基于三分向台站波形的重复地下爆炸相关检测

在将相关检测方法应用于三分向台站记录数据时不能采用台阵数据检测时所使用的基于相关系数束慢度估计的虚假触发筛查方法来控制误检测.为此,本文根据重复事件的震中位置本身固定,各台站记录到的重复事件信号之间的到时差与相应参考事件的信号到时差基本相同的特性,根据两个以上三分向台站的相关检测触发到时差筛查相关检测虚假触发,从而解决了相关检测方法在应用于三分向台站数据时虚假触发过多的问题.利用新疆的三个三分向台站一个月的连续数据对该方法进行测试的结果表明,该方法能在接近零误检率的情况下对重复地下爆炸进行检测.     

Decomposition of seismic moment tensors for underground nuclear explosions

Generally the decomposition of a seismic moment tensor is not unique. However, to favorably view the characteristics of a certain seismic source, one must decompose a seismic moment tensor into parts according to assumptions about the properties of the seismic source. Different from natural earthquakes in which the shear dislocation component plays a predominant role in the source process, and the seismic moment tensor can be separated into an isotropic component, a double couple, and a compensated linear vector dipole (CLVD), underground nuclear explosions have three major components in their source process, i.e., the explosion, the tensional spalling, and the tectonic strain release associated with the explosion. In such a situation the conventional moment tensor decomposition for earthquakes is not convenient to estimate the yield of the explosion and to characterize the tectonic strain release. In this paper, an alternative decomposition scheme is proposed to deal with the moment tensor of underground nuclear explosions, which might benefit the approach to study the tectonic strain release induced by underground nuclear detonations.     

朝鲜2009年和2013年两次核爆的地震学特征对比研究

利用布设在长白山地区临时地震台站接收到的朝鲜核爆的波形资料,对2009年5月25日和2013年2月12日两次朝鲜核试验的地震学特征进行比较.震中距范围从145 km到420 km.采用P/S型谱比值方法识别朝鲜核爆,通过与2009年3月20日长春地震和2013年1月23日沈阳地震事件的比较,表明在频率大于3 Hz时P/S型谱比值能够有效识别发生在中朝边境地区的地下核试验.选定参考台站,利用区域震相Pg波的振幅谱比值计算朝鲜核爆至各台站路径上的相对衰减.结合介质速度模型,在一定程度上反映了长白山地区衰减情况,为进一步研究长白山地区衰减层析成像提供初始模型.     

基于理论地震图方法的波导结构对 地下核爆炸Lg波传播特性研究

基于频率-波数域算法的理论地震波形图方法, 可以数值模拟频率达到10 Hz、 震中距达1000 km的区域理论地震波形图. 该算法适用于计算大量分层地壳结构中激发的导波Lg波. 本文在前苏联东哈萨克斯坦地下核试验场至我国乌鲁木齐台站间的地球介质速度模型中, 引入速度梯度结构、 速度扰动分布的薄叠加层结构、 降低Q值结构以及速度扰动与Q值变化的综合结构来模拟实际地壳波导结构, 较好地模拟出东哈萨克斯坦地下核爆炸地震在乌鲁木齐台站记录的宽频带地震波形图, 模拟出完整的Lg波序列, 该序列符合Lg波能量分布特征, 且能够解释Lg波波尾的特征. 结果表明, Lg波的形状和峰值结构均依赖于地壳的不同波导结构.      

地下核爆炸Lg波的激发机制

地下核爆炸Lg波的激发机制,目前尚未十分清楚.其中主要观点之一是源区附近由补偿线性矢量偶极源（CLVD）激发的Rg波的散射形成的S波是Lg波能量的主要来源.本文利用理论地震图模拟方法,基于东哈萨克斯坦地区速度模型,分析比较了东哈萨克斯坦地壳速度模型下的爆炸源、张裂源及CLVD源对区域震相Lg波的影响.结果表明,从能量的角度来看,CLVD源是激发Lg波的主要因素.模拟计算结果也进一步证实了CLVD源激发的Lg波振幅谱具有低谷点的特征源自于该震源所激发的Rg波;在此基础之上,检验了Patton提出的估算震源埋藏深度的经验公式.结果发现,该公式仅适用于震源埋藏深度较浅的情况（<500m）.这些结果对于进一步理解及更好地利用Lg波具有重要理论指导意义.     

基于最近邻支撑向量特征线融合算法的核爆地震识别

为增强核爆地震模式分类器的泛化能力以提高对核爆炸事件的准确识别能力,论文提出了一种选择支撑向量样本集来表征训练样本集的最近邻支撑向量特征线分类算法,用以训练时扩展核爆地震的训练样本库,提高分类器的泛化能力.该算法用于核爆炸和地震的识别结果发现,和最近邻特征线分类器相比,提出的算法降低了计算复杂度,但识别能力却有些许降低.对新算法的分析发现,纯粹的支撑向量集不能完全代表原始样本空间集,支撑向量比例在其中有重要作用,为发挥支撑向量比例的作用以提高核爆分类器的识别能力,提出了最近邻支撑向量特征线融合算法.最后以核爆地震数据库对上述算法进行了检验和分析,理论分析和识别结果证实,在相同的训练样本选择条件下,最近邻支撑向量特征线融合算法对于核爆炸的识别来说具有较好的泛化能力,正确识别率达到90.3%,且优于支持向量机算法和最近邻特征线算法.     

核爆地震模式识别中的特征相空间研究

从核爆地震模式识别中的最少不相关特征量确定、训练样本的选择出发,介绍了特征空间与相空间等价问题的由来,并通过数值实验验证了特征空间与相空间等价的有效性,确定了特征选择中不相关特征量的下限,而且特征相空间分析方法具有很好的噪声鲁棒性,对于分析实际的模式识别问题极具优势.最后,本文提出了进一步研究的思路和设想.     

基于克隆选择原理的核爆地震特征选择方法

为了解决核爆地震自动识别中最优特征子集的选择问题,根据克隆选择原理,提出了一种过滤与封装相结合的特征选择方法.该方法融合了封装式与过滤式特征选择方法的优点,利用局部化的类别可分性判据来处理核爆地震样本的多峰分布问题,通过设定独立的记忆抗体能够保证最终结果是搜索过的最佳特征组合,并且可以处理设定和不设定最优特征子集维数两种情况下的特征选择问题.首先通过UCI数据集中呈多峰分布的玻璃数据验证了该特征选择方法的有效性,进而将其应用到核爆地震特征选择中.核爆地震特征选择实验结果表明,该方法不仅有效地降低了特征空间的维数,而且使分类精度提高了2个百分点,与封装式特征选择方法相比,该方法的计算复杂度大为降低.     

地下磁共振响应特征与超前探测

地下（矿井和隧道内）超前探测灾害水源是磁共振测深（Magnetic Resonance Sounding,MRS）方法应用的新领域,在地球物理方法中是一个难题.本文在地面磁共振探测理论的基础上,建立地下全空间模型,推导直立线圈的磁共振响应信号表达式,对比国际标准模型验证了数值计算的准确性.引入旋转系数矩阵,计算任意地磁场方向和线圈方向的激发场垂直分量.研究了磁共振响应信号与线圈法向偏角和倾角的关系,指出当线圈法向方向垂直于地磁场方向时,磁共振响应信号最大.同时,研究表明磁共振超前探测距离与激发脉冲矩和接收灵敏度紧密相关,激发脉冲矩越大,接收灵敏度越高,则超前探测距离越大,但存在极限距离.在地下线圈尺寸受限的情况下,为使检测信号灵敏度为5 nV时,超前探测距离达到30 m,提出了边长2 m线圈的匝数优化方案,共圈模式最少需要100匝,分离线圈模式最少需要10匝发射线圈和160匝接收线圈.仿真模型试验结果证明,随着噪声水平增大,磁共振超前探测距离和反演分辨率均减小.泽雅隧道探测实践表明,本文提出的地下空间磁共振理论在矿井和隧道环境中进行超前探测是可行的.

     

天然地震与人工爆破的波形小波特征研究div

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upsilon;-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．      

SAR图像中目标的检测和识别研究进展

SAR图像以其独有的全天时、全天候观测能力、形态探测能力和对地表的穿透性,在地学应用中比光学遥感更具优势.本文结合SAR图像检测和识别应用技术的发展过程,综述了SAR图像在噪声抑制、线状特征和纹理特征提取、图像分割和目标检测等方面的研究进展;介绍SAR图像检测和识别的最新研究情况;最后分析当今国内外SAR图像检测和识别所面临的问题,并对未来发展进行展望.     

明灯一号及邻近地区地震与爆炸的识别

通过明灯一号大当量爆破资料,挑选其周边地区天然地震和人工爆破事件,研究天然地震和人工爆破事件的波形记录特征,并应用两种模式进行识别。结果表明振幅比判据能反映天然地震与人工爆破的本质区别,可以作为识别两类事件的有效判据。两种模式识别方法的U检验效果较好,表明该研究的特征和方法具有实际应用前景。     

Tracking the North Korean nuclear explosion of 2006, using seismic data from Japan and satellite data from Taiwan

The location of the 2006 nuclear explosion in North Korea has been accurately imaged by back-projected regional Pn waves recorded by the Japanese Hi-net array. Based on the determined location, the nuclear explosion site can be identified from geo-referenced FORMOSAT-2 satellite images. The seismically determined epicenter is about 2.5 km northeast of the original estimate of its absolute location. Results indicate that a remote suspect event had been unambiguously detected and accurately located by a dense array within a regional distance. Employing ground truth correction, the satellite images can be referenced for shifting the array-determined epicenter to its absolute position. After correction, this event can be treated as a reference event for accurately locating future nuclear explosions. Our study utilizes public information from a dense seismic network and further demonstrates that commercial observation satellites can accurately monitor compliance with the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty, as well as earthquake and tsunami hazards almost in real time.     

Discrimination between nuclear explosions and earthquakes based on consideration of tectonic ambient shear stress values

IntroductionFor the need of a nuclear test ban treaty, international society must make great efforts to find effective methods for discrimination between earthquake and nuclear explosion. Thereupon, many methods of discrimination of nuclear explosion appeared. But, at present, there is some uncertainty to discriminate middle or small nuclear explosion (Peppin, McEvilly, 1974; Richards, Zarales, 1990). When we study tectonic ambient shear stress field of Southern California, we find that str…     

v-SVC算法在地震与爆破识别及窗长度选取中的应用

对天然地震与人工爆破的波形记录,本文用v—SVC支持向量分类机对由波形记录获取的香农熵特征进行了分类识别,效果较好;并对波形记录选取不同的信号窗长度,用v—SVC支持向量分类机分别进行了识别检验。结果表明:窗长度对识别效果有影响,以窗长度为2000点的识别效果最好,识别率达98%。这也表明,在地震与爆破的识别中,合理地选取波形记录的信号窗长度也是重要的。     

用改进的相对幅值法反演震源机制及其在核爆炸地震事件识别中的应用

与波形反演方法相比,相对幅值法在利用短周期地震波反演震源机制时不需要高分辨率的地球模型,因此更适合于低震级地震事件的震源机制反演．本文以Pearce的传统相对幅值法为基础,引入一种新目标函数以量化特定震源机制解模型的直达P波与地表反射pP和sP波的理论相对幅值与实际观测之间的不吻合程度,由此提高了相对幅值法的容错能力．利用改进的相对幅值法,反演了吉尔吉斯斯坦伊赛克湖地区震级分别为mb4.9和mb3.8的两次天然地震震源断层面解．对于较大的地震,利用5个远震台阵上观测的pP/P和sP/P相对幅值得到的震源断层面解,与哈佛大学的CMT断层面解非常接近;对于哈佛大学没有给出CMT解的较小地震,利用同样方法得到的震源断层面解的走向与震中位置处主要断层的走向一致,而且利用该断层面解可以拟合和解释区域台站上的长周期波形和P波初动方向．最后,为了说明相对幅值法在地下核爆炸地震事件识别中的应用,利用改进的相对幅值法分析了朝鲜2006年10月9日核试验的远震P波波形,发现没有断层面解与远震台站上的P波波形特征相吻合．     

The use of video imagery to analyse groundwater and shoreline dynamics on a dissipative beach

Groundwater seepage is known to influence beach erosion and accretion processes. However, field measurements of the variation of the groundwater seepage line (GWSL) and the vertical elevation difference between the GWSL and the shoreline are limited. We developed a methodology to extract the temporal variability of the shoreline and the wet-dry boundary using video imagery, with the overarching aim to examine elevation differences between the wet-dry boundary and the shoreline position in relation to rainfall and wave characteristics, during a tidal cycle. The wet-dry boundary was detected from 10 min time-averaged images collected at Ngaranui Beach, Raglan, New Zealand. An algorithm discriminated between the dry and wet cells using a threshold related to the maximum of the red, green, and blue intensities in Hue-Saturation-Value. Field measurements showed this corresponded to the location where the water table was within 2 cm of the beachface surface. Time stacks and time series of pixels extracted from cross-shore transects in the video imagery, were used to determine the location of the shoreline by manually digitizing the maximum run-up and minimum run-down location for each swash cycle, and averaging the result. In our test data set of 14 days covering a range of wave and rainfall conditions, we found 6 days when the elevation difference between the wet-dry boundary and the shoreline remained approximately constant during the tidal cycle. For these days, the wet-dry boundary corresponded to the upper limit of the swash zone. On the other 8 days, the wet-dry boundary and the shoreline decoupled with falling tide, leading to elevation differences of up to 2.5 m at low tide. Elevation differences between the GWSL and the shoreline at low tide were particularly large when the cumulative rainfall in the preceding month was greater than 200 mm. This research shows that the wet-dry boundary (such as often used in video shoreline-finding algorithms) is related to groundwater seepage on low-sloped, medium to fine sand beaches such as Ngaranui Beach (mean grain size ∼0.27 mm, beach slope ∼1:70) and may not be a good indicator of the position of the shoreline.     

用逐步代价最小决策法识别地震与爆破

在动态时间规整法的基础上, 建立了逐步代价最小决策法(SAMC). 该方法中的代价函数可以很好地反映特征归属, 对较差的特征具有一定的“容忍度”、 稳定性好, 还可用全程代价函数评判识别结果的可信度. 用SAMC方法对北京及其周边地区33次地震和29次爆破中提取的5个分类特征量进行识别, 识别率为90%; 从该5个特征量中选择较好的3个特征量进行识别, 识别率为92%; 在上述地区另选13次事件作为检验样本进行U检验, 5个分类特征量和3个分类特征量的识别率分别为92%和100%, 识别效果很好. 这表明SAMC是识别地震与爆破的有效方法.     

利用区域地震波形振幅包络约束朝鲜地下核试验的埋深和当量

核爆当量和埋藏深度是地下核试验的两个重要参数.根据中国东北地区区域范围内地震台站观测记录,利用Pn,Pg,Sn和Lg波波形,计算水平分量的尾波振幅包络,调查2006年10月9日,2009年5月25日,2013年2月13日和2016年1月6日四次朝鲜地下核试验的爆炸当量和埋藏深度.以牡丹江(MDJ)台站记录为例,对两个水平分量波形进行带通滤波,计算平均波形的振幅包络.最终得到区域地震台站水平分量振幅包络,振幅稳定,包络振幅的变化清晰地显示区域震相的位置.区域震相的时间域振幅包络由震源谱函数、传播效应、台基响应和传递函数及尾波形状函数构成.通过网格搜索的方法,拟合水平分量记录的波形包络,可以获得核爆当量和埋藏深度的估计.结果表明,朝鲜四次地下核试验爆炸当量以时间为序从0.6±0.2kt到3.0±1.5kt,增加至10.0±2.0kt,再降到8.0±2.0kt.2006年核爆的埋藏深度较浅,为150±100m,2009年朝鲜核试验的埋藏深度为350±100m,2013年和2016年朝鲜核试验的深度非常一致,均为500±200m.这些结果与前人的调查结果一致性较高,说明使用单一地震台站时间域水平分量尾波振幅包络是可能同时约束地下核试验爆炸当量和埋藏深度的.     

The lunar tides in the Antarctic mesosphere and lower thermosphere

Horizontal winds in the mesosphere and lower thermosphere over the Antarctic have been measured by a meteor radar at Rothera (67.5°S, 68.0°W) and MF radar at Davis (68.6°S, 78.0°E). Data from Rothera recorded over a 20-month interval in 2005–2006 and data from Davis recorded over the 13-year interval 1994–2006 are examined to investigate the monthly mean behaviour of the lunar semidiurnal tide. Both data sets show a clear signal of the 12.42-h lunar semidiurnal (M₂) tide. The amplitude reaches values as large as 8 m s⁻¹. The vertical wavelengths of the tide vary seasonally from 10 to 65 km. Comparisons of the phase of the tide measured over the two sites reveals that it does not purely consist of a migrating wavenumber 2 mode. This suggests that other, non-migrating, modes are likely to be present.