基于EEMD分解的气压改正方法研究

利用超导重力仪观测数据精确测定低于1 mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率,是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法.但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源,且具有频率依赖特性,因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段.本文基于EEMD方法,提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法.该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数,并在相应频段上分别进行重力-气压变化的回归分析,计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值,精细地消除气压变化对重力观测的影响,并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析.基于本文提出的气压改正方法,利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1.5 mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象.研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比,估计的本征频率误差水平明显降低,获得的基频球型振荡₀S₂和₀S₃以及一阶球型振荡₁S₂的分裂谱峰的估计精度更高,同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象.对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性,同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势.     

由地球极慢自由振荡相位得到的2004年亚齐-苏门答腊地震的破裂长度和持续时间

亚齐-苏门答腊2004年地震很强地激发了地球自由振荡。完全分裂的振幅提供了地震震源的有用信息。特别是分裂的单峰相位约束了持续时间、破裂长度和平均破裂速度。为约束震源的时空有限性,我们分析了地球的某些极慢自由振荡(0S2,0S3,0S0和1S0)的初始相位。我们使用了几个世界范围的地球物理台网的宽频带地震仪垂直记录和超导重力仪数据。估计的该地震的破裂长度约为1220km,震源持续时间约为500s,平均破裂速度为2·4km/s。     

使用地球低频的自由振荡约束2004年苏门答腊和2005年尼亚斯地震总体的运动学

巨大的2004年亚齐?苏门答腊地震是自1960年智利特大地震和1964年阿拉斯加特大地震以来记录的最大地震。地球自由振荡得到很强的激发,并被大量台站记录到,其信噪比极好,即便低频的振型也如此。这些特殊振型非常有意义,因为这些分隔良好的分裂自由振荡的相位携带了有关大地震(Mw>8)震源的运动学信息,尤其是有关长度、持续时间和平均破裂速度的信息。使用单峰剥离技术,我们研究了几个宽带永久台站[地球透镜、地震学联合研究协会(IRIS)和全球地球动力学计划(GGP)]记录的一些地球最低频自由振荡(0S2、0S3、0S4、1S2、0S0和1S0),以恢复各个单峰参数:相位、频率和品质因子。我们使用这些参数约束了2004年12月26日苏门答腊地震和2005年3月28日尼亚斯地震的震源时空展布。我们主要使用地震仪和超导重力仪的垂直分量数据,因为这些数据的噪声比水平地震数据低,但我们还需指出,对2004年地震也可使用水平分量(1S2)。根据本文给出的初始相位测量结果,我们得到2004年地震断层长度约为1250km,持续时间约为550s。对于2005年地震,我们测定所倾向的模型是,南段约40s之后破裂,但破裂的双向性质及其空间尺...     

溧阳地震台gPhone连续重力仪观测数据处理与分析

选取溧阳重力连续观测台站gPhone连续重力仪2011年1月1日至2018年7月31日整点值观测数据进行预处理,对于连续性较好的2017年重力观测数据,分析其固体潮汐变化M_2波潮汐因子及非潮汐变化的残差曲线特征,并以Δ3 500 km、M_S 5.0地震事件为例,检验gPhone重力仪的地震记录能力。分析认为,溧阳台gPhone重力仪观测数据日趋稳定,潮汐信号可靠,非潮汐变化的残差曲线对地震有一定程度的反应,可记录到一定范围内MS≥5.0地震的同震信号,信号记录特征与震中距及震级相关。     

利用小波方法处理2004年苏门答腊大地震后的超导重力数据检测低于1.5 mHz自由振荡信号的耦合和分裂

新型超导重力仪已被证实在频率低于1 mHz的情况下优于最好的地震仪STS-1, 因而新型超导重力仪可作为极低噪音的地震仪, 观测长周期地球自由振荡. 具有良好窄带频率响应的小波滤波器非常有助于消除大气压波动对重力变化的影响. 用小波滤波器处理2004年12月26日苏门答腊大地震后的超导重力仪的观测数据, 清楚地检测到了1.5 mHz以下, 除₀T₅, ₀T₇, ₁T₁外所有的环形自由振荡的耦合现象, 并检测到了环形自由振荡₁T₂, ₁T₃的耦合现象. 此外, 还利用单台超导重力仪的观测数据清楚地检测到了球形自由振荡₂S₁的3个分裂谱峰.     

中国数字地震台网记录的苏门答腊-安达曼地震激发的地球球型自由振荡的检测

利用中国数字地震台网 （CDSN）改造后的7个台站的VHZ波形资料， 提取了2004年12月26日苏门答腊-安达曼地震激发的0S2~0S54地球球型自由振荡，并与地球初步参考模型(PREM)的理论自由振荡频率进行了对比，发现与PREM模型预测的球型自由振荡周期符合得很好. 观测的该地震激发的0S2，0S3，0S4， 2S1和1S2振型自由振荡有明显的频谱分裂现象. 特别是2S1振型，是继Rosat等之后的第二次报道不叠加的情况下观测到的这种振型. 根据该地震的总体震源机制，试算了不同的地震矩，模拟了该地震0S2振型在CDSN 7个台上的自由振荡振幅， 并与记录资料进行了比较，得到该地震的地震矩可达1023Nmiddot;m；本文发现地球自由振荡记录包含了大量震源机制和地震位置的信息， 可用于地震震源破裂参数的精细研究.       

琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计记录的热带气旋信号特征分析

收集了琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计在"威马逊""海鸥""莎莉嘉"等3个热带气旋影响期间的观测数据,通过计算获得速度和加速度.比较了热带气旋接近和远离琼中地震台时,重力仪、地震计记录的波形特征,并通过频谱、时频对比,分析重力仪和地震计数据受热带气旋影响的程度.结果表明,在热带气旋影响期间,2台仪器记录数据...     

利用VP型垂直摆倾斜仪观测数据检测2011日本M_w9.0级地震激发的低频地球自由振荡

甚长周期VP型垂直摆倾斜仪对某些地球物理信号有特殊的敏感性,除了在观测小地震、慢地震等方面有优势之外,还可有效应用于低频地球自由振荡信号的探测.利用安置在武汉大学珞珈山的我国自行研制的VP型垂直摆倾斜仪在2011日本Mw9.0级大地震之后不同长度的观测数据,联合EEMD方法、自回归估计(AR)方法和bootstrap法,本文不仅检测到该地震激发的频率小于4.7 mHz的零阶球型振荡(0S2至0S38)和环型振荡(0T4至0T35)几乎所有振型以及15个谐频振型,还检测到5个其频率低于1mHz的低阶球型多线态(0S2、2S1、0S3、0S4和1S2)的部分或全部谱峰分裂现象,并给出了所有检测结果的精度评估.此外,本文分析了某些球型和环型振荡之间的耦合效应,结果表明耦合效应将显著影响地球自由振荡信号的相关参数.     

琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计记录的热带气旋信号特征分析

收集了琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计在“威马逊”“海鸥”“莎莉嘉”等3个热带气旋影响期间的观测数据,通过计算获得速度和加速度。比较了热带气旋接近和远离琼中地震台时,重力仪、地震计记录的波形特征,并通过频谱、时频对比,分析重力仪和地震计数据受热带气旋影响的程度。结果表明,在热带气旋影响期间,2台仪器记录数据的速度与加速度具有较好的一致性,均有明显扰动,波形形态基本一致。但PET重力仪的最大扰动幅度均小于CTS-1EF地震计,热带气旋的信号主频段为0.15—0.25 Hz。     

汶川8.0级地震前高碑店和宁晋台超低频电磁辐射异常特征分析

2008年5月12日四川省汶川县发生8.0级强烈地震.地震发生前后的几个月,河北省高碑店和宁晋超低频地震电磁观测台记录到高值电磁辐射异常信息,本文对两台记录的异常信息特征进行了分析.     

强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

分析了2001年昆仑山口西M_S8.1地震和2004年印尼M_S8.9地震前后部分重力观测的变化, 对这些采样间隔在1分钟以下的重力数据进行了高通滤波和频谱分析。 结果表明, 在昆仑山口西M_S8.1地震前, 乌鲁木齐和库尔勒观测台在二个时段分别同步出现了异常变化。 一次是在2001年11月3~5日, 另一次在2001年11月11~13日; 这二次异常都表现为颤动信号的出现, 而且后一次的强度要大于前一次; 颤动信号的周期主要集中在几十分钟。 印尼M_S8.9地震前, 这二个台也记录到类似的异常信息, 但颤动的幅度很小; 同时武汉观测台的超导重力仪也记录到了颤动信号, 该信号一直持续到地震的发生。 这些信息对于识别、 认识慢地震, 进而探索与强地震发生之间的关系具有重要意义。     

论1993年关岛地震所报道的地磁前兆

Hayakawa等（1996）和Miyahara等（1999）利用距离震中67km处的磁力仪记录的1s间隔采样数据,通过极化分析（地磁场垂直分量与水平分量的比值）认定了1993年关岛Mw7．7级地震的前兆性超低频磁异常变化。为了检验他们的结果,我们将他们的数据（GAM）与取自日本柿冈观测台（KAK）的1s间隔数据以及全球地磁活动指数Kp进行了比较,并查看了由美国地质调查局在关岛地磁台的工作人员保存的目志记录。我们有以下发现：（1）Hayakawa等和Miyahara等的数据分析过程都存在问题;（2）GAM地磁台数据、KAK观测台数据和Kp数据之间显著相关;（3）这次地震之前不存在可识别的局部异常信号。我们在极化分析中发现的所谓异常变化只是正常的全球地磁活动的一部分,与这次地震并不相关。     

新疆乌恰6.8级地震的场地响应分析

利用2008年10月5日新疆乌恰6.8级地震时新疆强震动观测台记录的S波资料和脉动观测资料,采用Nakamura方法计算了这些强震观测台的场地响应.结果表明:(1)地震记录前10 s的脉动场地响应明显大于测试脉动和地震记录S波的场地响应,是测试脉动和记录S波场地响应的3倍,而测试脉动场地响应和S波记录场地响应基本相符....     

华北中北部地区震源参数和场地响应的联合反演

利用遗传算法反演华北中北部地区27个地震震源谱的低频水平、拐角频率和25个台站的场地响应。具体方法是利用研究区的平均衰减模型对记录谱进行路径校正，然后假定每一个地震的ω^2模型，调整低频水平和拐角频率使所有台站场地响应的标准偏差最小，最后给出参与计算的每个台站的场地响应。结果表明，17个基岩台中11个台的场地响应在1～20Hz范围内接近1，6个基岩台的场地响应部分频段放大或缩小3倍以上。8个井下摆台站的场地响应形态相同，表现为低频放大，高频部分迅速衰减。地震矩与震级的关系为logM0=17．1 1．13ML，地震矩与震源半径的关系为logM0=19．4 0．0052r。     

北京市防震减灾中心结构地震反应观测及振动特性识别

以北京市防震减灾中心结构为例,进行了结构的地震反应观测及振动特性识别研究。基于半功率带宽法对结构脉动测试数据进行了分析,计算出了结构自振周期和振型以及相应的阻尼比。各振型都具有较大幅值的楼层分别位于3、6和8层,据此设计并建成了结构地震反应观测台阵。分析台阵地震记录识别出了结构的自振特性,同时功率谱曲线显示,井下数据存在高频特性,初步判定其来自钢套管振动。开展结构的数值模拟分析,利用观测楼层上地震记录的卓越频率不断修正结构数值模型,直至结构反应与地震记录的频率值相符,且与脉动测试数据基本一致,相对位移对比分析发现,在该模型基础上相对位移反应与相对位移记录基本吻合。结构地震反应观测和数值模拟分析较好地实现了结构地震反应观测台阵的观测目的。     

由5个国际超导重力仪台站资料检测到的秘鲁8.2级大地震所激发的球型自由振荡现象

综合分析了国际上5个超导重力仪台站所观测到的6组资料, 利用资料迭积的傅氏分析和最大熵谱分析检测到地球自由振荡谱, 并准确获得了₀S₀ ~ ₀S₄₈的全部振型. 将检测结果与以前3组模型及3组观测结果进行比较, 观测到秘鲁地震与阿拉斯加地震激发的₀S₂振型周期的差异, 有可能反映了地球内核各向异性. 另外, 在分析₂S₂振型谱线分裂时, 发现自转方向和逆自转方向上的谱线分裂不对称因子之间存在较大差异.     

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。      

利用超导重力数据检测日本Mw9.0地震的低频自由振荡及谱线分裂

准确估计低频自由振荡及谱线分裂是约束地球内部结构和改进地球模型的重要手段.本文利用四个不同台站的超导重力观测数据系统研究了日本M_w9.0大地震激发的低于1.5 mHz自由振荡及谱线分裂.研究结果表明:(1)选取适当的数据长度,超导重力观测数据可以检测出低于1.5 mHz除₁S₁以外的所有自由振荡;(2)除₀S₂、₀S₃、₀S₀、₂S₁、₃S₁、₁S₂和₀T₂外,重点探测出₃S₂、₀S₄和₁S₄谱线分裂的所有谱峰;(3)与PREM模型理论频率相比,₀S₀观测频率平均向右偏移0.354×10^-3mHz,说明PREM理论模型中地幔底部参数与真实地球可能存在微小偏差;(4)₃S₂的谱线分裂率r为1.485267,比PREM理论谱线分裂宽度约宽50%,表明PREM中地球内核中部介质参数可能存在一定误差,需要进一步改善.另外,quasi-₀T₂的r为1.254206,比PREM理论谱线分裂宽度约宽25%.     

乌鲁木齐及附近地区剪切波分裂特征研究

利用S波分裂的方法，分析了2003年2月14日新疆石河子5．4级地震前后多台所记录的小地震的S波分裂特征，发现震源附近地区的S波分裂特征对中强震仍有一定的前兆意义．震中附近的3个地震台记录的S波偏振方向在5．4级地震前出现由原来与区域应力场一致的NE向转为NW向震后又转回NE向。5．4级地震前各台记录的慢波延迟时间总体表现出由小变大的特征．     

利用泉州地震台gPhone重力仪观测资料检测地球自由振荡

gPhone重力仪低频段良好的噪声水平有利于记录地球自由振荡信息。利用泉州基准地震台gPhone重力仪原始观测数据,分析直接检测2021年7月29日美国阿拉斯加州以南海域M_S 8.1地震激发的地球自由振荡信息的可能性,结果表明,基频振型₀S₄—₀S₆₀和多个谐频振型的实测频率值与地球初步参考模型（PREM）的理论值基本一致,可见利用该台gPhone重力仪可有效检测地球自由振荡信号。文中所得结果可用于地球内部结构研究,有助于做出更精细的地球模型。