云南地区地脉动噪声特征分析研究

对地震台站记录到的长时间背景噪声进行互相关可以得到台站间的格林函数, 进而可以对地下介质波速结构和波速变化进行研究。 对背景噪声来源方向和时空演化规律的分析, 是提高结果可靠性的重要基础。 本文利用分布在云南境内的43个宽频带固定台站2008—2010年的垂直分量记录, 计算了两两台站之间的互相关函数, 并用平均能量流的方法研究了云南地区5~10 s以及10~20 s两个频段内地脉动噪声能量的空间分布和时间演化。 研究结果表明, 云南地区5~10 s的地脉动噪声能量优势方向存在明显的季节性变化, 夏季优势能量方位角为180°~210°, 冬季则为70°~100°。 而10~20 s的地脉动噪声优势方向方位角较为稳定, 为180°~210°。 在这两个频段内噪声能量的强度都表现出了较强的季节性变化。 同时发现在5~10 s频段瑞利面波之前存在视速度接近30 km/s的前驱信号, 并对其可能来源进行了分析。     

华北地区地震环境噪声特征研究

利用华北流动地震台阵观测的垂直分向连续波形数据, 通过计算功率谱密度和相应的概率密度函数, 对华北地区地震环境噪声特征进行了分析研究. 结果表明, 东部平原和沉积盆地2 Hz以上的高频环境噪声水平与全球新高噪声模型（NHNM）相近, 周期3——18 s的平均噪声水平低于NHNM和新低噪声模型（NLNM）的平均值; 山区及西部高原的高频噪声水平明显低于NHNM, 周期1——18 s的噪声水平大多明显低于NHNM和NLNM的平均值; 不同区域18 s以上周期的噪声水平差异相对较小. 流动地震台阵部分台站的环境噪声存在明显的昼夜变化, 个别台站噪声水平明显高于周边台站, 表明这些台站受人类活动干扰较大. 不同台站的噪声水平分析表明, 将台站布设在摆坑内, 能在一定程度上降低高频和低频段的噪声水平. 台站环境噪声特征的研究结果可为流动地震台阵观测数据质量的定量评估, 观测期间的台站优化调整等提供重要依据.      

红山台ELF电磁场功率谱密度的时间分布特征

利用红山地震台ELF极低频观测数据处理得到不同观测分量、不同频率功率谱数据的时间序列,并通过对数据进行作图分析,得出红山台电磁场功率谱密度的时间分布具有如下特征:(1)电磁场功率谱密度均具有夏强冬弱的季节分布,呈正弦波形态,夏季变化幅度是冬季的1~10倍不等;(2)不同频率上,各测项功率谱密度无多年趋势性变化特征,年际变化幅度小于年内1~3个数量级。     

流动地震观测背景噪声的台基响应

大规模流动地震台阵技术发展为高分辨率深部结构成像提供了重要基础,背景噪声是影响流动地震观测质量的关键因素. 为掌握流动地震观测噪声规律,发展流动地震观测降噪技术, 编制流动地震观测技术规范, 我们开展了针对不同台基流动地震观测背景噪声的观测实验与分析. 其中,山西省临汾市五个地点架设了共22个对比观测台站, 进行了超过一年半的连续观测. 通过计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度, 研究了不同场地条件和环境噪声下流动地震观测台站的噪声特征及其台基响应,分析了不同台基处理方式对噪声的抑制效果. 结果表明:(1)高频人为噪声和长周期自然噪声是影响流动地震观测质量的主要噪声, 可以通过增加台基深度和改善台基处理方式等方法降低其影响; (2)增加台基深度能有效地降低长周期噪声和高频噪声, 2 m深坑能使高人为噪声台站各分量的高频频段和长周期频段分别降低5 dB和10 dB; (3)由于其不稳定性, 沙子台基的水平分量在长周期频段一般要高于摆墩台基5 dB, 流动地震观测中推荐使用摆墩台基; (4) 台站位置、台站内部温度和空气流动都是影响台站噪声的重要因素. 在此基础上提出了不同场地条件和噪声环境下的台基处理建议和适合国情的移动地震台阵台站建设参考方案, 有助于流动地震观测野外工作的标准化和规范化.     

小北湖火山台迁建前后观测数据对比分析

小北湖火山台原址位于原始森林保护区,按照林区防火要求,2019年选址迁建。选取迁建前后小北湖火山台观测数据,通过计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度,分析了迁建前后地震观测台站的噪声特征。结果表明,在1—20 Hz频段内,迁建后功率谱噪声值普遍降低10—20 dB;从RMS值来看,UD向降低22.0%,EW向降低58.2%,NS向降低62.8%,达到Ⅰ级台基水平,迁建后井下环境抗干扰能力更强,观测效果更好。     

基于中国内陆大孔径地震台阵的Rayleigh面波噪声源分布特征研究

Rayleigh面波地震背景噪声成像技术已被成功运用到全球范围不同尺度的地球内部结构的研究中,并以背景噪声场是时空均匀分布为前提假设.然而真实的噪声源分布的时空非均匀性将导致经验格林函数提取存在偏差,最终影响噪声成像结果的精准性.近年来,噪声源分布特征研究逐步成为提高噪声成像精准度、深化地震背景噪声成像的关键问题.本文利用频率-波束域分析法对中国西北地区的一个大孔径台阵(WuTan Array,简称WTA)在2014全年的垂直分量连续记录做了聚束分析,研究了Rayleigh波噪声源分布特征.结果显示:WTA台阵成功探测到了10～20s周期范围的来自于全球不同方位的Rayleigh波噪声信号,其源区分布具有明显的季节变化特征:冬季集中分布在北大西洋方位,而夏季则转为印度洋方位噪声信号最强.此外,Rayleigh波噪声源区空间分布还表现出一定的频率依赖性,即在较低频段(0.0488～0.0635Hz)在北大西洋、北太平洋、印度洋及西太平洋四个方位均有分布;而在频率较高频段(0.0928～0.1025Hz)则集中分布于西太平洋方位.Rayleigh波噪声源时空分布特征和频率依赖性与海洋活动本身的季节性变化和频谱特征有关.并初步推测本文所观测到的Rayleigh波是由加剧的海浪运动直接作用于海岸、大陆架或海底而激发产生的第一类地脉动噪声信号.     

西昌流动地震台阵背景噪声特征分析

利用西昌流动地震台阵2013年1月至4月观测的垂直分量的地震连续波形数据,计算了各台站评价环境噪声的功率谱密度概率密度函数,对地震台站环境背景噪声特征进行了分析。计算结果表明,西昌流动地震台阵多数台站环境的噪声水平较低,平均噪声水平在0.01~10 Hz频段低于全球新高噪声模型(NHNM)的参考值,不同台站在0.1~1 Hz频段的噪声水平基本相同,更接近于全球新低噪声模型(NLNM)的参考值。当地震计架设在基岩上并采用密封措施后,可以有效防风和保温,并且降低了气压变化对地震计的干扰。     

环境变化对乌加河地震台观测质量的影响

针对近年由城镇化建设引起的乌加河地震台观测环境变化、台站记录受到干扰的问题,选取2016—2018年乌加河地震台JCZ-1T地震计的记录数据,采用傅里叶变换,对环境变化引起的噪声频谱进行分析,计算台基平均噪声水平及动态范围变化,并与2015年未受干扰的观测数据进行对比,结果发现,乌加河地震台地脉动噪声水平发生明显变化,地噪声功率谱密度增大,观测动态范围减小。     

环境变化对乌加河地震台观测质量的影响

针对近年由城镇化建设引起的乌加河地震台观测环境变化、台站记录受到干扰的问题,选取2016—2018年乌加河地震台JCZ-1T地震计的记录数据,采用傅里叶变换,对环境变化引起的噪声频谱进行分析,计算台基平均噪声水平及动态范围变化,并与2015年未受干扰的观测数据进行对比,结果发现,乌加河地震台地脉动噪声水平发生明显变化,地噪声功率谱密度增大,观测动态范围减小.     

粉质粘土台基处理方式对地震台背景噪声影响分析

计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度,在不同台基处理方式下,研究粉质粘土层流动地震观测台站的噪声特征,分析噪声抑制效果,发现:在0.1—3 Hz频段,增加台基深度、钢钎固定铁板等方式对噪声影响较小;在3—49.8 Hz高频段,2.5 m深混凝土台基、1.5 m深钢钎固定铁板台基等较0.5 m深混凝土台基噪声降低约2—4 d B,1.5 m深钢钎固定铁板台基噪声水平较优;春季白天噪声水平较冬季高5—14 d B,春季夜间噪声水平低于冬季。     

Analysis of seismic noise in the Romanian-Bulgarian cross-border region

We present the first detailed investigation of the background seismic noise recorded in the Romanian-Bulgarian cross-border region over 3 years (2012–2015). We used the power spectral densities probability density functions (PSD PDFs) to study the noise variations in the period domain (0.025–1 s) as well as in the secondary microseism band (2–10 s). Strong diurnal variations and an increase of the noise levels during working days were observed at high frequencies at all stations, thus confirming the anthropic origin of the noise at low periods. The noise variations observed at longer periods (>?1 s) are relatively small among the stations and are related to season changes. The dominant feature in the noise spectra between 2 and 10 s is the double-frequency peak (DFP) whose amplitude increases and changes during winter. For a specific interval, from 25th to 27th of January 2014, when a storm was reported in the Black Sea area, the maximum of the DFP shifted from larger periods (~?5.5 s) at stations far from the Black Sea towards smaller periods (~?1.8 s) at stations located on the coastline. The polarization analysis showed that the short period double-frequency microseisms originating from the Black Sea dominate during the winter month. Finally, we showed that site conditions vary due to noise variations related to weather conditions in the Black Sea or to changes in anthropogenic noise sources.     

青藏高原东北缘祁连山地区地震台阵背景地噪声特征

基于祁连山地区78个地震台站的垂直分量连续波形记录,计算台站对之间背景噪声的互相关函数,并叠加得到5-10 s和10-20 s两个周期的瑞利面波信号。利用归一化振幅方法,分析不同周期范围的噪声源能量在不同方位随季节变化的规律。研究结果显示：祁连山地区5-10 s周期背景噪声的能量优势来源,夏季集中在110°-170°方位,冬季集中在300°-350°方位,但在110°-150°方位也有相对微弱的能量分布,表明第二微震带的噪声能量来源在夏季主要来源于太平洋的海洋活动,冬季主要来源于大西洋的海洋活动;10-20 s周期背景噪声的能量优势来源在夏季集中在70°-150°和170°-230°方位,在冬季则集中在290°-350°和70°-130°方位,表明第一微震带的噪声能量在夏季主要来源于印度洋的海洋区域,冬季主要来源于北大西洋和太平洋。由于2个周期的背景噪声源在祁连山地区存在明显的季节差异,因此在利用背景噪声方法研究该地区介质速度结构时,需充分考虑噪声源非均匀性产生的影响。     

Analysis of the primary and secondary microseisms in the wavefield of the ambient noise recorded in northern Poland

Seasonal changes of the primary and secondary microseisms were analysed in the wavefield of the ambient noise recorded during the entire 2014 at the “13 BB star” array located in northern Poland, composed of thirteen, symmetrically arranged, broadband seismic stations. To that, spectral analysis, seismic interferometry, surface scalar wind speed distribution, and beamforming were used. Spectral analysis allowed to observe that a splitting of the secondary microseism peak was present in winter and autumn, and that the primary microseism peak was visible in spring, summer and autumn. Using seismic interferometry, the long-term characteristics of the noise wavefield were recognized. The seasonal variations of the secondary microseism source were described by means of the analysis of the surface scalar wind speed for each month. The splitting of the secondary peak was attributed to the interaction of a strong wind blowing from the North Sea with a weak wind blowing from the Baltic Sea. The seasonal variations of the primary microseism peak were characterized through the frequency-domain beamforming. The peak was identified during spring, summer and autumn, when the generated wavefield was coming from the Baltic Sea. The velocity of the wavefield was evaluated within the 2.0–5.0 km/s range. The described mechanism of generation of the microseisms, based on the interaction of the nearby winds, was found to be consistent with the models reported in the literature.     

新疆和田台阵PSD与PDF分析

和田台阵是我国第一个自主建成并运行至今的小孔径台阵,承担着监测印巴地区核试验以及我国西部地震活动的重要使命.台阵波形数据中充斥着背景噪声,直接影响着数据质量.为了评估台阵噪声水平,本文利用Welch平均周期法对9个子台记录的数十万条噪声样本进行功率谱估计,对出现的谱异常进行了总结归纳,通过绘制概率密度函数图以及单频曲线来研究背景噪声变化范围和规律,最后针对台阵降噪提出了建设性意见.研究结果表明,中心台长周期噪声功率谱密度随季节变化显著,具有周期性;受温度和气压影响,水平分量长周期噪声变化幅度较大,局部频段超出新高噪声模型,建议改善仪器安装条件,或者利用数学方法进行校正.所有子台短周期噪声变化规律与长周期相反,受到采石场影响,谱密度曲线在4~8 Hz之间出现形态规则的高频尖刺,A1、B3、B4子台最为明显,可以通过窄带滤波或者聚束予以压制.本文取得的研究成果为台阵运维提供重要依据,除此之外,总结出的不同地震频谱特征也为地震解释工作提供重要参考.     

中国大陆地区宽频带地震台网台基噪声特征

利用中国地震台网880个宽频带地震台站2014年1月至2015年12月的垂直分量连续波形记录,通过计算每个台站的噪声功率谱密度和概率密度函数,对中国大陆地区的台基噪声水平进行了初步分析。结果表明:中国大陆的噪声水平在不同频带呈现不同的分区特性,其中高频带（0.1—1 s）噪声水平在西部和北部较低,而在中东部地区较高,京津冀和东南沿海地区最高;城市噪声水平高于人口稀少地区,表明高频带噪声与交通、工业等人文活动强度具有较高的相关性;在盆地及其边缘地区,高频带噪声水平高于周边山区,可能与沉积层的放大效应有关;微震噪声（1—20 s）主要来自于中国东部海岸线的海洋活动作用,其强度由东南沿海向内陆地区逐渐变弱。基于噪声的分区特征,利用概率密度函数的第5和第95百分位数获取了31个地震台网的高低噪声基线,相比全球新高低噪声模型,该基线能够对台站观测状态进行更有效的判别。      

新冠肺炎疫情对佘山与大洋山地震台背景噪声的影响

人类的生产生活产生的振动会以高频地震波的形式被地震台站所记录。2020年1月,新冠肺炎疫情爆发,为了应对此次疫情,各地政府分别启动应急响应,国内地震记录出现最长、最突出的人为地震降噪期。各地震台站背景噪声显著下降,在人口稠密及工业发达地区尤为明显。同时,静噪期为探测地下地震源的微弱信号提供了可能。静噪期内,佘山地震台2 Hz频点背景噪声功率谱密度值比平时降低10 dB,而大洋山地震台10 Hz频点背景噪声功率谱密度值较平时降低约5 dB;佘山地震台2—10 Hz以及大洋山地震台10 Hz以上频率的背景噪声受静噪期影响明显。结合地震台站所处位置分析,疫情期间佘山地震台附近人口流出较多,2—10 Hz频率的背景噪声变化明显;大洋山地震台背景噪声则受工厂、轮渡、高速汽车等影响较大,f ≥10 Hz的背景噪声变化显著,而频率在2—10 Hz则无明显变化,表明该台人口总数趋于平稳。地震噪声和人类活动之间的相关性表明,地震学研究可以提供实时人口动态估计。     

2013年芦山地震震源区地壳介质地震波速变化的特征分析

为探究芦山M7.0级地震后5年多来,震源区龙门山断裂带西南段介质波速的变化规律,本文基于2012年4月至2018年4月共6年的连续波形数据,运用移动窗互谱与频域偏振等分析方法,结合背景噪声源的特性,对不同深度范围内的相对波速变化以及震后的恢复过程与机制进行了研究.获得的主要认识包括：（1）年尺度而言,震源区周期为1~20 s的背景噪声场相对稳定,但成分复杂、2~10 s频带内至少存在2个能量相对稳定的噪声源;不同周期噪声的能量,在月变与季节性上的变化特征差异明显.（2）获得了长时间尺度、不同频带内介质相对波速的背景变化水平,1~2 s、2~4 s的波动幅度（约为±0.04%）与季节性变化规律强于4~10 s、10~20 s的,结合与降雨量相关的地下水位模型能很好地解释其变化规律.（3）震源区的同震波速降低现象清晰,降幅约为0.08%~0.1%;空间上,波速下降最为显著的区域主要集中在龙门山断裂带两侧约70 km范围内,其中四川盆地一侧平均约为0.1%,略高于青藏高原（0.08%）一侧;在断裂带内的降速不显著.对不同子频带进行测量的结果显示,震后除10~20 s外,其余3个子频带的相对波速在震后较短时间内（约20天左右）均出现较大幅度的波速降低现象,其中4~10 s的平均降速最大（约为0.08%）,分析认为主震及大量余震的松弛效应是引起介质波速下降的主要原因.（4）震后大约1年左右,波速变化基本恢复到震前水平,且至2018年4月前未观察到大幅的波速变化现象,总体上各频带内的结果均沿零线小幅波动.     

大西洋中北部双频微地动特征

本文对大西洋中北部两侧五个地震台站2015年记录到的地震数据进行处理,计算噪声功率谱密度和概率密度函数,并通过极化分析对双频微地动不同周期的主导源区方位角分布进行了分析。研究结果显示:大西洋中北部台站双频微地动发生显著分裂,各台站的峰值周期各不同,且来自相同方向和不同方向的双频微地动都有可能产生双频微地动分裂;大西洋中北部的噪声功率谱密度随季节变化复杂,部分台站冬季的功率谱密度振幅比夏季强,部分台站夏季的比冬季强;而大西洋中北部台站源区方位受季节影响不大,台站主要源区的方位不变,且两季的源区方位角在大范围内重合;大西洋东岸中北部台站,夏季受台站以南大西洋源区影响更多,冬季受台站以北大西洋源区影响更多;靠近加勒比海位于大西洋西岸的台站,其双频微地动源区方向在冬季和夏季都更多地指向加勒比海;大西洋西岸纬度最低的台站MPG,其双频微地动在冬季主要受台站以北大西洋源区的影响,而在夏季则同时受到台站以北大西洋源区和台站西南方位很可能源于太平洋源区的共同影响。