用三分量台站和台阵资料估计方位角和慢度

用NORESS台阵记录的短周期P波比较了用三分量台站和台阵估算方位角和慢度的能力。对垂直台阵的资料,方位角和慢度用宽带频率-波数(f-k)分析方法得到。对三分量资料采用偏振分析方法,应用NORESS公报中的波至时间和主频信息,资料处理是自动的。用NEIS(美国地震情报处)公报或区域台网公报的定位结果独立确定的方位角和/或慢度作参考。对100多个远震和区域事件进行了分析。它们是从各种不同距离、方位角和较大范围的信噪比(SNR)资料中挑选出来的。三分量台站估算方位角和慢度的能力很大程度上取决于资料的信噪比。大约在信噪比阈值为2以下的资料,对两个参数的估算结果分散都很大,对远震事件的慢度倾向于估计过高。并且三分量资料结果在NORESS台阵内依赖于位置而变化,用宽带f-k方法获得的台阵测量在一定信噪比水平上不受噪声的明显影响。对于具有足够信噪比的事件,两种方法都很好,但f-k方法更好一点。     

利用P波质点运动估计“中国数字地震观测网络”地震计方位角

新近建成的中国地震台阵(CEArray)由中国国家数字地震台网(CNDSN)、31个区域地震台网以及几个小孔径台阵构成,台站总数逾千,其中宽频带台站850多个。这一巨大台阵的建成为日常的地震活动监测及窥探地球内部结构提供了前所未有的契机。许多现代地震学研究都要进行垂向和水平分量的旋转,用以分离不同类型的地震波。因此两个水平分量的方位信息构成了正确旋转的关键。我们分析了CEArray台阵记录到的远场P波质点运动,并用以估测每个台站的BHN分量方位角。我们提出了一种基于信噪比的多事件方法来获取最佳方位角,可以很好地解释台站记录的P波质点运动特征。该方法可以给出方位角的稳健估值,包括基于背景噪声水平的误差。我们发现近1/3台站存在不同程度的方位角相关问题,包括水平分量方位角偏差、分量命名错误、以及单个或多个分量的极性反转等。这些问题在基于旋转的地震学分析中必须要慎重考虑。     

对南加州加纳谷井下台阵地方震记录资料的浅层各向异性的观测

研究了加纳谷(南加州)加速度传感器垂直台阵记录的剪切波在浅层(<200m)的各向异性效应。应用埋深在结晶基岩(220m)、风化结晶岩(22m)及沉积岩(15,6和0m)的传感器记录的地震事件,我们分析了剪切波的竖向传播走时和在不同深度处的偏振方向。剪切波水平分量的速矢端迹图展示了明显的线性的和固定的偏振方向,与地震位置和震源机制无关。偏振取向随深度而变化,在220m深度是N325°±13°,而在22,15,6和0m深度处是N25°±20°。(a)对剪切波在深部(>220m)的传播,220m深度处的偏振方向和距7km的美国地质调查局KNW台站观测得到的结果是一致的。通过对本区地震资料的处理研究,我们可以推断岩石构造各向异性是由矿物和(或)微裂纹沿某一方向的定向排列引起的。(b)对于剪切波在浅部的传播(<220m),观测到220m和22m间的快剪切波偏振方向为N0°±20°,且速度快8±2％。快、慢剪切波之间的传播延迟大致等于信号的半个主周期,且地表下质点的线性偏振可据椭圆运动的主方向来确定。N±20°的快剪切波偏振方向与圣安德烈斯断层区的水平最大主压应力方向一致。浅层各向异性的范围与蚀变花岗岩形成的低速有关。本文认为,介质各向异性或者是由应力在蚀变(如热液)介质中孔隙或裂纹发生形变引起的,或者是由两个具有不同线状构造方向的结晶岩单元的叠加而形成的。记录资料显示出,在0～200m的浅层中,各向异性强烈影响了小于30Hz的正常频段范围内的短周期地表记录。     

三分向台阵数据的偏振分析

给出了一种三分向地震台阵数据偏振分析的技术，并应用于挪威南部NORESS台阵三分向拾震器记录到的一大组区域事件。仔细分析了区域震相Pn、Sn和Lg的偏振性质。该技术基于Flinn(1965)最先提出的一种时域算法，通过解协方差矩阵的本征值问题，在滑动时间窗内计算偏振椭圆，由运动椭圆导出表征质点运动的各种属性。通过对不同拾震器的协方差矩阵求平均，把上述方法扩展到了由多个三分向拾震器组成的台阵情况，这样，当噪声和地方散射效应不相关时，可使方差估计减小1／M(M为拾震器数)。此方法的一个重要特点是穿过台阵相干波前的相速度不需要有很高精度。数据分析的重要结果为：在整个短周期频带内，很好地确定了Pn和Sn的偏振；由Pn和Lg波动获得了源方位的估计及Sn和Lg波独特的偏振属性使得在多数情形下能把这些震相区别出来。     

用三分量台站和台阵资料估计方位角的慢度

用ＮＯＲＥＳＳ台阵记录的短周期Ｐ波比较了用三分量台站和台阵估算方位角和慢度的能力。对垂直台阵的资料 位角和慢度用宽带频率－波数（ｆ－ｋ）分析方法得到。对三分量资料采用偏振分析方法,应用了ＮＯＲＥＳＳ公报中的波至时间和主频信息,资料处理是自动的。用ＮＥＩＳ（美国地震情报处）公报或区域台网公报的定位结果独立确定的方位角和／或慢度作参考。对１００多个远震和区域事件进行了分析。它们是从各种不距离、方位角和     

倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分（FDTD）算法

利用三维时域有限差分技术（FDTD）研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用Yee氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域Maxwell方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条件（UPML）被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上,利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法（2E2U）从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后,通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.     

利用P波质点运动估算中国东北地区固定台站地震计方位角

现代地震研究依赖于可靠的三分量观测数据,地震计的北分量是否严格指北将直接影响研究的准确性。然而,受台站附近磁异常或人为安装错误的影响,地震计的方位角可能出现偏差。基于东北地区154个固定台站2020年的远震数据,利用P波质点运动方法,估算了每个台站的北向分量方位角,以判断台站地震计是否存在方位角偏转问题。结果表明,84%的台站运行良好,12%的台站存在方位角偏差绝对值过大（>20°）或分量极性反转等问题。此外,分析后发现方位角偏转较大会导致H-κ叠加方法计算得到的地壳厚度和地震波速比出现偏差。因此,为确保地震学分析的可靠性,固定台站的地震计方位角需要进行定期校标。     

中国数字地震台网(CDSN)单台站P波偏振分析

偏振分析可以定量描述地震波的质点运动。 P波质点运动在水平方向上发生偏振, 使得传播方向会偏离台站与地震震源之间大圆弧的方向。 P波偏振分析可以用来约束地下结构以及反映地震各向异性, 提供与剪切波分裂等手段不同的证据。 本文介绍并使用主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)的方法, 计算了单一地震台的P波偏振, 同时, 利用谐和分析, 对台站下方的各向异性进行了分析。 将P波偏振分析应用到中国数字地震台网(China Digital Seismograph Network, CDSN)的四个台站10年左右的数据, 筛选并分析了震相清晰、 信噪比高的远震三分量初至P波的质点运动, 拟合出四个台站接收到的地震事件后方位角与P波水平偏离角度之间的三角函数曲线, 计算出拉萨台、 昆明台下方上地幔各向异性的偏振方向分别为66°和57°, 大致呈现北东东方向。     

地震动幅值沿深度变化研究

以美国加州强震观测计划(CSMIP)的6个土工台阵和日本Hosokura矿台阵为研究对象, 以323组三分量地表和地下地震动峰值数据为基础, 按照台阵场地的软硬和土层分布, 将其分为基岩、 土层和ldquo;土层/基岩rdquo;台阵. 对于同一类台阵记录的所有地震, 分别按照震级和地表地震动峰值的大小将其分类. 对于同一类台阵的各类地震, 分别对加速度、 速度和位移峰值沿深度的变化进行统计分析, 得到沿深度变化的峰值比, 并且用非线性最小平方法, 采用指数衰减模型, 对峰值比沿深度变化曲线进行拟合. 通过对各类场地的各类地震的分析, 得到了地震动峰值沿深度变化的初步规律.      

用三分量台站台阵测定方位角与慢度

我们比较了三分量台站测定ＮＯＲＥＳＳ台阵记录的短周期Ｐ型震相的方位角和慢度的能力。对于垂直台阵数据,可由宽频带频度－波数（ｆ－ｋ）分析得到方位角和慢度,而对于三分量数据,用偏振分析就可以了。使用从ＮＯＲＥＳＳ简报上获取的到时和优势频率,数据处理过程是自动化的。将取自ＮＥＩＳ或区域台网简报上的方位角和慢度的独立测值作为参考植。我们分析了多次地震,包括远震和近震。它们有着不同的距离和方位角,且信噪比（ＳＮＲ）的取值范围很大。三分量台站测定方位角和慢度的能力关键是依赖于ＳＮＲ。当ＳＮＲ小于阈值（约２）时,方位角与慢度的测值离散性很大,而且对于远震事件的慢度估计过高。ＮＯＲＥＳＳ台阵结果也具有场地依从性。在考虑到的ＳＮＲ值水平上,用宽频带ｆ－ｋ法获得的台阵测值受噪声的影响不大,而当ＳＮＲ充分大时,两种方法相当,ｆ－ｋ法     

短周期面波的自动检测算法

给出了一种短周期瑞雷(Rg)波的自动检测器,其目的是用于三分量台站所记录到的区域(<2.5°震中距)事件。该检测器以17～22s的瑞雷波自动检波方法为模型;我们已经修改了用在近距离和短周期的算法。我们对该检测器在印度中部一群定位很好的矿山爆破和该地区一组地面实测事件进行了检验。Rg波检测器结合了半自动的事件检测系统和定位算法,并被用在连续数据上。为进行前置滤波,对傅里叶方法和基于小波的方法进行了评估。在小波前置滤波后,我们看到了用Rg波检测器估算的后方位角标准偏差的样本,它与系列事件fk3CP波的后方位角相当。结果表明,用Rg震相后方位角定位与用小信噪比的初至震相后方位角定位这两种方法是兼容的。相对于傅里叶前置滤波而言,我们更推荐小波前置滤波,因为在近距离上,在低信噪比的背景上检波,小波前置滤波的一致性更好。     

地震台网的震中定位精度判据

用已出版的地震报告中的数据对震中精度进行了可靠且保守的估计。因为大量的地震研究依赖于地震定位报告,所以要估算地震定位误差。地震定位和参数估算大多数都是通过传统的线性反演方法用一维地球模型计算走时来获得。假设误差是高斯分布、零均值和不相关的,报告给出的定位结果是不精确的。遗憾的是,这种假设通常情况下是不成立的,特别对高置信度而言,不能真实估算定位误差。研究发现,地震定位精度与地震台网的几何形状紧密相关。我们利用两个确定震中位置的爆破形成近震台网(0°~2·5°)的定位判据。利用蒙特卡罗模拟台网几何,我们发现当近震台网符合以下判据时近震台网定位能精确到5km之内,具有95%的置信度:(1)250km以内有10个或更多的台站;(2)方位角小于110°;(3)次级方位角小于160°;(4)30km以内至少有一个台站。为得到近区域台网(2·5°~10°)、区域台网(2·5°~20°)和远震台网(28°~91°)的地震定位精度判据,我们使用了大量定位很好的地震和核爆炸数据。当超过局部范围时,我们发现次级方位角足以控制定位精度。当次级方位角超过120°时,定位误差将增加。当台站覆盖的次级方位角标准小于120°时,近区域台网的定位精度为20km,具有90%的置信度,区域台网和远震台网的定位精度为25km,具有90%的置信度。     

偏振分析在地震信号检测中的应用

给出了一种3分量地震数据偏振分析的技术,并将其应用到人工地震勘探信号的提取中。该技术基于时域算法,通过对协方差矩阵的本征分析,在滑动时间窗内计算偏振特性,由偏振椭圆导出表征质点运动的各种属性,并利用质点运动的特征构建偏振滤波器。本文对3分量合成地震记录和野外探测实验的实际3分量记录进行偏振分析研究,并在此基础上进行偏振滤波,有效地提高了信噪比。     

台阵和三分量台站的地表地形影响

对ＮＯＲＥＳＳ台阵和ＡＲＣＥＳＳ台阵以及这些台阵内的三分量子台,应用统一的慢度分析方法得出下面的结果：（１）对同一个源区事件的三分量解有相对大的散射;（２）不同的三分量台有不同的解。有语气表明,用统一的半空间模型从三分量数据中不足以慢度解,也就是说,地壳和上地幔的分层模型影响了长周期地表响应,地表地形和近地表结构干扰了地表质点运动和慢度解,尤其是在短周期频段。采用新提出的多道散射方法的数值模拟评估     

那曲、和田台阵对汶川地震序列的定位误差校正

针对汶川地震序列,利用慢度-方位角台站校正( SASC)法来提高那曲、和田2 个台阵的定位精度。结果显示,那曲台阵对汶川地震序列定位后,其后方位角和慢度残差的标准偏差在校正后分别降低了32% 和58% ;和田台阵的分别降低了38% 和71% 。校正后,那曲台阵记录的汶川地震序列中100% 的地震都提高了定位精度;和田台阵记录的所有地震的后方位角精度均得到提高,78% 的地震其慢度精度得到了提高。     

中国数字地震台网(CDSN)和IMS/PS台阵的监测定位能力评估

根据近震震级(ML)和远震震级(Ms)公式,估算了中国数字地震台网(CDSN)对近震和远震的定位能力,并把IMS／PS台阵(海拉尔台阵与兰州台阵)作为加强台站,与CDSN一并估算了其联合定位能力,此后,对两个定位能力结果做了比较。     

星球中的星球：地球内核的自转

近期发现地球内核地震波速度的各向异性对称轴有１０°的倾斜，由此确定了内核相对于地幔的方位随时间的变化。以国际地震中心（ＩＳＣ）１９６４￣１９９２年２９年的资料为基础，两种分析射线穿过内核时走时变化的方法都揭示：内核的旋转每年比地幔快３°，１９６９￣１９７３年内核方位的异常变化在时间上与地磁场的突变一致。     

定点形变破年变异常自动识别应用研究

基于奇异谱分析算法,以新疆东风煤矿钻孔倾斜EW分量和巴里坤水平摆倾斜NS分量为例,在去除典型干扰及长周期趋势变化的基础上,拟合观测资料背景年变序列。对于残差时间序列,结合震例进行动态R值检验,自动提取破年变异常特征时段,递归求解出了最高R值评分对应的异常判定准则。进而自动识别出具有最佳映震效能的破年变异常时段,实现了破年变异常判定的自动化和定量化,提高了前兆异常信号识别的可靠性和准确性。     

随钻四极源声波测井多模式采集测量TTI地层各向异性的研究

本文应用三维柱坐标时域有限差分方法模拟了多极子随钻声波测井的波场,提出了在横向各向同性（TI）慢速地层倾斜井中,使用四极源激发、多模式采集进行各向异性参数反演的方法.模拟结果表明：在强各向异性地层大角度倾斜井中使用四极源能够激发出多极模式波,并且井孔内的声场会随着声源方向角β（声源方向和快横波偏振方向的夹角）的改变而发生变化.使用四极子采集方式记录时,可以发现波形会分裂成快慢两种波;并且在声源方向与地层快横波偏振方向成45°时,分裂的两种波形的速度更趋近于地层快慢横波波速,用此可反演地层各向异性值大小.使用单极子采集方式记录时,其波形能量与声源方向角β大致成cos²2β的关系,在声源方向角为45°时,其波形幅度最小,用此可判断与快横波偏振方向成45°角的方向.使用AC方向（与声源同方向）偶极子采集方式记录时,当声源方向与快横波偏振方向一致时,采集到的波形幅度最小;而与快横波偏振方向垂直时,波形幅度最大,所以通过偶极子采集方式记录的波形可以判断快横波偏振方向.因此,在强各向异性倾斜井中进行随钻四极子测量时,可以使用多模式采集方式来进行地层各向异性的反演.     

一般各向异性介质中全波形的计算——由各向异性介质中爆炸源得出的结果

【摘要】本文介绍了一般各向异性介质(21个常量)中产生全波形的算法。对全波形进行了计算,其中包括各向异性介质中的点源和各种界面的反射和透射性质。计算采用了散射体算子的递归法和数值波数积分法。得出了每层的6×6系统矩阵A。A中的每一个元素都是按照波数可用作内循环(矢量化循环)的方式表示。A的本征值和本征矢量用数值法同时计算。根据辐射条件和Z分量Poynting矢量的性质分离上行和下行本征值,用Filon积分求对水平向