顾及有色噪声的GNSS时间序列时域信号提取

随着大型地震的发生，GNSS时间序列中除线性趋势和周期信号外，还存在大量震后瞬态，准确地提取各项时域信号是运用GNSS时间序列进行地学研究的关键.为此，本文提出了顾及有色噪声的GNSS时间序列时域信号提取法.该方法首先基于白噪声(White Noise, WN)+闪烁噪声(Flicker Noise, FN)模型，使用最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE)对震前GNSS时间序列进行参数估计，并根据参数估值来去除震后时间序列中的震前信号，以此获取残差序列；然后将残差序列作为求解特征时间尺度的观测量，WN+FN模型作为观测量的随机模型，并采取非线性最小二乘法(Non-linear Least Squares, NLS)法估计特征时间尺度；最后利用估计的特征时间尺度构建GNSS时间序列函数模型，并采用MLE估计其未知参数，进而实现时域信号的提取.经模拟数据分析，考虑有色噪声时，特征时间尺度估计算法的收敛性提高了25%,各项未知参数的标准差(Standard Deviation, STD)显著下降.最后，将该算法应用于日本区域实测数据，并与传统方法...     

基于地震对应概率谱分析的前兆异常识别研究

针对观测或分析资料曲线异常的定量化识别提取问题,研究提出了地震对应概率谱统计方法和累计滑动平均概率分析方法.通过地震对应谱分析可以得到不同值域数据异常信度属性.在不同考察时长的对应概率谱基础上,将原始数据时间序列转换成概率时间序列,并采用多点累计滑动平均方法得到滑动平均概率时间进程曲线,进而进行地震前兆异常的识别研究.以新疆北天山地区地震学参数η值时间进程序列为原始数据进行算例分析,结果显示,当考察时长为18个月时,利用滑动平均概率时间进程曲线可以较好地识别地震前兆异常,异常对应率为83%,有震报准率为86%,异常具有中期属性.分析认为,不同考察时长的地震对应概率谱和滑动平均概率序列,不仪可以用于单项资料的前兆异常识别研究,还可以为综合分析预报提供定量的单项因子数据.     

河西地区几次强震前的垂直地形变分维特征研究

采用关联维的计算方法,对河西地区门源6.4级和天祝一景泰6.2级地震过程中的垂直地形变序列的时、空分维数分别进行了计算,得到:本文研究区内远场(远离震中区)的地形变序列分维数在0.63～0.80之间,而近场(震中地区)的序列分维数在0.17～0.44之间,近场出现明显的降维现象;地震的孕、发过程中地形变观测序列分维数在0.22～0.37之间,而无震期间则在0.57～0.77之间,地震孕、发过程中地形变观测时间序列亦存在明显的降维现象。     

影像大地测量数据揭示2021希腊塞萨利地震序列潜在断层几何及其区域构造意义

利用一对升降轨InSAR干涉图进行地震二维形变的分解通常是推断孕震机制与断层几何较为常用的手段.但该手段实施于短时间内发生的地震序列案例则较为困难,因为很难确保每个事件的形变都能够恰好被一对干涉图所记录.短周期多轨道InSAR数据为二维同震形变的描述和断层几何的推演提供了丰富的数据支撑,也为分离地震序列中各地震的同震形变提供了可能.2021年希腊塞萨利地震序列为研究地震序列形变分解提供了一个宝贵实例.针对此案例,本文利用覆盖震区的17幅多时相多轨道InSAR数据联合解算了该地震序列中三次事件各自的二维形变,并对形变场分布进行了解译.经形变分析认定,地震序列中第二、三次事件属于盲断层发震.基于分解出的二维形变,本文进一步推断了第二、三次事件所对应的断层几何并分析了潜在的孕震机制.此次地震序列的发震断层为：两个SE-NW走向/东北倾的断层(事件一、事件二),一个NW-SE走向/西南倾的断层(事件三).经过对滑动模型、同震库仑应力以及前震/余震数据的分析,本文认为此次地震序列的潜在孕震机制可以解释为一次SSE-WNW走向的断层级联触发活动.此外,通过分析此次地震序列余震的空间分布发现了余震深...     

汶川地震强余震的电磁同震效应

汶川5.12大地震发生后,在武都汉王地震台及其附近地区布置了2个大地电磁测深点,进行了两期余震序列的地震电磁效应连续监测,共观测到M_s4.0及以上的余震事件35次.通过与汉王强震台的地震记录数据中15个强震记录比较发现,与地震波相对应的地震同震电磁信号存在于所有的电场和磁场记录分量中,它们与地震波到达同步.地震破裂发生时的电磁辐射信号在记录数据中相比地震波达到观测点的电磁信号幅度要小得多,无法从观测数据识别出来.通过分析对比地震位移和同震电磁信号的关系,提出了地震电磁同震信号产生的地震波驱动机理,认为观测系统在地球基本磁场中随地面运动产生了地震同震电磁信号,并从观测的地震振动位移和电磁信号进行了验证.     

关于地震观测系统中滤波器的讨论

用于定点连续观测的地震观测仪器,产出的观测数据是一个时间序列,反映了被观测量随时间的变化。本文将地震观测系统中任何与频率特性有关的信号处理过程均视为滤波器,如传感器的频率特性、数据采集过程中的抗混叠滤波等,对地震观测系统中的滤波器进行了深入讨论。实际工作中往往认为慢变量信号中不存在高频分量,使得在数据采集过程中忽视了抗混叠滤波器的应用,从而在实际观测中导致频率混叠干扰时有发生。针对这一问题,本文通过模拟计算的示例,显示了频率混叠干扰对观测数据质量的影响,解释了分量应变分钟值观测数据中同震响应波形的不合理现象,进一步阐明了数据采集过程中抗混叠滤波器的重要作用。     

大华北地区十次中强地震前后区域地震时间分布结构信息维D1特征

本文用分形理论的信息维方法研究了大华北地区1976年以来十次中强地震区域地震时间分布信息维在主震前后随时间的变化。结果表明信息维的变化反映了地震时间分布结构自组织特征,在震前一、二年内无标度区及其上、下限值出现明显的下降异常变化,无标度区跨度由1个数量级变宽为3个数量级,震后恢复到一个数量级。震前无标度区跨度越宽,表明地震时间分布自相似结构自组织程度越高,大华北地区十次中强震无论其所在地区、震源深度、地震序列类型、发震构造不同、震前信息维都显示了明显的下降过程,并且临震前降到最低值,震后回升。信息维下降异常时间与主震震级无关,但信息维下降的最低值与主震震级有关。     

GNSS(GPS)观测研究地壳运动的新进展

介绍了近几年来GNSS(GPS)系统、观测技术和数据处理方法和技术的发展,数据格式标准化的进展,全球参考框架现状,参考框架对地壳运动研究的影响和IGS的产品。介绍利用GNSS观测研究地壳运动的成果,包括大地震前后及震时的地壳运动结果,时间序列观测结果的研究进展等。     

5月12日汶川8.0级地震强余震观测的电磁同震效应

2008年5月12日汶川8.0级大地震发生后,在武都汉王地震台及其附近地区进行了为期22d的余震序列电磁异常连续监测,观测到多次余震事件的电磁同震现象。通过与汉王强震台的地震记录数据比较发现,同震信号存在于所有的电场和磁场记录分量中,它们与地震波的到达同步,而不是在地震发生的时刻出现。地震发生时的电磁辐射信号似乎在记录数据中有所显示,但是与地震波到达观测点时的电磁信号相比幅度要小得多     

用EOF分析方法研究强震前中国大陆水平位移场时空分布特征

利用大气科学常用的经验正交函数(EOF)分解方法, 对中国大陆连续观测的基准站的水平位移每周解时间序列进行分析。 首先对时间序列中不连续的数据进行内插处理, 并通过线性拟合从时间序列中去掉长期滑动速率的影响。 结合震例研究强震前水平位移场在NS向和EW向的时间和空间的分布特征。     

基于时变窄带滤波技术提取可控震源扫频信号方法研究

精密主动地震监测为我们主动探测地下介质结构, 并监视其动态变化提供了一条可能的技术途径。 由于精密控制震源释放的能量强度小, 随着传播距离的增加, 信号的快速衰减, 在离震源较远处有用的震源信号被掩盖在很强的噪声中, 这对于震相的识别与走时的拾取精度有着很大的影响。 本文设计了一种时变窄带滤波器进行更为精细的滤波, 期望进一步提高观测数据信噪比, 再结合匹配滤波方法实现主动震源信号的检测与波形变换。 另外, 由于不同震相有一定的到时差, 使用时变窄带滤波器提取一个震相波形信息时, 将压制其他震相的波形信号, 从而实现了震相分离的技术。 仿真计算与实际资料处理显示了该方法在提高观测资料质量、 震相识别分辨率及震相分离方面具有一定的有效性与优越性。 通过对广东省新丰江库区精密可控震源试验数据进行时变窄带滤波方法的处理, 在震中距为200 km左右处的台站记录中检测到主动源信号, 体现了对远台弱信号的提取能力。     

集合经验模态分解(EEMD)在地下水位数据处理中的应用初探

使用集合经验模态分解方法将水位观测数据分为高、中、低等3个频率分量。高频分量可以用来识别和研究包含同震响应在内的高频事件;中间频率分量包含固体潮的半日波、全日波信号;低频分量则反映观测数据的长期趋势性变化特征。在此基础上,将该方法应用于张道口-1井和新10井的水位观测分钟值数据,从处理后得到的高频分量中识别出31次7级以上地震的同震响应,定量地分析了其最大振幅随震中距和震级的变化特征。     

ELF电磁仪远程控制和数据传输及编译的实现

"十五"建设的ELF台站均敷设ACF-4M型电磁仪,记录到多次地震前后的电磁异常变化,但该仪器没有实现自动化。本文介绍ELF仪器的远程控制和数据传输以及原始数据转换的研制方案。由于ELF记录仪无法接入因特网,要远程触发ELF仪器必须有中间设备,首先远端计算机通过互联网控制局域网计算终端,通过局域网计算终端运行SM27.exe工作程序来触发并通过相应程序实现数据的传输;将ELF记录仪采集到的时间序列信号(*.SBF数据格式)、仪器本身的参数信息和采集状态信息依据其编码规则转换成通用的数据格式导出,将计算的功率谱、阻抗、阻抗相位文件以优势频率或任意频率形成时间序列文件进行分析,提高ELF观测资料的应用效率,加快观测电磁数据的使用效率。     

基于S变换的高频全球导航卫星系统同震数据的震相识别研究

为研究高频全球导航卫星系统（GNSS）信号的P波和S波到时,本文利用2008年汶川M_S8.0地震震时部分站点记录到的1 Hz高频GNSS数据,采用广义S变换将同震信号进行二维时频域平面分解,以此对P波和S波到时进行识别。本文通过调整广义S变换中的调节因子λ_a和p得出,当λ_a＝1.05,p＝1.05时,变换所得图像中的P波和S波到时均较为明显。结果表明,S变换在高频GNSS震相识别中效果明显,可作为GNSS地震学应用中一项有效的技术手段。      

观测时间对地磁绝对观测值的空间相关性影响研究

应用FHD磁力仪的观测数据。对比了每日不同时间Z分量观测值组成的逐日变化序列的空间相关性,表明夜间观测数据的空间相关性低于白天,并分析了产生这一现象的原因。同时,通过对通化后的磁称Z分量不同观测时间的绝对值震磁相关异常分析,表明夜间观测数据更有利于提取空间相关异常。这对今后应用数字化地磁观测资料研究与地震有关的震磁相关异常有一定的指导意义。     

自回归模型系数推算方法的比较

自回归(AR)模型的特点是利用一组系数将包含在一个观测时间序列中的连续信号进行线性组合.计算AR系数的方法有两种.利用传统方法(方法1)测定AR系数,使得在计算当前值与由过去的观测所作的预估值之间的差值时其预测误差最小.另一种方法(方法2)是在最近应用于频谱分析的Somp,方法中提出来的,这种方法就是利用AR系数从观测的时间序列数据中提取自回归信号,而由提取残差最小来确定它们.方法1给出了过去的有噪声数据和当前的无噪声信号之间线性关系的一个无偏估计.另一方面,利用方法2所得到的AR系数代表了连续无噪声信号之问的线性关系.通过与真实的AR系数值的比较来进行估算的三个数值实验,搞请了这两种方法的差别.首先我们调查了在计算AR系数时高斯白噪声的影响是怎产生误差的.我们发现,利用第一种方法所得到的AR系数对于噪声功率的增加十分敏感.相反,第二种方法对于具有相对较低信噪比(S/N)的数据得出较好的AR系数计算结果.其次.对一个含有非衰减正弦波信号的时间序列,研究了数据长度的影响.当在计算中所用数据点的数目达到一定的平时,用第一种方法所得到的AR系数就不再随数据长度的增加而改善了.另一方面,我们可以得出,数据长度与利用第二种方法使用实际数值所到的计算偏差二者之间恒为负相关.最后,我们使用含有频率相近的两个正弦波信号的一组时间序列对比了两种方法的分辫率,也发现第二种方的结果远优于第一种方法。所有三个实验都证明了在计算AR系数时第二种方法是如何远优于第一种方法的.对于有噪声的时间序列,差异是由于回归模型表达式的混淆造成的.在第一种方法中最小二乘的条件隐含着假定:预测现在信号的过去数据没有被噪声所干扰.其结果是,在这一表达中,当前的信号与当前的噪声无关,但却与包含在过去的数据中的过去的噪声有关.应当提请注意的是,任何墓于传统的自回归计算的谱分析方,在研究数据的精确谱构造时都可能会失效.     

地震前兆异常识别技术的数值模拟实验研究

针对地震前兆观测数据可能含有异常信息的特点,为客观描述数据序列的正常背景,并且不失真地识别异常信号,本文通过模拟实验序列,论述了时间序列分析识别异常方法中建模样本序列遴选和经验预测序列估计的关键技术．实验序列分析结果表明,该方法是可行的有效的,所识别的异常信号清晰明确,与模拟假设的异常信号基本一致．      

芦山MS7.0地震前的电磁异常信号

对南北地震带18个地电场及电磁扰动观测台站进行了跟踪与研究, 2013年4月20日四川芦山M_S7.0地震前只有其中5个台站观测到了异常电磁信号. 研究表明, 地震前的这些异常信号时空分布非常不均匀. 在时间上表现出震前电磁异常信号在出现的台站上不是同步的, 且随着时间的推移有向震中方向迁移的趋势; 在空间上体现在成都以北的台站都没有记录到震前电磁异常信号, 主要出现在成都及其以南的一些台站. 芦山M_S7.0地震前地震电磁信号出现的最早时间是震前21天, 其次是震前16天; 临震时间则为震前5天、 4天和1天. 通过接地极注入地下的大电流以及以往的震例分析, 认为仙女山台是又一个比较突出的电磁信号观测的敏感点.      

云南宁洱M_S 6.4地震震后电磁效应

2007年6月3日宁洱县境内发生6.4级地震,在地震区跨越宁洱东支断裂进行了为期14d的余震序列宽频带电磁异常连续观测。在固定台站的电场和磁场时间序列记录中,观测到多次余震事件的电磁同震现象。取每2h观测资料进行了加窗傅氏变换,得到不同频率的功率谱随时间的变化曲线。结果表明,MS3.0以上的余震发生前后,电磁场各分量频率谱峰值出现了显著的变化,地震后的峰值波动也许与时间域的同震效应相对应,而地震前发生的峰值跳跃有可能为电磁前兆现象。此外,本文对同震电磁信号产生机理进行了讨论,推测这种现象可能与地震发电机机制有关     

2010年1月12日海地 Mw7.0地震InSAR同震形变观测及同震滑动分布反演

2010年1月12日GMT时间21时53分,在海地境内(72.57°W,18.44°N)发生了Mw7.0地震.文中利用干涉合成孔径雷达(InSAR)方法获得了覆盖整个震区的高精度形变观测资料,用以研究该地震的发震机理.采用ALOs PALSAR数据,分析了轨道、大气等误差源对干涉信号的影响,最终获得了雷达视线向(LOS...