-频分析试验研究的程序,搜集2006—2008年间首都圈地区震级介于ML2.4~2.7的5次天然地震和5次人工爆破的27个台站的宽频带记录,根据震中距离的相似性挑选5组天然地震和人工爆破地震,分析其时频特征。对于所有的数据都给出其三分向的时频图、原始波形图和频谱图,以及水平向和三分向的叠加图。分析结果表明,天然地震和人工爆破的记录具有明显不同的时频特征,天然地震的时频呈现出"多峰"特征,而人工爆破的时频分布则相对"少峰";天然地震的时频峰值分布在较宽的频率范围内,人工爆破的峰值则分布在频率较低的相对狭窄的范围内。通过以上实践,发现时频分析在分析不同时间点的频谱信息以及整个数据的时频分布特点时比傅里叶变换具有优势。     

The characteristics of seismic signals produced by lahars and pyroclastic flows: Volcán de Colima,México

The general characteristics of seismic signals produced by pyroclastic flows (generated by either the collapse of a lava dome or an eruptive column) and lahars at Volcán de Colima, México are discussed. The paper concentrates on the 2004–2006 activity associated with and following the extrusion of andesitic block-lava in October–November 2004. It is shown that the duration of the broad-band seismic records of pyroclastic flows lasts a few minutes while the duration of seismic records of lahars continues for tens of minutes or hours. The spectra of seismic records produced by pyroclastic flows are characterized by lower peak frequencies (around 3–4 Hz) than for lahars (around 6–8 Hz). This difference in the frequency content together with the difference in the duration of seismic signals allows early diagnostic of the events in real time.     

地震低频伴影的数值模拟与应用

Strong low-frequency energy beneath a hydrocarbon reservoir is called a seismic low-frequency shadow and can be used as a hydrocarbon indicator （Tarter et al., 1979） bu the physical mechanism of the observed low-frequency shadow is still unclear. To stud） the mechanism, we performed seismic numerical simulation of geological models with a hydrocarbon-bearing zone using the 2-D diffusive-viscous wave equation which car effectively model the characteristics of velocity dispersion and transform the seismic dat~ centered in a target layer slice within a time window to the time-frequency domain by usinl time-frequency signal analysis and sort the frequency gathers to common frequency cubes. Then, we observe the characteristics of the seismic low-frequency shadow in the common frequency cubes. The numerical simulations reveal that the main mechanism of seismic lowfrequency shadows is attributed to high attenuation of the medium to high seismic frequency components caused by absorption in the hydrocarbon-filled reservoir. Results from a practical example of seismic low-frequency shadows show that it is possible to identify the reservoir by the low-frequency shadow with high S/N seismic data.     

内蒙古中部地区形变主要干扰的时频响应特征分析

选取内蒙古中部地区定点形变观测中受降雨、大风、气压干扰以及地震波影响的典型数据,采用S变换,对该地区形变观测中4种主要干扰信号的时频响应特征进行分析与讨论。结果表明,降雨干扰信号主要集中在低频区域,其频率先增大后减小;大风干扰表现为高频干扰,时频域能量强度与观测曲线受风扰影响变化幅度成正比;气压干扰信号的优势频率分布在低频段内;地震波影响中VP垂直摆和JCZ地震计记录的地震波较为相似,但VP垂直摆记录的频段要小于JCZ地震计,VP垂直摆主要记录的是低频地震波。同时,4种干扰信号的时频域频率、能量强度随时间变化趋势与数据观测时域变化趋势相一致。     

空间局部加权回归自适应TFPF

时频峰值滤波(TFPF)算法是一种非常有效的去噪方法.但是传统的TFPF采用的单一窗长,并且仅沿时间方向进行滤波,忽略了信号的空间信息,并且TFPF近似等效成一个时不变的低通滤波器,不能追踪快速变化的信号.针对这些问题,引入空间局部加权回归自适应TFPF(SLWR-ATFPF).鉴于随机噪声在各个位置的方向随机性,以及有效信号在各个位置的方向确定性,首先利用空间局部加权回归(SLWR),对含噪信号进行空间加权,从而使加权之后的信号包含空间信息.然后,再引入凸集和Viterbi的思想,对空间加权之后的信号进行自适应滤波.从而,完成时空域二维自适应滤波.将SLWR-ATFPF应用于合成记录和实际的共炮点记录,实验结果表明,改进的方法与原算法相比,能够在压制低信噪比(SNR)随机噪声的同时更好地保留有效信号.     

于田M_s7.3地震震前重力扰动信号研究

2008年3月21日和2014年2月12日,新疆和田地区于田县先后发生两次M_s7.3地震.为分析两次地震前是否存在重力短临异常信号,应用Tsoft软件对原始数据进行理论固体潮改正和气压改正,并基于小波分解去除其低频趋势,有效提取了两次地震前国家连续重力观测网多台g-Phone重力仪的高频扰动信息.结果表明两次地震前都记录到高频扰动信号.2008年地震前牡丹江、沈阳台和漳州台三个台站记录到的高频扰动信号,主频分布在0.2~0.4 Hz.2014年地震前8个台站记录到两组不同频段的扰动信号.第一组信号集中在震前6天的东北台站,第二组扰动信号出现在震前3天的东南台站.两组扰动信号振幅呈现从北到南、从东到西逐步衰减的时空分布规律·同时期的气象资料显示局部强降雨与第二组扰动异常存在良好的相关性.对高频重力信号的时频分析结果表明震前第一组扰动信号存在异常频段0·13~0.18 Hz.应用扰动源扫描算法对2014年两组扰动信号进行空间定.位,结果显示第一组信号扰动源位置与于田震中相距约1935 km,不在于田地震的孕震区内;第二组信号扰动源来自海上.2008年和2014年于田地震第二组震前扰动信号与强降雨以及海浪影响相关.2014年第一组信号与于田地震的关系仍待进一步研究.     

Discrimination of earthquakes and explosions using multi-fractal singularity spectrums properties

A new method of discrimination of seismic records from earthquakes and explosions is proposed which is based on using properties of their multi-fractal singularity spectrums. The efficiency of the method is illustrated by analysing seismic records from the region of Aswan Dam in Egypt. Current pattern of seismicity in the Upper Egypt is composed by three types of records: tectonic earthquakes, reservoir-induced earthquakes and seismic events generated by quarry blasts. To discriminate quarry blasts from earthquakes of both natures, multi-fractal analysis of records were used. Singularity spectrum support width and multi-fractal generalised Hurst exponents were calculated for all seismic events in the selected data set from a given area. The linear Bayesian discriminator using these characteristics of seismic records provides correct classification for 93 % of earthquakes records and for 99 % of quarry blasts records.     

云南鲁甸Ms6.5级地震罕见大峰值记录时-频反应谱分析

2014年云南鲁甸M_s6.5地震龙头山台站记录到东西向峰值加速度948.50 Gal的罕见大峰值记录（简称"龙头山EW记录"）,震中烈度高达Ⅸ度,而震中距大于10 km以后,峰值加速度和烈度均迅速减小。为研究这一现象,利用时-频反应谱对震中距45 km以内的6个台站记录进行了时频特性分析,发现龙头山EW记录幅值区域相对集中且谱值很大,沿持时轴连续分布两个幅值带,高频和低频成分均远大于其拓展设计反应谱,据此设计的自振周期处于0.4~0.8s的结构将遭受严重累积破坏。另外5个台站时-频反应谱值小且覆盖区域狭小,作用时间短,无论在自振周期轴方向,还是持时轴方向均远小于其拓展设计反应谱覆盖区域,结构不会发生破坏或仅发生可修复的轻微破坏。震害调查结果与时-频反应谱分析结果相符,证明鲁甸地震小震级、高烈度、大灾害的特点与龙头山EW罕见大峰值记录的时频特性有着密切关系,时-频反应谱有利于用来分析结构破坏机理,具有研究的理论意义与应用价值。