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。     

山东沿海地区地震海啸研究

地震海啸是一种极其严重的地震次生灾害。山东是世界上最早记录地震海啸的地区。收集整理了山东沿海地区记载的7次地震海啸史料,对每次地震海啸进行了信度评级,认为仅有一次可能是海啸。根据山东沿海地区历史地震海啸、地震类型、沿海地理环境、现代地震海啸记录资料等分析,表明山东沿海未来遭受破坏性地震海啸的可能性较小。     

南极验潮站对全球地震海啸的响应

现有对南极潮汐的研究主要聚焦在海平面变化、高程转换和常规调和分析,针对南极验潮站的潮位异常分析还很少见.本文聚焦南极验潮站数据中的异常潮位记录,提取到达南极的全球地震海啸事件,并分析南极不同验潮站对全球地震海啸的响应能力.本文首先利用潮汐调和分析去除验潮数据中的趋势项,分析余水位中较大幅度的潮位异常信号,然后通过对比不同方法,选取2.5倍标准差作为阈值提取到达南极的全球地震海啸事件.得出潮位异常信息点后,本文对比了各个验潮站点对地震海啸事件响应的敏感性与地理位置的关系,发现东南极威尔克斯地和南极半岛及其附近岛屿的验潮站更能响应全球地震海啸事件,长城站等8个站点适合开展全球地震海啸事件的响应和记录研究.     

马尼拉地震带海啸对广东沿海影响的数值研究——潮汐与海啸的非线性作用的影响

基于COMCOT数值模型,建立了天文潮与海啸耦合数学模型,对日本"311"海啸进行了模拟验证。针对马尼拉地震带海啸,通过设计海啸震源的计算,分析广东省沿海海啸风险,从数值上得出了海啸引发的最大增水值以及海啸到达广东省沿岸的时间。     

利用海啸数值模拟结果进行海底地震有限断层模型验证

基于地震有限断层模型进行海啸的数值模拟通常被用来估计海啸的到时、 波高等, 另一方面, 海啸数值模拟的结果也可以作为限定条件用来考察同一地震的不同断层模型之间的相对合理性。 采用国际上各地震研究机构在震后各自得出的不同的有限断层模型作为海啸源, 使用基于二维浅水波方程的海啸传播模型对2011年日本东北地震海啸的传播过程进行模拟, 以海啸模拟所得到的沿岸浪高分布、 平均波高、 最大波高等与实际观测值相比较, 进而判断由各有限断层模型所计算得到的海啸中哪个结果与实际的海啸情况更为符合, 由此推断断层模型的相对合理性。     

根据海啸波形分析获得的2011年东北地方太平洋近海地震震源过程的调查报告

引言2011年东北地方太平洋近海特大地震引发了大海啸,三陆地方沿岸遭受了重大灾害。我们通过近年在海上布设的各种海啸仪(图1),观测了这次海啸,加深了对海啸发生过程的理解。由于在海上观测的海啸波形未受到沿岸非线形效果的影响,它直接反映了地震时的地形变,所以在了解海啸激发过     

叠后储层地震滤波质量控制方法

地震数据的噪声往往覆盖了有用的地质信息,需要对地震数据进行滤波处理.在滤波处理过程中,为减少噪声对地震解释带来的假象,形成了很多相关的技术.但在地震解释滤波质量控制方面所做的研究工作很少.因此,建立叠后储层地震滤波质量控制标准,可以提高地震数据的品质及减少地震解释的假象.根据滤波前后地震资料的合成地震记录相关系数、信噪比地震属性以及时频特征三个方面对叠后储层地震资料滤波处理进行质量控制,通过对比处理前后地震资料发现:滤波后地震资料井震相关系数得到提高;滤波前后均方根地震属性变化大的地方对应信噪比属性值较小,且滤波前后地震剖面及属性与信噪比剖面及属性均具有较好的对应关系;在频谱上,滤波前后频带宽度、主频和能量保持一致.以上对地震滤波处理的控制方法中,经实际结果检验及分析可以看出,滤波前后地震资料的时频特征一致性是保证滤波质量的重要手段,另外信噪比以及与信噪比相关的地震剖面及属性在评价地震资料滤波合理性上也优于合成记录及常规地震属性对地震资料滤波质量的评价.针对叠后断裂检测实例,据该滤波质量控制标准,确保断裂检测精度.     

赵县地震台地表及深井地震计观测数据对比分析

由于城市化进程加快,人为干扰因素逐渐增多,地震观测数据质量受到严重的影响。通过对赵县地震台地表及深井地震计记录的数据进行幅频、功率谱分析,并对比二者的地震监测能力等,分析发现:与地面观测相比,深井地震计在避免噪声及提高地震监测能力范围方面具有更大优势,观测数据精度能提高1—2个数量级。通过总结分析地表及深井地震计记录的优缺点,为测震台网今后的发展方向提供依据。     

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。     

印尼海啸地震引发的异常地磁扰动

对北高加索地球物理观测台站（埃尔布鲁斯火山地区）记录的地磁变化的分析已经完成。识别出在印度尼西亚灾难性的海啸地震形成期间观测到了准谐波地磁异常干扰,描述了地球磁场变化结构的形态效应。所引用的实验结果使我们大概了解了地磁活动性和一些海啸地震的相关内容。在所有的观测实例中,地震事件都发生在磁场各分量之间的特定比条件下;并发现在磁场变化结构中,我们成功识别出反映该研究区内海啸地震孕育和发展条件的地磁扰动超低频准谐波波形。本文中并不考虑海啸地震的预测,因为即便我们能在某些特定指标上识别出地磁场,但是目前在震源区,地震事件的震源位置和发震时间都还存在不确定性。     

大西洋中北部双频微地动特征

本文对大西洋中北部两侧五个地震台站2015年记录到的地震数据进行处理,计算噪声功率谱密度和概率密度函数,并通过极化分析对双频微地动不同周期的主导源区方位角分布进行了分析.研究结果显示:大西洋中北部台站双频微地动发生显著分裂,各台站的峰值周期各不同,且来自相同方向和不同方向的双频微地动都有可能产生双频微地动分裂;大西洋中...     

四川地区地震背景噪声特征分析

选取四川省数字测震台网2015年1月1日至2018年12月31日期间60个固定台站的三分量连续波形记录,计算了台站噪声加速度功率谱密度及相应的概率密度函数分布,统计了不同频率下的噪声功率谱密度值分布,对不同区域、不同频率下背景噪声水平的变化特征予以分析。结果表明:大部分地震台站的高频段噪声由于受到台站附近人为的、规律的作息生活和生产方式的影响,呈现明显的季节性变化和日变化,即夏季噪声水平升高,冬季降低,在农历春节期间达到全年最低值,地理空间分布特征不明显;第二类地脉动冬季噪声水平升高,夏季降低,季节性变化明显,平均变化为1—5 dB,且冬季峰值出现的频率向长周期方向移动1—2 s,呈现明显的地理空间分布特征,川东地区平均噪声水平最高,攀西地区次之,川西高原最低;与第二类地脉动相比,第一类地脉动观测到的噪声能量较弱,季节性变化不明显,地理空间分布的噪声水平差异明显减小;在20 s以上的长周期部分,台站噪声未呈明显的季节性和地理空间分布差异。此外,将地震计安置在山洞和井下,可以有效地降低台站周围干扰源、温度和压强对高频段和长周期观测的影响,噪声水平低于地表安装方式。      

西北太平洋海岛地区地震背景噪声特征及海洋学解释

地震背景噪声特性及噪声源的分布研究逐渐成为深化背景噪声层析成像的关键问题.海岛地区由于特殊的地理位置,其背景噪声具有相对独特的特征.地脉动（约0.003~1 Hz）是地震背景噪声中能量最强的分量,其激发与特性被认为与海浪运动和固体地球之间的相互作用有关,但海岛地区地脉动特征与海洋波浪场之间的关系尚未被充分研究.本文利用西北太平洋海岛地震台站的连续记录数据、波浪浮标的实测数据以及WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式的数值模拟结果,通过地震学和海洋学的交叉,分析海岛地区地脉动信号的时频特性及其与海洋波浪场之间的相关性,从海洋学角度对地脉动信号的特征及激发进行探讨与解释.结果表明,海岛地区地脉动信号相对于内陆地区更强,并具有明显且稳定的季节性变化特征：高频地脉动信号（0.12~0.32 Hz）在夏秋季节（5月-10月）相对较弱,而在冬春季节（11月-次年4月）相对较强,与北半球海洋活动季节性变化相一致.此外,海岛地区地脉动主要受周边海域波浪场影响,与周边海域波浪能功率密度及实测和数值模拟所得的有效波高均具有很好的互相关性.该研究结果同时表明可进一步发展利用地脉动观测数据反演海表波浪场的可能,为海洋科学研究中海表波浪场连续观测数据的获取提供地震学上的支持.     

Ambient noise as the new source for urban engineering seismology and earthquake engineering: a case study from Beijing metropolitan area

In highly populated urban centers, traditional seismic survey sources can no longer be properly applied due to restrictions in modern civilian life styles. The ambient vibration noise, including both microseisms and microtremor, though are generally weak but available anywhere and anytime, can be an ideal supplementary source for conducting seismic surveys for engineering seismology and earthquake engineering. This is fundamentally supported by advanced digital signal processing techniques for effectively extracting the useful information out from the noise. Thus, it can be essentially regarded as a passive seismic method. In this paper we first make a brief survey of the ambient vibration noise, followed by a quick summary of digital signal processing for passive seismic surveys. Then the applications of ambient noise in engineering seismology and earthquake engineering for urban settings are illustrated with examples from Beijing metropolitan area. For engineering seismology the example is the assessment of site effect in a large area via microtremor observations. For earthquake engineering the example is for structural characterization of a typical reinforced concrete high-rise building using background vibration noise. By showing these examples we argue that the ambient noise can be treated as a new source that is economical, practical, and particularly valuable to engineering seismology and earthquake engineering projects for seismic hazard mitigation in urban areas.     

新冠肺炎疫情对佘山与大洋山地震台背景噪声的影响

人类的生产生活产生的振动会以高频地震波的形式被地震台站所记录。2020年1月,新冠肺炎疫情爆发,为了应对此次疫情,各地政府分别启动应急响应,国内地震记录出现最长、最突出的人为地震降噪期。各地震台站背景噪声显著下降,在人口稠密及工业发达地区尤为明显。同时,静噪期为探测地下地震源的微弱信号提供了可能。静噪期内,佘山地震台2 Hz频点背景噪声功率谱密度值比平时降低10 dB,而大洋山地震台10 Hz频点背景噪声功率谱密度值较平时降低约5 dB;佘山地震台2—10 Hz以及大洋山地震台10 Hz以上频率的背景噪声受静噪期影响明显。结合地震台站所处位置分析,疫情期间佘山地震台附近人口流出较多,2—10 Hz频率的背景噪声变化明显;大洋山地震台背景噪声则受工厂、轮渡、高速汽车等影响较大,f ≥10 Hz的背景噪声变化显著,而频率在2—10 Hz则无明显变化,表明该台人口总数趋于平稳。地震噪声和人类活动之间的相关性表明,地震学研究可以提供实时人口动态估计。     

SITE EFFECT AND EARTHQUAKE DISASTER CHARACTERISTICS IN GUANGZHOU AREA FROM HORIZONTAL-TO-VERTICAL SPECTRAL RATIO(HVSR)METHOD

Site effect, which is related to the amplification of seismic waves, is mostly affected by the thickness and softness of sediment layers. The study of site effect in cities is becoming more and more important to the assessment of ground motions, seismic hazard and engineering seismology. However, in highly populated urban cities, traditional seismic surveys cannot be applied extensively due to their destructive consequences and high cost. The ambient noise, including microseisms and microtremor, could be acquired anywhere and anytime, and thus can serve as an effective source for engineering seismology. In order to get the site effect and distribution of sedimentary layers of Guangzhou area, one hundred QS-05A seismographs with frequency bandwidth of 5s-250Hz were deployed in early 2018 for 35 days. The inter-station spacing of these seismometers is approximately 2~5km. Using continuous ambient noise signals, we obtained the resonance frequency and amplification value beneath each station by horizontal-to-vertical spectral ratio(HVSR)method. Then sedimentary layer thicknesses as well as K-values, which are related to the site vulnerability to ground shaking, were calculated. Our results suggest that the resonance frequencies in Guangzhou area are between 1~6.5Hz. The resonance frequencies increase gradually from 1Hz on the north-east side to 6.5Hz on the south-west side of the study area. The sediment thicknesses change from several meters to about 40m, with the maximum thickness at around the estuary of the Pearl River. This distribution is consistent with the topography. The amplifications are mainly between 2~6. The largest amplification is around the Pearl River and the west part of Baiyun District. In general, the K-values are small(<20), less than the dangerous value, suggesting that Guangzhou area is relatively safe in ground shaking. However, there are three small areas beneath Huadu District, Sanshui District and Nanhai District. They all have K-values greater than 20, suggesting those areas are more vulnerable to earthquake destruction, and higher construction standard is needed. The reliability of our results is further supported by its consistency with topography and borehole data in Guangzhou area. Our results provide important information for shallow underground structure in Guangzhou area, and can be referred as guidelines in urban architecture planning and disaster prevention and mitigation.     

Microseismic noise in the low frequency range (Periods of 1–300 min): Properties and possible prognostic features

The paper generalizes the experience accumulated in studies of microseismic noise in the period range from 1 to 300 min observed during time intervals preceding a few strong earthquakes. This frequency range is the least studied and occupies an intermediate position between low frequency seismology and investigations of slow geophysical processes. The range includes oscillations induced by atmospheric and oceanic processes and various modes of the Earth’s free oscillations excited by very strong earthquakes. The main attention in the paper is given to the background behavior of microseisms, which contains continuous present arrivals from near weak and far strong and moderate earthquakes. The paper focuses on the examination of synchronization effects arising in joint multivariate analysis of information from several stations with estimation of multifractal spectra of singularity and multidimensional spectral measures of coherent behavior of singularity spectral parameters. The problem of using the synchronization effects of microseismic background in the search for new precursors of strong earthquakes is discussed.     

重力仪高频信息和地脉动的观测研究

本文介绍了应用电磁反馈零位检测技术改装的重力仪进行高频信息的观测。阐述重力仪高频信息频谱分布特征、数据采集、数字计算和随机信息的处理方法。利用高频信息可以很好地观测和研究地脉动,给出北京香山地震台利用重力仪高频信息观测所得的地脉动功率谱。分析了地脉动特征及其与台风过程的关系;讨论了某些大地震前所出现的地脉动异常现象。得出北京地区正常地脉动频率分布范围为0.13-0.32Hz,优势频率为0.2Hz,相应的卓越周期为5s的脉动频率异常,也可能在地脉动的正常频率处（0.2Hz左右）,出现幅度很大的脉动幅度异常,后者又往往与台风引起的幅度异常相混淆。     

台风激发的第二类地脉动特征及激发模式分析

0.003~1 Hz频段的地脉动主要来源于海浪运动与固体地球的耦合作用,台风引起的强烈海浪运动往往可使地脉动能量显著增强.由于涉及大气-海洋-固体地球三个圈层之间的复杂动量传递与耦合过程,迄今为止,关于台风激发地脉动的具体源区位置及激发机制尚存在争议.本文选取日本、中国东南沿海及台湾地区的地震台站波形连续记录,研究了2008年台风"森拉克"和"黑格比"激发地脉动的时频特征,开展相应数值模拟,并与观测数据进行了对比分析研究.结果表明台风激发第二类地脉动存在两种主要模式:(1)近岸源区激发,即台风引起波浪入射至海岸反射并与后续来波相互作用形成驻波作用于海底而激发;(2)台风中心附近源区激发,即台风中心移动过程中不同时期激发的同频率波浪相向传播、相互作用产生驻波作用于海底而激发,源区位置主要集中于台风中心左后方.此外,结合波浪再分析数据、台风风场特征,我们进一步对第二类地脉动激发过程中的影响因素进行了分析,发现:第一种模式激发的地脉动与近岸源区波浪场强度、观测点至源区距离及台风中心至海岸线距离等因素相关;而第二种模式激发的地脉动则主要受台风中心附近波浪场的频率成分与传播方向影响.     

利用地震背景噪声提取西山村滑坡高频面波信号

滑坡体三维速度结构为滑坡治理、灾害防治、风险防范以及理解滑坡的动力学过程提供了关键信息,而高频面波成像是研究浅层速度结构的重要手段.本文详细介绍了利用2016年12月1日在四川理县西山村滑坡上布设的38个仪器记录的三分量连续地震噪声数据,提取1～5Hz的基阶Love波和Rayleigh波经验格林函数,分析了不同参数和处理方法对背景噪声互相关计算结果的影响.结果表明,1天左右的连续波形记录裁剪至1200s的时间长度,进行互相关叠加就可以得到较为稳定的经验格林函数.西山村滑坡体上Love波和Rayleigh波的群速度分别为约400m·s-1和700m·s-1,并且Love波信噪比高于Rayleigh波.此外,我们还利用聚束分析方法对噪声源的位置进行了分析,发现1～5Hz的背景噪声主要来自滑坡东南侧附近杂谷脑河水的搬运作用.这些高频面波数据和噪声源位置为获取滑坡浅层三维速度结构提供了重要输入,同时也为研究滑坡体速度结构随时间的变化提供了基础.