重力固体潮信号独立成分的谱相关解调与地震前兆信息提取

重力固体潮信号是一种多谐波的混合信号,为了提取其中所包含的地震前兆异常信息.本文结合重力固体潮的产生机制,建立了一种重力固体潮正交分解模型.在此基础上,利用独立分量分析算法实现重力固体潮信号的加性分解,然后针对独立分量中的调制关系,利用谱相关方法对其进行乘性解调.从而,完整地提取出了重力固体潮信号中丰富的潮汐谐波信息.进一步,引入理论计算值作为实际测量值的参考背景,在独立分量中凸显出原重力固体潮信号中的异常变化特征.通过对云南地区的实际震例研究表明,重力固体潮独立分量的异常特征与地震事件的时序存在密切的相关性.在地震发生前的1~5个月内,对应于重力固体潮信号长周期谐波系的独立分量在时域波形和循环相关谱方面均有明显的异常变化,而且普遍存在,充分反映了这一异常变化与地震前地壳内部能量的变化有关,很有可能就是重力固体潮信号中隐含的地震前兆信息.     

基于改进遗传算法的重力固体潮独立分量分析

重力固体潮信号中的潮汐谐波相互独立,所以,对重力固体潮的谐波分析,就需要提取出各个谐波中的独立成分.据此,在原有独立分量分析算法的基础上,与智能优化算法相结合,提出了一种新的独立分量分析法,基于遗传算法的独立分量分析.对经典遗传算法进行改进,给出了改进后遗传算法的基本原理,讨论了遗传算法独立分量分析的实现过程.同时,应用该方法对重力固体潮信号进行处理,有效地从重力固体潮信号中提取出三个独立分量:长周期波分量、日波分量和半日波分量,以及各成分的特征频率.该方法可行有效,为地球物理信号的分析提供了一个有效的处理方法.     

基于HHT提取重力固体潮的地震前兆信息

Hilbert-Huang Transformation(HHT)是一种新的非线性信号处理方法(Huang,1998).通过HHT对信号进行经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD),能有效地把各种频率成分以本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)形式从中分离出来.再对IMF序列进行Hilbert变换,可得到包含时间、频率、振幅的三维离散时频谱.它提供了非常清晰的局部细节时频特征,适合于描述具非线性非平稳性变化特征的信号.     

地震场景下重力固体潮信号互相关谱分析与异常信息提取

重力固体潮信号包括能量相对强的日波、半日波分量,和能量相对弱的长周期波分量.为了在能量差异大的谐波分量中,有效提取地震场景下的异常信息,本文根据重力固体潮信号的产生机理,提出了一种重力固体潮信号正交分解模型,将强弱不同的潮汐谐波分量,分解到不同的正交方向.同时利用一种新型智能优化算法,改进独立成分分析方法,有效分离出重力固体潮信号中对应于不同正交方向的独立成分.对独立成分分量的谱相关分析,可以揭示各谐波分量的调制关系,地震场景下的谐波分量间存在异常的调制信息.但自相关运算会使强的分量更强,而弱的分量更弱,湮没弱的异常调制信息.因此,本文采用独立成分间的互相关谱,可以更完整地提取出潮汐谐波的异常信息,在此基础上,通过对云南的地震实例分析,提取出重力固体潮信号中异常的调制信息,并引入了理论计算值做参考,凸出了实际重力固体潮信号中存在明显的异常信息,发现长周期谐波分量的误差率远远大于日波、半日波的误差率,说明相比于日波、半日波,长周期波能更好的反映重力固体潮信号存在的异常信息.     

基于分布估计算法对重力固体潮信号独立主成分分析及谐波提取

固体潮信号是地球自转在月球和太阳作用下产生的混合复杂信号.本文提出一个重力固体潮信号的正交分解模型,通过将重力固体潮信号谐波分量,分解在两个正交的方向上,以提取独立的谐波分量.为了实现这一分解,本文采用独立成分分析算法进行验证分析.独立成分分析主要用于提取信号中的独立成分,但一般的独立成分分析算法具有对初始值敏感,收敛较早熟等问题.本文利用分布估计算法的学习概率模型全局寻优,克服独立成分分析算法缺点.通过实验仿真分析,改进算法可将重力固体潮信号成功分离出以下独立的谐波状态:半日波信号、日波信号、长周期波信号.并且,这些分离出的独立成分与本文提出的重力固体潮信号正交分解模型一致,分别对应于模型中的正交谐波分量.     

基于HHT提取九江地震及宁蒗地震固体潮前兆信息

在地倾斜观测数据分析中引入HHT时频分析方法,结合固体潮特点和地震非平稳过程的特性,以相应理论计算值作为参照背景,研究观测值日波瞬时振幅的震前、震后变化。以九江地震、宁蒗地震为例分析,结果表明,日波瞬时振幅在震前存在相应变化,反映出地震非平稳过程对固体潮的影响。     

基于一种单纯形邻域与多角色进化策略算法的重力固体潮信号独立成分分析

在重力固体潮信号中,反映地球、太阳、月亮等天体相对运动的潮汐谐波是相互独立的.所以,在重力固体潮的谐波分析中,只有提取出谐波中的独立成分,才能与相应的天体潮汐谐波对应.据此,本文提出一个重力固体潮信号的分解模型.该模型描述地球自转产生的潮汐谐波与月球、太阳相对于地球轨道变化产生的潮汐谐波的正交分解关系.为了从信号处理的角度实现这一模型描述的正交分解关系,本文提出了一种基于单纯形邻域与多角色进化策略的智能优化算法的独立成分分析方法,对重力固体潮信号进行独立成分分析,有效地从重力固体潮信号中提取出三个独立分量:一个为反映月球、太阳相对于地球轨道变化产生的长周期波系分量,一个为反映地球自转产生的日波系分量,一个为反映地球自转产生的半日波系分量.最终,从这些分解出的独立分量中进一步提取出具体谐波成分.     

地下水位中地震前兆信息提取方法研究

地下水位观测值的影响因素包含降雨、气压、固体潮、地质构造作用等.为凸显地质构造作用对地下水位的影响,需要滤除降雨、固体潮、气压等因素的影响量.本文首先分离地下水位受固体潮、气压作用的影响量;然后依据降雨影响地下水位可以分为长期和短期变化的思路,利用基流分割方法对地下水位的两种变化进行分离,确定地下水位的降雨影响量;最后分析各分量异常与地震活动性关系,探查其中包含的地震前兆信息.本文的研究思路为地下水位观测值中地震前兆信息研究提供了一套可供尝试的系统技术方法.     

基于空间相关的地震前兆数据库的信息提取与数据更新方法

针对当前提取地震前兆数据易受到噪声干扰,且数据库中数据更新速度较慢的问题,提出基于空间相关的地震前兆数据库信息提取与数据更新方法。利用快速Myriad滤波器,引入滑动窗,选择窗口数据参与到计算中,将计算结果当作目前窗口滤波输出值,实现数据滤波,由此实现信息提取的去噪处理。依据初步滤波结果,将当前数据作为中心,并确定空间窗,在横向上进行相关数据统计。针对空间窗中各数据选取滑动时窗,并对其中的数据进行S变换,利用指数拟合的数据传输能力参数,获取缺失数据的填充修复参数。引入曲面加权函数对填充修复参数进行平滑,根据平滑之后的填充修复参数对S变换数据进行更新,实现空间相关下地震前兆数据库的数据更新。实验结果表明,所提方法的数据信噪比较高,数据更新时间较短。     

基于HHT提取昆明、下关重力固体潮的地震前兆信息

在重力固体潮地震前兆分析中引入HHT时频分析新方法.结合HHT的优越性、固体潮的特点和地震的非平稳过程特性,设计重力固体潮地震前兆分析的瞬时频率特征参数;以相应理论计算值作为参照背景,研究固体潮的震前变化特征.昆明、下关的震例分析表明, 的确存在瞬时频率特征参数的震前变化,且具短期、同步正异常特征;瞬时频率特征参数具有明确的物理意义,其震前变化反映了地震非平稳过程对理论重力固体潮的影响.     

基于遗传算法的小波神经网络在地震形变前兆分析中的应用

利用遗传算法来优化小波神经网络,达到提高逼近精度,简化网络结构,并利用优化后的小波神经网络训练地震前兆形变资料,运用MATLAB对拟合和预测过程进行仿真。结果表明,该方法对地震预测有参考作用。     

易县台BBVS-120地震计记录重力固体潮能力分析

以河北省易县台BBVS-120甚宽频带地震计为研究对象,验证其垂直向地震记录波形中包含的长周期成分为重力固体潮,并运用小波变换方法提取地震记录中的固体潮信息;同时,通过对提取的固体潮信息进行Venedikov调和分析证明,易县地震台BBVS-120甚宽频带地震计可以记录重力固体潮信息。     

Synthesis前兆群体异常信息提取与地震短期预测研究

建立了Synthesis法前兆群体异常信息提取的数学模型。选取滇东地区1995－2000年9月间常用的20项前兆资料，研究中强地震前后Synthesis法前兆群体异常的变化特征。研究结果表明，在研究时段内，Synthesis法前兆群体异常占时率为0.158，为小概率事件。地震对应率为5／6＝0．83，虚报率为1／6＝0．17，地震均是在异常结束后3个月之内发生，是对应概率很高的短期预报指标。成组异常出现均有成组地震对应，群体前兆“组异常”特征显著。处于计算前兆观测点中心的澄江地震前，异常幅度突出，预示了Synthesis值计算有利于提取近源短期异常。实际检验了Synthesis法在地震短期预报中的预报意义，获得了满意的效果。     

用小波分析提取重力固体潮

地球固体潮观测对验证各种地球模型、研究地球内部构造具有重要意义,可为地震预报提供重要的参考依据.BBVS-120甚宽带地震计具有较低的自噪声水平,在低频端输出信号的频率很低,涵盖固体潮信息频带范围.本文提出:BBVS-120地震计输出信号中存在周日波、半日波和1/3日波的固体潮信号,利用小波分析,提取垂直分量中的重力固体潮信号,并作调和分析.     

潍坊重力固体潮观测结果分析

潍坊台位于北纬36.76°,东经119.15°,海拔22米,距莱州湾五十公里。仪器置于半地下室没有隔震槽的水泥墩上。湿度小于80％。双层控温精度小于0.02度。1979年于北京高崖口国家重力基线场进行了仪器标定,格值为0.10239毫伽/格。标定误差为96.75×10~(-4)毫伽。记录格值4.63微伽/毫米,标定周期约三周。用放大30倍的读数显微镜从感光胶片上读数。照相记录滚筒速度1.3厘米/小时。时间服务系统用石英钟,其     

固体潮畸变与地震

岫岩深井地处辽东半岛中部大洋河断裂与苏子沟、向荣断裂的交汇处。井深250米,含水层厚度67米(183—250米)。属元古代花岗岩裂隙承压水。该井于1975年10月开始观测,从1977年8月起用“红旗-1”型水位自记仪观测至今。 由于地球固体潮汐作用,深井水位具有同固体潮相同的变化特征(图1a)。图1a为水位     

固体潮地震预测与固体潮地球动力学研究的分析比较

固体潮研究是研究地震成因、地震前兆与地震预测的重要内容.在开展固体潮地震预测研究之前,固体潮主要用于地球动力学研究.然而固体潮地震预测研究与固体潮地球动力学研究的目标截然不同.地球动力学从大的时间尺度和地球整体运动(包括地球内部及表面的构造运动)来探讨其动力演化过程,进而寻求其驱动机制.固体潮地震预测研究则是研究小时间尺度、区域性地壳构造运动中与地震有关的固体潮异常现象.二者相差甚远.在现行地震预测体系中,固体潮研究也远不能与测震学研究的重要性相比.为什么会出现这种情况?固体潮地震预测研究有什么特点?这些问题的讨论,有助于帮助我们强化地震预测的目标和概念、改进固体潮地震监测技术系统、探索新的数字信号处理方法.