STA/LTA方法拾取天然地震波初至及其改进分析

长短时窗均值比（Short Term Average/Long Term Average,STA/LTA）方法因原理简单、实时性强,在地震波初至拾取中应用最为广泛．传统STA/LTA方法阈值选取依赖于人工经验,且其针对单一信号设定的阈值无法适用于不同类型的地震记录．针对此问题,本文通过建立阈值与背景噪声之间的联系,提出两种基于参考阈值拾取地震波初至新方法,即基于参考阈值的STA/LTA方法与基于参考阈值的STA/LTA改进法．首先,分析不同特征函数拾取地震波初至的灵敏度,引用关于信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）的特征函数抑制背景噪声干扰,降低阈值选取的难度;其次,给出不同背景噪声环境下阈值的计算公式,将阈值选取建立在严密的数学推导之上,提出基于参考阈值的STA/LTA方法;最后,针对天然地震背景噪声复杂,地震波初至拾取受短时强噪声干扰大的问题,通过改进时窗位置并加入取消时窗的方法提高算法的抗干扰能力,提出了基于参考阈值的STA/LTA改进法．实际地震数据处理结果表明,本文提出的两种方法能够克服固定阈值不能适用于所有地震记录的缺点,相较于传统STA/LTA方法...     

利用标准时频变换方法在强噪声环境下无偏拾取地震P波、S波到时

地震P波、S波到时是精确分析地震水平位置、深度与速度结构等的重要参数,如何准确拾取P波和S波到时是地震学的一项重要的基础工作.大数据量与强噪声环境给地震到时的自动拾取带来了很大挑战.在频率域中可将信号与噪声分离,但会造成震相的偏移.针对上述问题,本文在STA/LTA、AIC方法的基础上,引入了标准时频变换（Normal Time-Frequency Transform,NTFT）,结合信号时间域与频率域特征,提出了基于NTFT的STA/LTA方法,以及基于NTFT的AIC方法来拾取P波和S波的到时.基于NTFT的STA/LTA方法通过构建即时频率约束的特征函数,以增强地震信号振幅响应的变化特征.基于NTFT的AIC方法则根据NTFT的变换系数定位即时频率-时间基准点,通过滑动窗口直接对标准时频谱进行AIC处理拾取最佳到时.本文采用了不同强度噪声的60组合成数据和105组实测地震数据对方法的可靠性进行检验.以人工拾取到时为参考,实测数据中NTFT-STA/LTA方法拾取P波、S波到时的均方根误差分别为0.36 s和0.56 s;NTFT-AIC方法拾取P波、S波到时的均方根误差分别为0.25 s和0.35 s.相比于STA/LTA、AIC方法,NTFT改进后的方法提高了P波和S波到时的拾取准确率,为强噪声环境下的地震波形到时拾取提供了新思路.

     

强噪声环境下基于信噪比的地震P波到时自动提取方法

大数据量、强噪声环境给地震P波到时的自动提取带来很大挑战.针对此问题,本文通过构建特殊的特征函数,建立SNR与STA/LTA的内在联系,提出两种基于SNR的地震P波到时自动提取方法,即基于SNR的STA/LTA方法与基于SNR的综合方法.这两种方法分别是运用SNR概念对传统STA/LTA方法和STA/LTA与AIC综合方法的改进.仿真分析结果表明：对于弱噪声环境（10 dB）和一般噪声环境（6 dB）,本文方法较传统STA/LTA方法对地震P波到时提取的准确度更高;而对于强噪声环境（3 dB）,本文方法仍能准确提取地震P波到时,而传统STA/LTA方法则出现了较大的误判率（10%）与漏判率（65%）.本文方法为STA/LTA赋予了明确的物理意义,使其阈值的选取建立在严密的数学推导之上.另外,本文方法在进行地震P波到时自动提取的同时,兼具数据预处理功能,无需额外的基线校正或高通滤波,因而具有较好的实时性.

     

用振幅变化长短时均值比实现地震预警中P波自动拾取

地震P波到时快速、精确的自动拾取是实现地震预警的第一步。目前所有P波到时自动拾取方法都需要进一步考虑准确度问题,据此提出用"振幅变化"长短时均值比方法拾取P波到时。研究表明引进"振幅变化"作为特征函数比Allen的"振幅变化平方"更能突显地震波初至时刻的"突变"特征。对"振幅变化长短时均值比方法"和Allen的"振幅变化平方长短时均值比方法"进行抗噪音分析表明,在较低信噪比条件下,Allen方法不能准确地拾取P波到时,而新方法依然能较准确地拾取P波到时。在较高信噪比条件下,用两种方法拾取的160个M_S4.0地震P波到时,其误差大都在允许范围内,但新方法拾取的准确度略高。新方法可以看做是对长短时均值比方法的拓展。     

3种远震P波到时拾取方法的比较及其参数优化

分析了自回归赤池信息准则（AR-AIC）、高阶统计量（HOS）和累积和（CUSUM）等3种到时拾取方法中参数对远震P波到时估计的影响,以450个远震P波信号为样本集,参考人工拾取到时,以网格搜索方式确定了每种方法的最优参数。之后重新选取信噪比处于[2,20]区间的100个远震P波信号,用确定最优参数后的3种到时拾取方法估计其P波初至时间,并比较了3种方法对低信噪比远震P波的拾取准确度。结果表明,AR-AIC方法和CUSUM方法对低信噪比远震P波的拾取准确度要优于HOS方法,CUSUM方法的计算速度最快,HOS方法由于其原理的限制更适用于信噪比较大、初动较尖锐的信号。      

自动捡拾P波到时综合方法的选取与探讨

快速、准确以及可靠的震相自动识别,不仅可为政府震后决策提供快速可靠的地震信息,还对减轻地震灾害损失和提高公众对政府可信度具有较大价值。以云南强震动台网实际观测记录为基础,选取了2008年至2017年期间震级在M5.0至M7.0间共计20余次地震事件,借鉴国内外P波震相自动拾取的相关研究,用最常用的长短时平均STA/LTA结合AIC准则综合捡拾法和长短时平均STA/LTA结合BIC准则综合捡拾法这两种不同的综合分析方法,将涵盖了云南盈江、腾冲、彝良、洱源和景谷等地震多发区域的记录P波到时捡拾,并对捡拾准确度、可靠度以及相应速率进行对比探讨。统计分析结果表明:在精确捡拾部分中,相比AIC准则,BIC准则的构架与算法更加灵活简单,且其抗干扰信号能力强,能有效避免干扰信号引起的误触发,可在漏捡拾与误捡拾之间寻求最佳平衡,对地震数据实现快速有效的实时处理,更利于云南省内地震预警发展。     

Frequency-dependent attenuation of P and S waves in Yunnan region

Introduction Attenuation parameter Q~(-1) is an important factor for understanding the physical mechanism of seismic wave attenuation in relation to the composition and physical condition of the Earth′s interior (Sato, 1992) and it is also an indispensable parameter for the quantitative prediction of strong ground motion from the viewpoint of engineering seismology. Hence numerous studies of Q~(-1) have been carried out worldwide by using different methods and concentrate on seismically acti…     

山西临汾流动地震观测台址P／S波速度结构测试

用单孔检层法测定山西临汾流动地震观测台址两个钻孔的P／S波速度结构,为研究地震观测台址速度结构对地震波接收效果的影响提供基础资料。与常规P／S波测井不同的是,在P波速度测试中采用高频24道水听器串共炮点接收,有效降低单点多炮接收因重复性问题带来的零时误差,提高P波速度测定的精度。该方法可为类似工程场址的高精度P／S波速度测试提供新途径。     

Calibration of P/S amplitude ratios for seismic events in Xinjiang and its adjacent areas based on a Bayesian Kriging method

Correction maps of P/S amplitude ratios for seismic events distributed in Xinjiang, China and its adjacent areas were established using a Bayesian Kriging method for the two seismic stations WMQ and MAK. The relationship between correction maps and variations of along-path features was analyzed and the validity of applying the cor- rection maps to improve performances of P/S discriminants for seismic discrimination was investigated. Results show that obtained correction maps can generally reflect event-station path effects upon corresponding P/S dis- criminants; and the correction of these effects could further reduce scatters of distance-corrected P/S measurements within earthquake and explosion populations as well as improve their discriminating performances if path effects are a significant factor of such scatters. For example, as corresponding Kriging correction map was applied, the misidentification rate of earthquakes by Pn(2~4 Hz)/Lg(2~4 Hz) at MAK was reduced from 16.3% to 5.2%.     

数字化地震波形小震P波、S波震源参数对比研究

目前,国内在数字化地震资料研究中,主要应用S波来研究震源参数.本文充分利用上海数字化地震台阵(网)资料,挑选了2001～2004年华东地区发生的9个震级较大的中等地震,反演了单台记录垂直向纵波(P波)及横波(S波)震源谱,根据布龙模型,计算每个地震单台拐角频率、地震矩、零频谱值、震源破裂半径、应力降等参数,求出每个地震的震源参数(P波和S波)的平均值及其均方差,对这9个地震的P波、S波震源参数计算结果进行了对比.结果表明,用P波段数据进行震源参数的研究是可行的.     

A discussion on the amplitude ratios of PP and P waves for earthquakes with different focal mechanisms

Using the WKBJ approximation method we calculate the synthetic teleseismograms of P and PP waves to match the observed ones of six large Chinese earthquakes with known focal mechanisms: Tibet earthquake of July 14, 1973; Haicheng earthquake of February 4, 1975; Songpan earthquakes of August 16, 1976, August 21, 1976 and August 23, 1976 and Nignhe earthquake of November 15, 1976. The focal mechanism of the Tibet earthquake is discussed to examine the technique used in the calculation. We note that the amplitude ratios of PP and P waves (A _PP/A _P) have different characteristics for dip—slip events and strike—slip events within certain epicentral distances. We calculate the synthetic teleseismograms of P and PP waves for the strike—slip and dip—slip events with fault angles of 330°, 240° and 0°, focal depths of 8 km, 17 km and 24 km, at the assumed station with an azimuth of 310° and epicentral distances from 40°; to 80°. The diagrams of maximum amplitude ratios of PP and P waves (A _PP/A _P) versus distances are given. The possibility to use the (A _PP/A _P) values to give an approximate estimation for the focal mechanism type is discussed. This work may be useful for determining the focal mechanism type for those earthquakes which have only few records such as the Chinese earthquakes from the 1930s to 1960s. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,13, 150–160, 1991.     

井间高分辨率纵横波层析成像研究井间油藏

采用视速度-偏振井间波场分离法分离得到纵波和横波波场,使用跨孔地震走时层析成像级联方法计算井间纵波和横波速度结构以及泊松比空间分布.综合纵横波速度、泊松比和测井参数,分析两井间岩性和储层特性.数值模型试验表明该方法垂直分辨率达到主频波长的1/4,并能准确分辨倾斜断层和垂直断层.处理相同纵波资料结果表明本文方法分辨率远远高于以往的井间走时层析成像方法,比井间声波层析成像分辨率更高.使用该方法处理垦71区井间资料,得到同台同源纵波和横波速度结构和泊松比分布.泊松比的低/高变化与测井参数指示的砂/泥岩层基本吻合.根据泊松比分布,参考岩石地震物理学测试数据,可以区分井间介质中的泥岩层、砂岩层,以及砂岩层中的饱水和饱油区,确定储层的连通性,圈定井间的剩余油藏.     

汶川地震中梁式桥的震害和预防震害的新方法

本文基于地震现场考察资料介绍了汶川地震中梁式桥的一些典型震害实例,分析震害原因及其发生规律,并探讨强烈地震作用下防震害的新方法。新方法是以适当的构造方式改变地震能量的传输,减少桥面系与墩台的相对位移,保证下部结构的安全,从而达到防止震害的目的。