基于聚类经验模态分解（EEMD）的汶川MS8.0强震动记录时频特性分析

在2008年5月12日汶川MS8.0地震中,四川数字强震台网共获取了133组三分向加速度记录. 本文选取了一些不同断层距的台站所获取的强震动记录进行了处理和分析．在数据处理中,采用基于聚类经验模态分解（EEMD）提取信号时频特性的方法,有效获得了信号能量的时频分布,提取了中心频率、 Hilbert能量、最大振幅对应的时频等特性,并与傅里叶变换、小波变换进行了对比研究．研究结果表明, 对非线性的强震记录采用聚类经验模态分解（EEMD）能抑制经验模态分解（EMD）中存在的模态混叠问题;与傅里叶变换和小波变换相比发现, HHT边际谱在低频处幅值高于傅里叶谱;与小波变换受到所选取的母波强烈影响不同, HHT直接从强震记录中分离出固有模态函数（IMF）,更能反映出原始数据的固有特性, Hilbert谱反映出大部分能量都集中在一定的时间和频率范围内,而小波谱的能量却在频率范围内分布较为广泛．因此,基于EEMD的HHT在客观性和分辨率方面都具有明显的优越性,能提取到更多强震加速度记录的时频特性．      

2011年四川炉霍M_S5.3地震加速度记录的时频分析与能量计算

2011年4月10日四川炉霍发生Ms5.3地震.本文选取了此次地震中不同震中距的台站所获取的三分量加速度时程记录,针对目前EMD分解的HHT方法存在的模态混叠问题,采用了一种基于EEMD分解提取信号时频特性的方法,对加速度记录进行能量计算和时频分析发现,该方法不但有效抑制了以往EMD分解过程中所出现的模态混叠问题,而且还较好地提取到记录的时频特性和能量集中分布的时频段.并与Fourier变换、小波分析进行了对比研究证明了该方法在处理非平稳、非线性强震信号中的有效性和实用性,在强震数据处理领域有着较好的应用前景.     

希尔伯特-黄变换在地震资料处理中的应用

希尔伯特-黄变换是最新发展起来的处理非线性非平稳信号的时频分析方法.本文介绍了该方法的基本原理和几个关键技术,以及其优势所在,并将它应用于含随机噪音的地震信号和实际地震资料的分解.分解后的信号能够重构原始信号,重构后在信噪比和分辨率方面有了一定的提高,对地震资料的去噪有重要意义.     

希尔伯特-黄变换地震信号时频分析与属性提取

地震信号属于非线性和非平稳信号,传统的分析方法主要包括短时傅立叶变换、小波变换和Cohen类时频分布等等;希尔伯特-黄变换是分析非平稳信号的新方法,该方法的关键部分是信号的经验模态分解,通过经验模态分解,复杂的信号可以分解为有限的数量很少的几个固有模态函数,从而可以得到信号的希尔伯特时频谱;将该方法应用于单个的地震道数据,可以对地震道进行经验模态分解并得到希尔伯特谱,应用于地震剖面,可以得到意义更加明确的瞬时频率和瞬时振幅等地震属性,模型试算和实际应用表明了该方法的有效性.     

基于改进的希尔伯特-黄变换的地震强震动特征提取

2021年5月21日漾濞M_s6.4地震是云南近10 a以来继M_s6.5鲁甸地震和M_s6.6景谷地震后发生的又一次破坏性浅源地震,其震中位于滇西北地区维西-乔后断裂带附近。震源机制结果显示：此次地震属于走滑型破裂,符合区域构造特征。为进一步研究该地震强震动特征,特引入改进后的希尔伯特-黄变换(HHT),以不同角度客观分析强震动的尺度和频域特征。研究结果表明：希尔伯特-黄变换在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的边际谱和时频谱可在一定程度上保留原始数据的主要信息,该方法可为类似破坏性浅源地震的强震动特征分析提供更有效的信息参数,保证了信号分解的稳定性,更适于处理非平稳信号,可为现代信号应用分析于强震动特征提供另一种新思路。     

希尔伯特-黄变换方法在固体潮数据处理中的应用

介绍了希尔伯特-黄变换方法的基本原理和实现方法,分析了该方法在仿真信号处理中的适用性和稳定性.针对模拟信号中的阶跃、突跳、随机噪声对HHT分析结果的影响进行了分类研究,结果表明该方法具有很好的时频分辨率,对前兆资料中典型的阶跃、突跳反应明显,稳定性较好,能将高于噪声2倍标准差的信号进行有效分离.最后,通过前兆资料的2个实例验证了该方法在前兆数据分析中的适用性,发现HHT方法可以有效的识别出实际观测资料中的固体潮信息,对干扰排除和异常提取具有一定的参考意义.     

河北尚义M4.0地震加速度记录时频特性分析

2016年6月23日,河北张家口尚义县发生M 4.0地震,发震构造为尚义-平泉断裂。采用基于聚类经验模态分解（EEMD）的HHT计算方法,对尚义M4.0地震强震动记录进行EEMD分解、Hilbert谱变换及谱分析,得到强震动台站的加速度记录分量的时程、FFT谱和边际谱、瞬时能量谱及时频谱,对比分析并认识各种谱的时频特性及规律,做好灾前预防工作,以减少人民生命财产损失。     

希尔伯特—黄变换在地电阻率数据处理中的应用

希尔伯特—黄变换用于处理非线性非平稳信号,由经验模态分解和希尔伯特谱分析2部分组成。本文采用希尔伯特—黄变换方法,相继对大同地震台地电阻率月值数据和宝昌地震台地电阻率月值、整点值数据进行处理。结果显示:(1)大同、宝昌地震台地电阻率月值数据对应的Hilbert谱具有较高分辨率,高幅值在归一化频率0.05—0.15区间内呈"余弦"变化形态;(2)希尔伯特—黄变换在提取地电阻率异常变化、高频信息及去除噪声等方面效果较好,在未来地电资料处理中具有广泛的应用前景。     

基于希尔伯特-黄变换的汶川地震记录分析

利用HHT方法对6个台站的汶川8.0级地震加速度记录进行EMD分解,进而对地震波输入结构的总能量进行分解,得到地震动能量在IMF分量之间的分布关系。同时通过对各分量边际能量谱的分析,可以从另一方面得到地震波的频谱特性,边际能量谱峰值频率与地震波傅立叶谱的卓越频率相同,边际能量谱也可以作为一种估算震动卓越周期的方法。     

希尔伯特-黄变换在海底大地电磁测深数据处理中的应用

海水运动产生的电磁场,是海底大地电磁探测数据中的主要噪声之一,影响了数据处理与解释的精度.为提高海底MT探测的应用效果,本文在海底MT信号处理中引入HHT时频分析方法.结合海底MT噪声的特点与海底MT信号的特性,对南海实测数据进行分析,通过对比去噪前后信号的Hilbert时-频谱和边际谱,表明利用经验模态分解及其多尺度滤波特性,能够有效压制海水运动产生的电磁噪声.经HHT去噪后的测深曲线在一定程度上有所改善,仍存在"飞点"现象;再结合Robust估计,明显改善海底大地电磁探测数据质量,得到满意的观测结果.     

应用地震干涉法定位四川九寨沟7.0级地震震源位置

利用地震干涉法对2017年8月8日九寨沟M7.0主震及部分余震进行定位.地震干涉法在可控源地震勘探领域有着广泛应用,但由于震源机制和震源辐射花样的复杂性,在天然地震研究中,地震干涉震源成像应用较少.本研究将地震干涉震源成像技术应用到了天然地震定位中,通过计算原始地震波形记录的特征函数,消除了由于震源辐射花样不同而引起的初动方向不一致性.通过对干涉波形进行偏移叠加,选择互相关型和卷积型两种偏移核函数,分别对震源水平位置和深度进行偏移成像,确定了九寨沟M7.0主震及11次M > 3.5余震的震源位置参数.结果显示,这次地震发生在一个之前未被关注的无名断裂（现已命名为树正断裂）上,研究分析推测,树正断裂与虎牙断裂存在连接的可能性.

     

基于NNSIM随机有限断层法的7.0级九寨沟地震强地面运动场重建

北京时间2017年8月8日21时19分在四川阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生了7.0级地震,作者利用新提出的震源破裂过程控制的NNSIM随机有限断层方法,对震中约100 km范围内强地面运动进行了情景构建,并与研究区范围内的8个强震测震台观测记录进行了加速度、速度、反应谱对比,对比的一致性说明模拟过程中所应用的各种震源参数适合九寨沟7.0地震的近震源强地面运动重建.论文的后半部分基于相同参数模拟了九寨沟7.0级地震的近震源强地面运动场的空间分布,结果显示此次地震强地面运动的PGA、PGV以及反应谱分布均呈现出以震中为圆心的圆形分布,不具有大地震沿断层走向的分布特点.论文最后关于反应谱的讨论,揭示了此次九寨沟县城灾害不重的直接原因.

     

基于小波变换的2013年芦山MS7.0地震前姑咱台钻孔应变异常时频分析

2013年4月20日芦山M_S7.0地震前,四川省姑咱台四分量YRY-4型钻孔应变仪记录到显著的高频应变畸变信号。为了避免该畸变信号的高频部分在时频演化过程中发生频率混叠现象,同时便于讨论同一研究频段内震前更早记录到的弱应变异常时段与显著应变异常时段的相关性,本文对2012年1月1日至2013年4月20日期间姑咱台的钻孔应变数据进行了时频分析,并使用时域分段的小波变换方法,在局部时频谱中提取了应变异常,分析了各应变异常的频率相关性。结果表明,研究频段内存在两个峰值频率,峰值频率附近频段内弱应变异常时段与显著应变异常时段的相关系数为0.85,统计出的无震时段与其显著应变异常时段之间的相关系数只有?0.007,且已排除远震以及外界环境带来的干扰,因此该峰值频率作为异常频率的可信度较高,由此推测四分量钻孔应变仪所记录到的两种不同程度的应变畸变信号的演化过程可能与芦山M_S7.0地震相关。      

九寨沟MS 7.0地震强震动特征及构造影响

从余震序列分布、震源机制、断裂构造、地震烈度和发震构造,简要论述九寨沟M_S7.0地震及构造背景,在此基础上,整理此次地震198条强震动记录,分析强震动峰值加速度分布特征（衰减规律）及构造影响因素,发现峰值加速度在发震断层两侧的衰减具有明显的不对称性,其中NE向衰减缓慢,SW向衰减迅速,该现象不仅与发震断层的倾向、倾角有关,还与不同构造块体的介质差异密切相关。     

2017年8月8日九寨沟7.0级地震长波辐射异常特征

通过距平方法,研究2017年8月8日九寨沟7.0级地震前震中所在区域（95.00°—110.00°E,25.00°—45.00°N）长波辐射时空演化特征,研究结果表明:①2017年7月,去除背景之后的长波辐射场在震区附近出现显著增强现象,增强区域基本走向与地质构造走向一致,其主体区域沿着巴颜喀拉块体南缘边界带,重要分支横跨巴颜喀拉块体,直接延伸至九寨沟7.0级地震震中;②紧邻九寨沟7.0级地震震中的4个格点在去除背景变化后的长波辐射时序曲线变化特征基本一致,即在2017年7月出现显著大于其他月份的现象。     

GNSS观测的九寨沟7.0级地震同震位移初步结果

2017年8月8日四川省九寨沟县发生了7.0级地震,中国大陆构造环境网络与北斗地基增强系统的GNSS连续观测共同监测到了此次地震的同震位移（坐标：东向为正,北向为正）,结果显示：3个站点记录到了明显的同震位移,距离震中43 km的九寨沟台站（SCJZ）在东西向的位移为-9.8±1.5 mm,在南北向的位移为3.3±0.7 mm;距离震中65 km的松潘站（SCSP）在东西向的位移为-1.8±0.7 mm,在南北向的位移为-7.7±0.6 mm;距离震中77 km的舟曲站（GSZQ）在东西向的位移为0.4±1.2 mm,在南北向的位移为3.6±0.8 mm.通过同震位移分布特征,可以推测此次地震为一次左旋走滑型事件,引起水平向同震位移大致不超过150 km范围,地震对东南侧的龙门山断裂带影响非常小,对北侧的塔藏断裂和西侧的岷江断裂处引起的同震位移为厘米级.同震位移的反演结果显示：断层面上滑动量主要集中在7 km深度,最大量值约为0.4 m,平均滑动角为-15°,利用滑动分布计算的相应矩震级为M_W6.4,与地震波反演结果相当.结合同震滑动分布、同震主应变分布、余震分布和震源机制解等特征,推测此次地震破裂极值区累积的能量得到较充分释放,进一步分析得出此次地震在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂处产生了一定的应力变化,值得持续关注.

     

对2017年九寨沟MS7.0地震的预测分析

2017年8月8日四川九寨沟发生M_S7.0地震。震前我们实验室主要做出以下预测：（1）根据我国强震的空间分布有序性规律,在2015年曾做出预测：甘肃省东南部、四川交界处将来可能会发生8级地震;（2）根据44年周期和7年周期,2016年预测四川区域在2017年会有7.5级地震发生;（3）依据地磁仪器观测到的数据异常,2017年7月28日认为近期将有6~7级地震发生。九寨沟地震发生后,经综合分析我们的三次预测,以及6—7月在四川茂县出现的多次滑坡事件,认为若将这些因素结合起来,将会是一个很好的短临预测方式。     

四川九寨沟Ms7.0地震前地电阻率的异常变化

四川九寨沟7.0级地震前,距离震中360km的平凉井下地电阻率出现了持续1年的趋势异常,NS和EW测项异常幅度年变化率均大于背景值(正常年变化0.6%和0.4%),分别为1.1%、0.6%;2017年6月27—29日中国地震局台网中心、宁夏地震局、甘肃省地震局组成联合异常核实小组,对这组变化进行分析研判,确定是地下介质电性发生了变化,属于震兆异常。在震前20个小时平凉地电NS和EW两个测道日变化率分别为8.9‰、1.5‰,主震结束后,测值基本恢复到背景值。该次变化对地震预测有积极的研究价值。     

云南鲁甸Ms6.5级地震罕见大峰值记录时-频反应谱分析

2014年云南鲁甸M_s6.5地震龙头山台站记录到东西向峰值加速度948.50 Gal的罕见大峰值记录（简称"龙头山EW记录"）,震中烈度高达Ⅸ度,而震中距大于10 km以后,峰值加速度和烈度均迅速减小。为研究这一现象,利用时-频反应谱对震中距45 km以内的6个台站记录进行了时频特性分析,发现龙头山EW记录幅值区域相对集中且谱值很大,沿持时轴连续分布两个幅值带,高频和低频成分均远大于其拓展设计反应谱,据此设计的自振周期处于0.4~0.8s的结构将遭受严重累积破坏。另外5个台站时-频反应谱值小且覆盖区域狭小,作用时间短,无论在自振周期轴方向,还是持时轴方向均远小于其拓展设计反应谱覆盖区域,结构不会发生破坏或仅发生可修复的轻微破坏。震害调查结果与时-频反应谱分析结果相符,证明鲁甸地震小震级、高烈度、大灾害的特点与龙头山EW罕见大峰值记录的时频特性有着密切关系,时-频反应谱有利于用来分析结构破坏机理,具有研究的理论意义与应用价值。