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。     

河南平顶山平煤矿区天然地震、爆破、塌陷时频特征分析

选取2019年3月—8月河南平顶山市宝丰县平煤矿区发生的ML 2.0—2.9天然地震、爆破、塌陷等9次震动事件,在区域地质构造背景和波形特征分析基础上,采用短时傅里叶变换(STFT)方法开展时频波谱分析,提取不同类型事件的时频特征。结果显示:(1)天然地震频率成分丰富,且高、低频分布均匀,P波在约3 Hz和8 Hz处存在2个峰值,S波存在多个峰值;(2)爆破事件的时频谱相对集中,以低频为主,P波频率峰值约5Hz,信号主频随时间变化,大致呈线性降低至1—2 Hz;(3)塌陷事件频率成分以4 Hz以下的低频为主,P波无明显峰值且频率成分单一,主频出现在2 Hz左右的面波。本文结果可为今后该矿区震动事件类型判断提供参考依据。     

爆破与地震的波谱特征分析

利用振幅分布、周期比以及频谱分析3种方法对爆破事件和天然地震进行特征提取.结果表明,地震平均最小振幅分布概率为69.85%,而爆破事件平均最小振幅分布概率为35.21%;天然地震周期比均值为1.431 1,爆破事件周期比均值为0.848 2;地震频谱优势频率集中在1～8 Hz,爆破频谱无明显优势分布.     

2009年6月5日重庆武隆鸡尾山滑坡地震波形分析

2009年6月5日下午15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生一次特大型岩质滑坡,能量相当于ML 2.7地震,与该市辖区内构造地震、爆破、岩溶塌陷等波形进行对比,得到不同类型地震事件的波形特征和频谱特征,此次滑坡波形特点为:波形初动不清晰,在滑坡过程中波形振幅变化不大;由于地表吸收,高频衰减快;0—4 Hz低频段近台波形丰富,优势频率为0.6 Hz。     

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。      

山西数字地震台网记录波形特征分析

整理山西测震台网记录到的波形资料,对天然地震、爆破和塌陷3类事件的记录波形进行对比分析,找出各类波形的特征,为今后快速、准确分析地震事件提供参考依据。     

用小波变换能量线性度方法识别天然地震与爆破或塌方

为了提取天然地震和爆破或塌方记录波形在震源深度、震源尺度、震源破裂机制、地震波传播途径、地震波衰减等方面的差异特征信息,本对山东数字化台网记录的天然地震和爆破或塌方波形进行了小波多分辨率的能量线性度特征分析,提出了用小波变换能量线性度方法识别天然地震与爆破或塌方事件．结果表明：在精细结构小波分解信号“能量”线性度方面,天然地震主要集中在-2．0～1．0之间,爆破或塌方主要集中在2．0～3．4之间;在精细结构小波分解信号“能量”最大值对应的小波分解尺度方面,爆破或塌方主要集中在4～5,频段集中在0．7～3．1Hz之间,而天然地震主要集中在1～2,频段集中在6．25～25Hz之间．     

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。     

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。     

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.      

内蒙古地区非天然地震的特征与识别

基于2014年以来内蒙古测震台网观测报告,对所记录的非天然地震事件进行统计分析。提出了区分天然地震与非天然地震的一般方法。从地震事件的三要素、波形、频谱等方面对比分析内蒙古地区非天然地震与天然地震间的差异发现,内蒙古地区非天然地震具有发震时刻与发震位置较固定与集中、震级M_L<3.5、面波较发育、能量衰减较快、优势频率主要集中在1—6 Hz等特征。并通过对比内蒙古不同地区典型震例,进一步总结出内蒙古地区非天然地震的地方性特征。研究结果有利于提高内蒙古地区非天然地震的识别能力,可为今后开展该区非天然地震自动识别研究提供基础资料。     

云南宾川大容量气枪震源波形频谱特征分析

2011年云南省地震局、中国地震局地球物理研究所在云南省宾川县大银甸水库开展了大容量气枪激发实验。为了深入研究气枪震源激发波形的特征,本文对不同距离台站记录的波形进行了频谱分析,对气枪激发震源的能量进行了计算,并将彩凤台气枪信号的波形、频谱特征与天然地震进行了对比分析。结果表明,1次激发相当于M_L0.7的天然地震。对相近震级天然地震波形的频谱与气枪激发波形的频谱进行对比后发现,气枪震源激发波形频率小于15Hz,主频多数集中在2~5Hz;气枪震源激发的地震波中低频信号较相当震级的天然地震明显;1次激发释放的能量为8.90×10~6J,相当于2.4kg硝铵炸药的当量。     

地震和爆破事件源波形信号的卷积神经网络分类研究

本文首先从震源波形中提取梅尔频率倒谱系数(MFCC)图,然后采用卷积神经网络(CNN)进行地震波形信号的震源类型—天然地震和爆破事件—分类识别.事件为首都圈及其附近的72个天然地震和101个人工爆破事件,用于提取梅尔频率倒谱系数图的波形信号为各观测台站波形3分量中的垂直分量波形.在各个事件的所有观测台站的垂直分量波形中,通过滑动窗口按同一准则去除被噪声淹没的部分台站波形,只选择留下未被噪声淹没的台站波形.每一个事件有107个观测台站,故有107份垂直分量波形,而不同事件被留下未被噪声淹没的波形则有几份至几十份不等.然后提取被留下未被噪声淹没的波形的梅尔频率倒谱系数图,以梅尔频率倒谱系数图作为CNN的输入,CNN的输出则为波形的震源类型(天然地震事件或爆破事件).若以单份波形为识别单元,采用五折交叉验证法进行测试,得到的平均准确率为95.78%.使用训练集中单份波形为识别单元,提取梅尔频率倒谱系数图,采用CNN训练出了天然地震事件与爆破事件波形分类器,一个事件在测试集中的多份波形信号通常不会都被正确识别,很可能有些波形被识别为天然地震事件,另一些波形被识别为爆破事件;这时,若识别单元改为事件,一个事件各台站的有效垂直分量波形中,超过一半的波形被识别为某一事件类型,则这个事件被归类为该事件类型,得到的正确识别率为97.1%.实验结果表明:卷积神经网络在天然地震事件与爆破事件的识别方面表现出色.这说明MFCC与卷积神经网络可以用于识别天然地震和爆破事件,尤其是深度学习更值得在地震信号处理方面做进一步的研究.     

太原基准地震台核爆震相识别

对太原基准地震台记录的核爆及天然地震波形进行对比分析,结果显示：①与天然地震相比,核爆震相特征相对独特;②地震优势频率较窄,而核爆优势频率则较宽,即对于震中距相近、当量不同的核爆波形,太原台记录的时频变化特征相似;③对于震中距相近的天然地震与核爆波形,太原台记录的时频特征差异明显。     

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。     

双差法在江苏及邻域地震事件重新定位中的应用

通过双差定位法,对江苏及邻域1990—2012年地震事件进行重新定位,其中包括部分人工爆破和塌陷事件。结果显示,重新定位后的爆破和塌陷事件震源深度均有明显改善;地震在空间分布上更加集中,部分地震有向构造带趋近的变化,较多地震呈丛集状出现,震源深度主要集中在5—25km范围内。     

3?21响水爆炸的地震学分析及谱比法研究

使用P/S谱比法重点对响水爆炸中信噪比较高的几个台站记录进行了处理分析。选取2013年1月19日发生在距其7 km左右的一次天然地震事件作为对比。得出频率在2—15 Hz范围内,90%以上的台站,爆炸P/S谱比大于1,天然地震这一值小于1,而在4—15 Hz范围内,这一结果达到了100%。为了进一步验证此方法判断爆炸与天然地震的可行性,本文又对2015年天津港爆炸事件进行计算,得到了相同的结果。此研究为使用P/S谱比法验证低震级爆炸提供案例。本文在研究的同时,对响水爆炸事件进行了波形特征及频谱特征分析。得出此事件地震记录的震相较单一,与普通的爆破记录较相似,并没有出现像2015年天津港爆炸中那样低速的空气声波与地面耦合的Rayleigh波。得到此事件有两个主频率,分别为0.2—1 Hz和4—10 Hz。      

2016年7月19日湖南涟源ML3.8事件类型判定

通过地震波形及频谱特征与震源机制解结果,对湖南涟源M_L 3.8事件类型进行分析判断,结果显示：本次事件波形与天然地震特征相似;频带分布较宽,集中在0—10 Hz,具有天然地震的频谱特征;主破裂面走向与地震烈度等震线长轴方向及附近断裂走向大体一致。此次事件处于华南地区新增粤闽赣湘NW向地震条带内边缘,故判定为天然地震。事件类型的正确判定,对湖南乃至华南地区的地震研究及地震活动趋势判断具有重要意义。     

江苏数字地震台网中心记录波形分析

对江苏数字地震台网的波形资料,从震相、频谱、振幅比3个方面进行对比分析,找出天然地震、人工爆破、塌陷的不同之处,能够在地震定位过程中快速识别,并将此方法在江苏地震台网实际工作中应用。