用遗传算法确定三维横向不均匀介质中的近震震源位置

介绍了用遗传算法在三维横向不均匀介质中确定震源位置的研究思路并简述了三维横向不均匀介质中走时计算的基本原理，在遗传算法的迭代过程中，考虑到初始迭代阶段有较大的参数搜索空间而在最后迭代阶段有较小的参数空间，提出了遗传算法中变异概率随迭代次数下降的函数形式并对其进行了分析，结果表明，随迭代次数指数下降的变异概率使得算法收敛加快，而且反演得到的震源位置的各台站走时残差比原定震源位置的明显减小。     

双差地震定位算法：方法和在加州北海沃德断层上的应用

研究出一种在远距离范围确定高分辨率震源位置的有效方法。这种定位法同时使用普通的绝对走时和／或互相关的P波和S波的差异走时数据。将每个台站观测的事件都与台站组成台站一事件对，使地震对的观测和理论走时之差的残差(或双差)最小。反复调整震源对的矢量差，得到了最小二乘解。双差算法用于没有进行台站校正的未经模型化的速度结构而使误差最小化。因为地震目录和互相关数据同时应用在一个方程组中，多重事件内部的事件之间的距离取决于互相关数据的精度，而多重事件和不相关事件之间的相对位置取决于绝对走时的精度。统计的再抽样方法用于估算数据的精度和定位的误差。双差定位的不确定性与地震目录相比降低了一个数量级以上。这种算法已得到验证，并应用在加州北海沃德断层上的两个地震丛的定位中。它使分散的目录定位集中成水平震源条带，形成了清晰的地震活动图象，揭示了断层上存在一个狭窄的通过脆性破裂释放应力的区域。     

2011年云南盈江Ms5.8地震及其余震序列重定位

使用川滇地区三维走时表和三维速度模型,利用单纯形法对2011年3月10日云南盈江Ms5.8地震进行了重新定位.震中位置为97.901°E,24.677°N;震源深度13.1 km.使用双差定位方法对其余震序列进行了重定位.余震呈现明显的时空分布特征:余震主要分布在大盈江断裂的两侧及中段和北东段的转折处,余震带长度约12...     

珊溪水库M_L4.6震群精确定位与发震构造研究

利用浙江、福建区域地震台网和珊溪水库台网给出的P波走时资料,通过震源位置和速度结构联合反演方法,重新确定了珊溪水库地震的震源参数。并通过假设发震断层可以用一个平面进行拟合的思路,利用重新确定的震源参数拟合得到了发震断层面参数。收集了2267条P波到时数据,求解了ML4.0以上地震震源机制解,结合水库区的断层活动性特征和宏观调查资料,讨论了珊溪水库地震序列的发震构造。     

近场爆炸地震优化定位方法研究

地震定位是地震学中的反演问题之一 .准确的震源位置是研究地震动态图象、构造与地震活动关系的基础 ,是地震的重要参数 ,也是研究强震余震空间分布的基础资料 .地震定位的精度主要依赖于地壳速度模型的可靠性、台网布局合理程度、走时的准确性和定位方法 (赵仲和 ,1 983;朱元清 ,赵仲和 ,1 997;李学政等 ,1 999) .速度模型的可靠性程度如何直接影响定位结果的优劣 ;合理的台网布局可提高定位精度 ,否则会造成病态方程 ,引起较大的定位误差 ;走时不准 ,如震相误判、时间服务器不准 ,引起实测走时误差 ,致使定位结果和实际震源位置不吻合 ;不…     

干涉走时微地震震源定位方法

本文基于地震波场干涉原理,建立了干涉走时微地震震源定位方法.该方法将两个接收点相对于一个微地震事件的走时差(称为干涉走时)的扰动作为残差函数,通过迭代求解最小残差函数,最终获得震源的空间位置.干涉走时震源定位方法利用两个接收点的到时差消除发震时刻未知和速度模型误差的影响,简化了震源定位算法.数值计算表明,本文提出的干涉走时定位方法在速度模型有误差的情况下仍然可以获得准确的微地震震源定位.     

地震定位的三条原理

证明了在横向均匀、径向分层的球对称地球模型内进行地震定位的三条原理：（1）不需用走时表就可以测定出地震震中；（2）震源深度残差在某个震中距处改变符号，该震中距是震源深度的函数，但与距离残差无关；（3）在地球表面两个随机点之间的距离△以sir△分布。原理（1）意味着在没有同时求出震源深度和发震时刻的情况下也能测定震中。原理（2）指出从来不应该用4个震源参数联合回归法求解震源深度。在使用标准的最小二乘法时，为何读晚了的到时数据常常比精确读数起的作用大，原理（3）对此提出了一种可能解释。这些原理一起说明了地震定位的问题是个病态问题。只有用先验知识（如走时表）来约束容许解的范围使问题不再病态，联合最小二乘回归法才能求得震源的真实位置。但如果走时表是由震源位置解导出的，则定位误差和走时表误差会互有影响，不能去除问题的局部极小值对应的解。古登堡曾想通过假设残差是非负矢量来校正方位集中引起的残差。     

京津唐地区中小地震重新定位

利用华北遥测台网和首都圈数字地震台网112个台站记录到的1993—2004年发生在首都圈地区3983次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法联合反演首都圈地区的地震震源参数,给出了2809次地震的重新定位结果.经地震重新定位后,P波绝对走时均方根残差由初始的1.2s降为0.3s,定位精度有了非常显著的提高.重新定位后的地震震中更集中分布在断层带地区,条带状更为清晰.在唐山地区的唐山—大城断裂带,地震主要集中在断裂带内,两侧的地震比较稀少.从重新定位后的震中分布可以看出,研究区域内的地震活动带呈现更明显的北北东向和北西西向的条带状分布,说明这两组方向的断裂最为活跃.用双差地震层析成像方法得到的唐山地区的地震震源位置,沿北东方向剖面在深度上呈现明显的3个小震群的特点,震源最大深度为25km.唐山地区地震重新定位结果的对比性研究表明,双差层析成像方法得到的震源参数的精度高于常规地震层析成像方法和双差法.     

2019年甘肃张掖M5.0地震余震序列重定位

本文使用祁连山主动源台网和甘肃省数字测震台网记录到的地震资料,应用双差定位方法和遗传算法对2019年甘肃张掖M5.0地震及其余震进行重定位,获得了30个地震事件的重定位结果,双差定位显示主震位置为38.502°N,100.254°E,震源深度14.7 km。重定位结果显示余震分布在昌马—俄博断裂,较为集中,震源深度主要分布在5～15 km范围内,余震序列沿SW—NE向空间分布。     

近震资料确定三维地震速度结构的一种方法

我们研究了由近震得到的地震走时资料估计地震波速度三维结构的反演方法。这种方法由同时确定速度界面的二维深度分布、三维速度分布、台站校正和震源来表征。速度界面的深度分布和慢度扰动的分布以纬度、经度和深度的幂级数来拟合。这种三维地震结构的表示不仅有助于减少未知参数的个数,也有助于解析地求取界面深度、速度和走时关于未知参数偏导数的值。连接震源和台站之间的射线轨迹,是在具有确切界面深度分布的简化的速度分布条件下由称为试射法的射线追踪方法确定的。数值试验证明,我们的反演方法可成功地估计三维速度结构。     

京津唐张地区速度结构和震源位置联合反演的遗传算法

震源参数和速度结构的联合反演是一个典型的非线性名参数最优化问题，常规的局部线性化反演方法往往易于陷入局部极值，且严重依赖于初始模型的选取。模拟生物界进化的遗传算法则是一种简单而高效的全局性搜索方法。     

1D elastic full‐waveform inversion and uncertainty estimation by means of a hybrid genetic algorithm–Gibbs sampler approach

Stochastic optimization methods, such as genetic algorithms, search for the global minimum of the misfit function within a given parameter range and do not require any calculation of the gradients of the misfit surfaces. More importantly, these methods collect a series of models and associated likelihoods that can be used to estimate the posterior probability distribution. However, because genetic algorithms are not a Markov chain Monte Carlo method, the direct use of the genetic‐algorithm‐sampled models and their associated likelihoods produce a biased estimation of the posterior probability distribution. In contrast, Markov chain Monte Carlo methods, such as the Metropolis–Hastings and Gibbs sampler, provide accurate posterior probability distributions but at considerable computational cost. In this paper, we use a hybrid method that combines the speed of a genetic algorithm to find an optimal solution and the accuracy of a Gibbs sampler to obtain a reliable estimation of the posterior probability distributions. First, we test this method on an analytical function and show that the genetic algorithm method cannot recover the true probability distributions and that it tends to underestimate the true uncertainties. Conversely, combining the genetic algorithm optimization with a Gibbs sampler step enables us to recover the true posterior probability distributions. Then, we demonstrate the applicability of this hybrid method by performing one‐dimensional elastic full‐waveform inversions on synthetic and field data. We also discuss how an appropriate genetic algorithm implementation is essential to attenuate the “genetic drift” effect and to maximize the exploration of the model space. In fact, a wide and efficient exploration of the model space is important not only to avoid entrapment in local minima during the genetic algorithm optimization but also to ensure a reliable estimation of the posterior probability distributions in the subsequent Gibbs sampler step.     

The inversion of 3-D crustal structure and hypocenter location in the Beijing-Tianjin-Tangshan-Zhangjiakou area by genetic algorithm

Ｔｈｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆ３┐ＤｃｒｕｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｙｐｏｃｅｎｔｅｒｌｏｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＢｅｉｊｉｎｇ┐Ｔｉａｎｊｉｎ┐Ｔａｎｇｓｈａｎ┐Ｚｈａｎｇｊｉａｋｏｕａｒｅａｂｙｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏ┐ｒｉｔｈｍＹＯＮＧ－Ｇ...     

Extending the double-difference location technique to mining applications part I: Numerical study

The location of the seismic event hypocenter is the very first task undertaken when studying any seismological problem. The accuracy of the solution can significantly influence consecutive stages of analysis, so there is a continuous demand for new, more efficient and accurate location algorithms. It is important to recognize that there is no single universal location algorithm which will perform equally well in any situation. The type of seismicity, the geometry of the recording seismic network, the size of the controlled area, tectonic complexity, are the most important factors influencing the performance of location algorithms. In this paper we propose a new location algorithm called the extended double difference (EDD) which combines the insensitivity of the double-difference (DD) algorithm to the velocity structure with the special demands imposed by mining: continuous change of network geometry and a very local recording capability of the network for dominating small induced events. The proposed method provides significantly better estimation of hypocenter depths and origin times compared to the classical and double-difference approaches, the price being greater sensitivity to the velocity structure than the DD approach. The efficiency of both algorithms for the epicentral coordinates is similar.     

Extending the double difference location technique—improving hypocenter depth determination

Locating the seismic event hypocenter is the very first issue undertaken when studying any seismological problem. Thus, the accuracy of the obtained solution can significantly influence consecutive stages of an analysis, so there is a continuous demand for new, more efficient, and accurate location algorithms. It is well recognized that there exists no single universal location algorithm which performs equally well in all situations. Seismic activity and its spatial variability over time, seismic network geometry, and the controlled area’s geological complexity are factors influencing the performance of location algorithms. For example, in the case of mining applications, the planarity of the seismic network usually operated at the exploitation level becomes an important issue limiting the accuracy of location of the hypocenter depths. In this paper, we push forward the discussion on the performance of the newly proposed location algorithm called the extended double difference (EDD), concentrating on the reliability of source depth estimation for mining-induced seismic events. We demonstrate that the EDD algorithm very efficiently uses information originating from the nonplanarity of the seismic network, improving the hypocenter depth estimates with respect to the classical double difference technique. Methodological considerations are illustrated by real data analysis of selected events from the Rudna copper mine (Poland).     

三维复杂速度模型的交切法地震定位

地震定位是地震监测与减灾研究重要基础.基于均匀或横向均匀介质模型,利用震源轨迹确定震源位置的交切法具有稳健和效率高的优点,但定位精度较低,特别是震源深度.为提高震源定位精度,我们提出适用于三维复杂速度模型的地震定位交切法.将地壳速度模型由均匀或横向均匀介质模型扩展为三维复杂速度模型;均匀或横向均匀介质模型对应的原假设为球面或双曲面的震源轨迹通过最小走时树射线追踪技术予以确定.确定震源位置的震源轨迹以到时差作为约束条件;将震源定位于震源轨迹交汇最密集的点处,即总的到时差残差(RDT)最小的点处.定位结果的不确定性可通过RDT值较小节点的空间分布予以定性表示.考察了准确速度模型、扰动速度模型、扰动观测到时及地震在台网外等4种情况下改进方法的地震定位效果,结果表明改进的交切法可用于三维复杂速度模型的地震定位;综合利用P波与S波的到时差信息,可明显改善震源位置约束;使用多条震源轨迹进行定位,有助于减少由随机因素导致的定位误差.     

云南腾冲地区三维地震定位

本文利用中国数字测震台网和流动台站的地震资料,基于参数优化的AICD自动拾取算法和质量评估方案得到了高质量的震相到时,并在此基础上使用一维、三维定位方法对腾冲地区的799次地震事件进行了重新定位。定位结果显示:水平方向上,一维、三维重定位结果相差较小;深度方向上,三维定位的震源成丛分布比一维定位结果更加密集,地震主要位于地壳内低速层之上。分别利用一维、三维定位方法对典型地震、人工震源进行定位,结果表明,三维定位的精度明显优于一维定位,其在水平、深度方向上的平均绝对定位误差分别为0.7 km和1.3 km。      

阿拉木图试验场强震预报的弱震活动性和震源机制参数研究

研究弱震活动性参数的时间进程和空间分布,这些参数是K=10与K=9地震数量之比(N10/N9)、震源深度以及震源机制确定的压应力轴方位角的变化。绘制出弱震活动性参数的空间分布图,识别可预报强震的弱震活动性参数的中期异常。得出强震前1~2年期间的强震孕育区位置。     

近台资料对近震相对定位算法的影响

从地震定位的基本原理出发,分析认为近台资料可用于双差定位算法,但不能用于其他相对定位方法.在此基础上,通过分析和模拟计算表明,应用近台资料时,双差法有可能给出一定精度的地震绝对位置.但仅采用近台资料时,相对位置的误差会比使用远台资料时有所增加.近台和远台资料的联合使用,有利于得到较为精确的定位结果.当震源深度远小于震中距时,如果没有深度震相的参与,只能得到误差较小的震中相对分布,深度的相对位置仍有较大的误差.对2003年新疆伽师地震余震序列中部分余震的重新定位试验,验证了近台资料对双差定位算法的上述影响.