多通道相关分析用于宽频带地震仪自噪声检测

将多通道相关分析方法用于宽频带地震仪的自噪声检测,测量分析了Reftek 130、130 B和130 S三种地震数据采集器的自噪声检测结果以及14套Reftek 130 S连接Guralp CMG-3T地震计的自噪声一致性检测结果,同时给出了地震计的三轴正交性估计.结果表明:Reftek数据采集器设置为普通增益时在0.3 Hz以上频段自噪声高于Guralp CMG-3T地震计自噪声,设置为32倍高增益时在测量频段远低于地震计自噪声;测量的多台Guralp CMG-3T地震计自噪声结果在不同频段一致性差异较大,垂直向分量0.3 Hz以下频段可作为一致性比对参考频段,采集配置选择普通增益时0.3~2 Hz频段可作为数据采集器一致性比对参考频段;Guralp CMG-3T地震计三轴正交性误差估计平均在0.5°以内.     

地震计自噪声的研究

仪器的固有噪声水平是地震计的关键技术指标。 如何降低仪器的自噪声是地震计设计中需要解决的重要问题。 本文分析了产生地震计自噪声的两个主要噪声源: 布朗热噪声和电子噪声(1/f噪声), 以及它们对地震计传递函数的影响。 分析了三种地震计所记录的地震台台基噪声, 并且通过试验来检验仪器噪声对地震计观测数据的影响。     

地震计低自噪声测量及参数建模

本文提出一种基于对比法测定地震计相对传感参数, 并考虑分向对齐误差计算地震计自噪声, 再利用连续3天以上的自噪声数据提取获得地震计低噪声数据的方法。 通过理论分析和实际数据计算检验表明, 采用这一套方法提取地震计的低噪声数据, 对数据选择的要求大大降低, 有利于客观、 稳定地获取地震计的自噪声数据。 此外, 通过参数建模, 获得地震计自噪声曲线的拟合多项式, 直接计算自噪声参考频点数值, 可以避免在实际曲线上读数时受到的计算误差引起的波动影响, 得到客观、 稳定、 可靠的地震计自噪声参数数据, 有利于地震计性能比较评价。 最后作为实例, 给出了采用本文算法计算出的4种国产地震计的自噪声模型及低自噪声参数。     

速度传感反馈地震计工作线圈与第一级运放参数的噪声匹配

合理选择速度传感反馈地震计的工作线圈参数,使之与第一级运算放大器的噪声参数"匹配",就可以设计出自身噪声较低的反馈地震计.探讨了在追求地震计自身噪声最低的前提下工作线圈参数与第一级运放噪声参数之间的关联匹配问题,并给出了定量计算公式.本文用等效地动速度来研究反馈地震计的噪声问题,不仅避免了不同反馈方案的影响,而且使研究结果可直接与最安静台址噪声谱对比,效果直观明了.     

一种地震计固定装置

为了避免地震计由强振动引起的不同程度的位移、偏转或倾倒,研制出1套地震计固定装置,该装置使地震计能够经受强烈振动。与其他类似装置不同的是,该装置是通过地震计的3个底脚进行固定的,不与地震计其他位置接触,这有效避免了混入其他噪声。通过测试试验发现,在安装固定底座后,地震计运行和产出的波形均正常,噪声略有变小,平均信噪比变化不大。     

甚宽频带地震计自噪声测试方法对比

在河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站,对JS-120型甚宽频带地震计采用2台和3台地震计同址比测法进行同址比测。选取连续600小时观测数据样本,基于分频带概率统计法,提取自噪声优势概率典型值,分析测试结果差异。结果表明,3台法可通过互功率谱之比校正地震计之间传递函数的差异,得到的自噪声水平比2台法更低,结果更加稳定;当比测地震计之间性能存在差异时,自噪声较高的地震计会影响记录的相干性,导致其他地震计自噪声结果偏高;由于安装过程中存在不一致性,在接近二类海洋噪声频段的0.1—1 Hz频带,地震计自噪声功率谱曲线形态发生变化,且2台法表现更明显;在0.04 Hz以下的低频段,地震计自噪声水平较高,与观测背景噪声接近,在进行低噪声科学实验观测场地遴选和背景噪声水平评估时,应考虑低频段地震计自噪声的影响。     

地震数据采集器自噪声检测研究

本文采用多通道相关分析方法测量并分析研究了国内地震观测常用的6种进口地震数据采集器的自噪声.结果表明:6种进口地震数据采集器无论在普通增益还是高增益模式下,当频带范围处于1 Hz以下时,自噪声均低于NLNM低噪声模型(灵敏度按750 V·s/m换算);在低增益模式下,当频带范围处于1 Hz以上时,各数据采集器的自噪声与NLNM低噪声模型高低交错,须根据观测目的谨慎使用;Q330HRS和Reftek-130/130S型数据采集器的高增益模式较适合测量宽频带地震计的自噪声.      

安徽六安井下地震计与地表地震计观测质量对比

将安徽六安2015年安装的2台GL-S60B井下地震计记录数据,分别与在各自井口架设的BBVS-60地表地震计记录数据进行对比,得到了噪声有效值、频谱特征和有效动态范围等,初步获得了井下地震计在六安的运行情况。研究表明,井下地震计观测效果明显优于地面地震计,这对于未来地震台站选址、仪器选型等具有参考意义。     

宽频带地震计的安装

简要介绍了地震噪声的一些特点、环境因素影响宽频带地震计产生噪声的机制,并针对这些特点介绍了安装宽频带地震计的一些隔热保护方法和需要注意的事项,最后从检验系统安装与运行状况的角度,介绍了地震计的标定和台站噪声检测问题,列举了作者在宽频带测震台站建设中的工作实例.     

流动宽频带地震计自噪声测试研究

分别采用双台地震计自噪声互相关分析法(以下简称“Holcomb双台法”)和3台地震计自噪声互相关分析法(以下简称“Sleeman多台法”)对CMG-3T、BBVS-120、STS-2型流动宽频带地震计进行自噪声测试研究.结果表明:Sleeman多台法因有效地规避了传递函数引起的误差,在处理流动宽频带地震计实际记录数据方面比Holcomb双台法更能有效地滤除背景噪声;在简单测试条件下,3种常用流动地震计的自噪声在0.06 ～1 Hz频带内均低于NLNM曲线,显示了相当好的噪声性能指标;在流动台阵观测过程中,地震计方位准确性以及地震计的保温防护措施是保证发挥仪器性能的重要因素.     

Seismometer self-noise estimation using a single reference instrument

A new method is presented for the self-noise estimation of a seismometer using a single, side-by-side, reference instrument and taking into consideration the misalignment in the orientation of both seismometers. The self-noise of seismometers is extracted directly from the measurements without using any information relating to the transfer functions. This procedure can be applied if the self-noise of the reference seismometer is well known and defined, or if the self-noise of the reference seismometer is sufficiently below the self-noise of the tested instrument and can be neglected. The latter case applies to this study. An algorithm is also developed where we apply self-noise data in order to determine the orientation misalignment between two seismometers, which is then resolved in three-dimensional space. This new method provides an estimate of the self-noise and can also be used to extract some parameters of the installed seismic system in comparison with the reference seismic system, such as generator constants and seismometer orientation or to eliminate unwanted noise sources, which have their origin in the seismic station’s design. The new technique was applied to the CMG-3ESPC and CMG-40T seismometers, where an STS-2 instrument served as the reference seismometer.     

海底地震仪自噪声分析

海底地震仪是海上观测天然地震的主要手段,仪器所记录到的噪声分为环境噪声和仪器噪声。本文利用2018年9月3日—2019年7月1日期间浯屿岛海底地震观测台所采集到的数据,对海洋环境下的强震型海底地震采集站和宽频带海底地震采集站进行仪器自噪声分析,利用两道互相关模型,采用加窗平均周期图法计算功率谱,通过1/3倍频程积分作平滑处理,得到仪器自噪声功率谱密度图。对比分析相同型号仪器的自噪声功率谱,发现相同仪器的自噪声变化趋势一致,但自噪声大小有差异,且这种差异对于不同仪器、相同仪器的不同分量也存在不同。     

基于Matlab的地震计自噪声计算可视化软件设计

基于Matlab的GUI开发环境,采用三仪器法设计地震计自噪声可视化软件,通过对3台地震计同背景同时段原始波形数据进行去均值、去趋势值等一序列数据处理,并运用Welch平均周期法计算噪声功率谱密度,最终绘制完成自噪声功率谱密度曲线。选取山东省临沂市马陵山比测基地作为软件测试地点,以2组各3套地震计(STS2.5、BBVS-120地震计)观测系统作为测试样本,进行地震计自噪声分析,结果发现,STS2.5和BBVS-120型地震计UD向自噪声功率谱曲线在0.04—2 Hz频带内均低于NLNM,表明地震计噪声性能良好,从而验证了软件的可行性与准确性。     

对齐误差对测试地震计自噪声的影响

本文在理论上研究了对齐误差对测试地震计自噪声的影响。指出对齐误差影响到2台仪器记录间的计算互功率谱密度, 进而影响到被测仪器记录间相干函数计算, 最终影响到被测仪器的自噪声计算。发现当存在对齐误差时, 在信噪比较高频段计算得到的自噪声水平比仪器的实际自噪声水平要高, 在一般的实际测试中可能高20 dB以上。为了消除对齐误差对自噪声测试的影响, 提出通过投影逆变换把观测记录变换到标准坐标系下, 再用变换后的观测记录来计算地震计自噪声。给出了基于以上思路和传感参数对比测试方法的地震计自噪声计算处理流程, 合成数据、 实际测试数据的处理检验计算结果表明, 本文方法可以有效克服地震计自噪声测试中对齐误差的影响。     

MI3000和GL-P2C地震烈度仪性能对比

在合肥地震台和安徽省地震局仪器检测室均架设MI 3000和GL-P2C地震烈度仪,分别进行同台址观测,对记录的背景噪声进行RMS值和噪声功率谱计算,对比分析2种烈度仪性能。研究结果显示:①自噪声水平:2种烈度仪水平向自噪声水平均约为垂直向的50%,且MI 3000地震烈度仪约为GL-P2C地震烈度仪的3倍;②频带范围:GL-P2C地震烈度仪比MI 3000地震烈度仪频带范围更宽,且在0.1—40 Hz范围内,比MI 3000地震烈度仪记录信号的噪声功率谱降低约10 dB。分析认为,相对于MI 3000地震烈度仪,GL-P2C地震烈度仪性能更佳。     

基于概率统计的甚宽频带地震计自噪声水平分析

使用连续1000hr的数据计算甚宽频带地震计自噪声,应用概率统计方法对计算结果进行分析,分别以单小时结果众值、单频点概率统计及分频带概率统计等3种表达方式对分析结果进行展示。通过比较分析,发现第1种方式便于异常结果溯源,但无法获取自噪声非均匀分布特征;第2种方式可以获取固定频点上自噪声水平非均匀分布的详细特征,但高概率值呈现条带分布,没有明显量级差异;第3种方式得到了对应于中心频点的且具有量级差异的高概率值,为地震计自噪声的数学数值建模提供了支持。在异常数据数量较少的情况下,异常结果在后2种方式中得不到体现。     

A five component land seismic sensor for measuring lateral gradients of the wavefield

We built a five-component (5C) land seismic sensor that measures both the three-component (3C) particle acceleration and two vertical gradients of the horizontal wavefield through a pair of 3C microelectromechanical accelerometers. The sensor is a small cylindrical device planted vertically just below the earth's surface. We show that seismic acquisition and processing 5C sensor data has the potential to replace conventional seismic acquisition with analogue geophone groups by single 5C sensors placed at the same station interval when combined with a suitable aliased ground roll attenuation algorithm. The 5C sensor, therefore, allows for sparser, more efficient, data acquisition. The accuracy of the 5C sensor wavefield gradients depends on the 3C accelerometers, their sensitivity, self-noise and their separation. These sensor component specifications are derived from various modelling studies. The design principles of the 5C sensor are validated using test data from purpose-built prototypes. The final prototype was constructed with a pair of 3C accelerometers separated by 20 cm and with a self-noise of 35 ng Hz^−1/2. Results from a two-dimensional seismic line show that the seismic image of 5C sensor data with ground roll attenuated using 5C sensor gradient data was comparable to simulated analogue group data as is the standard in the industry. This field example shows that up to three times aliased ground roll was attenuated. The 5C sensor also allows for correcting vertical component accelerometer data for sensor tilt. It is shown that a vertical component sensor that is misaligned with the vertical direction by 10° introduces an error in the seismic data of around –20 dB with respect to the seismic signal, which can be fully corrected. Advances in sensor specifications and processing algorithms are expected to lead to even more effective ground roll attenuation, enabling a reduction in the receiver density resulting in a smaller number of sensors that must be deployed and, therefore, improving the operational efficiency while maintaining image quality.