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．     

地震和爆破时频域能量分布特征的对比分析

运用小波分析方法计算和分析了CDSN乌鲁木齐台记录的天然地震和人工爆破在时频域的能量分布特征,分析结果表明,在震中距大致相同的范围内,同一台站记录的不同当量的人工爆破具有相似的时频变化规律,而天然地震能量分布却存在较大差别。天然地震与人工爆破的时频域能量分布谱图存在比较明显的差异。     

近地震波的小波相对能量分布特征分析

地震波具有非平稳信号特征,能量分布在一个有限带宽范围内.本文根据小波变换的时频特性和分层分解关系,得到了近地震(震中距小于300 km)峰值能量的频率主要集中在3～6 Hz频段这一初步结果.统计分析结果证明了这种方法对于近地震波分析的有效性和可靠性,同时也表明基于小波变换的地震相对能量分布特征可以更准确的给出地震信号的细节.结果对于地震震源及地震波传播规律的研究以及工程抗震设计具有一定的参考意义.     

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。     

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。     

爆破、塌陷识别研究进展综述

简要介绍当前国内外关于天然地震与爆破、塌陷等非天然地震特征研究及事件类型识别的进展。对各类事件的定义及主要波形特征进行简要综述,重点介绍了事件类型判定的各类识别方法。与自然界天然地震不同,非天然地震由人工干预或人类活动间接引发。爆破是炸药在爆炸瞬间能量迅速释放,部分能量以地震波形式向外传播,引起地表振动而产生破坏效应的一种地震;塌陷是由于岩层崩塌陷落而形成的地震。虽然在地震台网记录到的天然地震与爆破、塌陷的波形存在一定的共性特征,但由于震源类型、波的传播路径、震源深度等不同,各类事件的波形记录在P波初动、P波与S波最大振幅比、持续时间、震相、短周期面波发育情况、发震时刻、空间位置分布以及频谱特征等方面差异明显。目前主要有两类方法来识别地震与爆破、塌陷等非天然事件。一类为直接基于波形在信号、数据方面的特征,通过定性分析来进行事件类型判定,如波形时频分析对比法、小波变换、相关系数等;另一类为统计学领域诸如模式识别等算法,利用统计算法综合考虑多个事件特征判据的定量判定阀值来实现地震与爆破、塌陷事件类型的识别,如最小距离法、改进的连续亨明方法、Fisher方法、逐步代价最小决策法、支持向量机、前馈神经网络等。两类方法本质上均为提取有效特征判据,即对数据进行降维使用,未将事件记录的全部信息用于事件判定。因此,有必要使用一种可从全部事件记录中自动提取各类信息并可组合底层特征的算法来对各类事件进行判断识别。     

基于能量比的天然地震与人工爆破自动识别算法研究

研究了从天然地震和人工爆破事件的波形记录中提取出来的能量比特征在天然地震和人工爆破事件的自动识别中的有效性及适用性。对波形记录进行了4层小波变换,然后对变换得到的小波系数提取能量比特征,最后利用支持向量分类机ν-SVC进行识别效果检验。实验证明,由bior2.2小波包分解后提取出来的能量比特征对天然地震和人工爆破事件的识别效果很好,可用于实际的自动识别系统作为识别判据之一。     

区域矿震与地震的定量识别方法及其应用

选取Morlet小波作为基函数，提出了一种定量识别矿震和地震的时频能量衰减因子(α)的方法，研究了辽宁省抚顺和北镇台记录的矿震和地震的α值变化特征及其随震级的变化特点，得到了不同类型波的α值对震级的依赖关系。研究结果表明：(1)一般情况下，同等震级水平的矿震与地震的α值具有明显差异，其变化范围相互不存在重叠现象；(2)随震级增高，α值呈现下降特点且矿震α值随震级增高而下降的速率比地震大；(3)根据事件震级并结合α值与震级的统计关系，我们可以对已发生的事件类型作出正确判断；(4)区域矿震和地震破裂机制的差异是使α值具有明显差异的主要原因；(5)同一地区的矿震或地震的α值具有稳定的变化规律，不同地区的α值变化规律有差异性。这对天然地震事件的快速定位和识别及基于固定台站研究强震前地震的α值的异常变化具有启发意义。     

谱分解在含气检测中的应用

由于含气砂岩的非均质性,地震波在经过含气砂岩时高频能量衰减强,低频能量衰减弱.从而在储层的下方可能出现低频强振幅的阴影区.因此,可用时频分析直接对储层的含气性进行检测.时频连续小波变换是对连续小波变换方法的改进.变换的结果是时频域,不需要尺度-频率的转换;且时频分辨率高.本文将它用于储层含气性检测.     

天然地震与人工爆破的波形小波特征研究

研究了如何从天然地震和人工爆破事件的波形记录中提取出有效、适用的波形特征,以用于对爆破事件的识别.首先对波形记录进行了4层小波包变换;然后对变换得到的最后一层小波包系数提取3种波形特征:能量比特征、香农熵特征及对数能量熵特征;最后利用v-SVC支持向量分类机对这3种特征的分类能力进行了外推检验.通过选用不同地区、不同台站、不同震级的天然地震与人工爆破的波形记录,力求提取的特征量能尽可能地反映天然地震与人工爆破波形的本质区别,尽量弱化震中距、震级等因素对识别效果的影响.结果表明,上述3种特征中以香农熵特征的识别效果最好,能反映天然地震与人工爆破的本质区别,可作为识别天然地震与人工爆破的一个有效判据.     

The Time-Frequency Energy Attenuation Factor and Its Application on the Basis of Gauss Linear Frequency-Modulated Continuous Wavelet Transform

Based on the Gauss linear frequency-modulated wavelet transform, a new characteristic index is presented, namely time-frequency energy attenuation factor which can reflect the difference features of waveform in earthquake focus mechanism, wave traveling path and its attenuation characteristics in focal area or near field. In order to test its validity, we select the natural earthquakes and explosion or collapse events whose focus mechanisms vary obviously, and some natural earthquakes located at the same site or in a very small area. The study indicates that the time-frequency energy attenuation factors of the natural earthquakes are obviously different with that of explosion or collapse events, and the change of the time-frequency energy attenuation factors is relatively stable for the earthquakes under the normal seismicity background. Using the above-mentioned method, it is expected to offer a useful criterion for strong earthquake prediction by continuous earthquake observation.     

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．      

基于小波包分形和神经网络的地震与岩溶塌陷识别

本文以近年来广西地震台网中心记录的天然地震和岩溶塌陷为例,尝试利用基于小波包的分形和径向基函数神经网络技术对这两类事件的波形进行识别,以期有效地识别地震与岩溶塌陷。结果表明,基于小波包分形与神经网络相结合的事件识别方法对天然地震和岩溶塌陷事件的识别率高达89.5%,可作为识别天然地震与岩溶塌陷的一个有效方法。      

基于广义S变换的地震与爆炸识别

为了进一步增强区域台网针对天然地震与人工爆炸事件的识别能力,本文利用广义S变换方法,围绕河北省三河采石场爆破以及周边发生的天然地震波形记录展开研究,总结了地震与爆炸在时频谱中的差异性。研究表明,受震源机制影响,天然地震时频谱图的频带范围更宽广,能量团分布也较人工爆炸更为复杂。为了消除震中距的影响,本文将求解的时频谱保存为规格相等的灰度图像,通过滑动窗口计算图像的灰度一致性得到新的识别判据?谱图二阶矩。对三河地区已知地震和爆炸事件的测试表明,谱图二阶矩对单台波形记录的识别率可达91%,多台求取平均值之后的识别率超过98%,因此该判据具有良好的应用前景。      

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。     

暴雨触发局部地震活动的一个典型例子:2010年6月广西凌云—凤山交界3级震群活动

在前期严重干旱的背景下,2010年6月27～30日广西西北部出现大暴雨过程,大范围积水成涝.降雨量最大的凌云、凤山交界于6月28日17时开始出现密集的微震活动,形成显著的震群事件.自6月28日至7月15日共记录地震2739次,其中2～2.9级(ML,下同)41次,3级以上地震3次,最大为7月1日10时27分3.2级地震...     

地震时空影响域、复发间隔和有效孕震时间

研究表明,地城的时空影响域（影响范围）在t（时间）－r（距离）坐标上具有双曲线型的边界曲线,t=0时的最大影响半径为r0,r=0时的最大影响时间（即原地复发间隔)为t0。根据我国华北,西北,青藏和西南地区后继地震相对于无发地震的时,距分布状况,经优化拟合和统计分析,确定了地震时空影响域的优化边界曲线及90％置信度边界曲线。以三维（时间－距离－震级）的“地震时空影响域”概念取代一维（时间）或二维（时间－震级）的“复发间隔”概念,为认识地震活动涨落起伏的实质,估计潜在震源的有效震孕震时间和改进地城的中长期预测提供了新的思路。     

云南地区强震的短临中强前震序列特征初探

对1965￣2003年云南地区强震前3个月内发生过的短临中强前震进行整理,将其按距离主震发生时间分为直接前震、临震前震与短期前震三类,然后通过地震序列动态分析地震活动,发现各类前震有以下显著特征:(1)直接前震:3、4级地震时间间隔临震时骤减;将地震序列从时间上分成三等分后,第二时段的地震频次没有明显衰减。(2)临震前震:震后第一天地震的频次较高而第二天相对过低,同时同一台站P波初动符号基本上一致或振幅比稳定在某一范围。(3)短期前震:震后10天前震频度衰减至零;20-30天左右地震频度骤增,同时h、p值也反应出类似的特征,30天h值迅速减小接近1或小于1,而b值基本稳定且均低于区域背景值。     

紫坪铺水库库区介质衰减、台站响应和震源参数研究

利用紫坪铺水库数字地震台网和成都区域数字台网中的油榨坪台2004年8月到2008年5月12日汶川大地震前的紫坪铺库区2级以上地震波形资料,采用Atkinson方法计算了紫坪铺水库库区地震波非弹性衰减系数、几何扩散系数和介质品质因子;利用Moya等提出的方法计算了台站场地响应;对震源谱的低频水平和拐角频率进行了联合反演,并计算了紫坪铺库区287次1.6级以上地震的震源波谱参数,同时讨论了它们之间的关系。结果表明:紫坪铺库区Q值与频率的关系为Q(f)=47.8×f0.91;场地响应均表现为与频率相关;紫坪铺库区小震地震矩、震级与震源谱拐角频率的依赖关系不明确,这可能与水库诱发地震有关