STA/LTA算法拾取微地震事件P波到时对比研究

本文将HZ-MS48微地震采集仪监测的实际数据,利用STA/LTA算法来识别微地震事件P波到时.比较了在不同STA(短时窗平均值)情况下对拾取精度和结果的影响.结果表明:此算法确定信噪比比较高的微地震事件是非常有效的,能精确拾取P波到时.利用5ms、10ms、20ms三种不同的短时窗处理数据,发现对P波拾取的敏感程度不同,短时窗的值越大,拾取P波的敏感性越低,拾取精度降低,触发的阈值应随着短时窗的增加而减小.     

一种改进的STA/LTA震相自动识别方法

震相自动识别是地震速报和地震预警中的重要工作之一.针对震相自动识别中最常使用的方法STA/LTA算法,提出了一种能反映地震信号振幅和频率变化特征的新的特征函数CF(i)=Y(i)2-Y(i-1)Y(i 1)(其中CF(i)为i时刻的特征函数,Y(i)为i时刻的地震信号振幅).谐波信号和有限的实际地震记录的应用表明,本方法具有较高的识别精度.     

用于地震预警的P波震相到时自动拾取

P波震相的自动拾取可用于地震预警中地震事件判别和地震定位,是实现基于地震台网地震预警的首要条件.针对地震预警中P波震相拾取的特点,本文发展了一套基于长短时平均(STA/LTA)和池赤准则(AIC)算法的多步骤P波自动拾取技术,应用Delaunay三角剖分提出了一种非几何相关的干扰信号剔除方法,并应用福建省数字地震台网记录对方法进行了验证,目前方法已经用到了福建省地震预警试验系统中.     

基于优化参数的地震P、S波震相到时自动拾取及质量评估

准确拾取P、S波震相到时是深入开展地震波研究工作的基础,本文改进了自动拾取参数优化函数算法和质量评估方案,引入了拾取到时优化方案,使用基于参数优化的频带-带宽拾取算法、AICD拾取算法和峰度拾取算法对腾冲地区7个宽频带地震台站记录的地震资料开展了地震P、S波到时自动拾取,对拾取结果进行了优化和质量判定.结果表明：经参数优化、拾取优化后,采用3种方法自动拾取的P、S波到时与人工拾取到时的时差在0.1 s内的记录占比分别达到74.66%、70.98%.这些参数值均优于算法改进前的同类参数,证明了优化方法的可靠性.

     

深度神经网络拾取地震P和S波到时

从地震波形数据中快速准确地提取各个震相的到时是地震学中的基础问题.本文针对上述问题提出了利用深度神经网络拾取到时的新方法,建立了用于地震到时提取的17层Inception深度网络模型,在对原始三分量数据进行高通滤波和归一化处理后输入网络直接输出到时信息.整个过程基于神经网络自适应提取波形特征,自动输出结果.通过对100组加了不同强度的噪声数据进行了可靠性检验,相比于其他方法神经网络方法对于噪声具有较高的容忍度以及稳定性,并且与地震目录数据有较高的相似性.相比于AR-AIC+STA/LTA,深度神经网络虽然运算速度稍慢,但整个过程不需设定时窗与阈值,同时具有更高的可用性,并且可以迭代升级以提高精度.此方法作为人工智能方法,为波形到时拾取提供了新思路.

     

地震检测与震相自动拾取研究

针对微震事件易受噪声干扰等特点,本文将STA/LTA方法和基于方差的AIC方法（var-AIC）相结合,在震相到时初步拾取的基础上,使用台站的德洛内（Delaunay）三角剖分及台站间最大走时差约束来减少噪声干扰的影响. 利用到时进行地震定位之后,根据台站预测到时,在设定的时间窗内对地震震相进行更精细的分析. 特别是针对微震事件信噪比低的特点,设计了基于偏振分析的拾取函数,根据窗内STA/LTA方法和var-AIC方法的拾取结果自动选择合适的值作为震相到时. 最后,对西昌流动地震台阵2013年304个单事件波形数据的分析处理和检验结果表明,本文方法较传统方法具有更高的地震事件检测能力和更高的震相拾取精度.      

利用标准时频变换方法在强噪声环境下无偏拾取地震P波、S波到时

地震P波、S波到时是精确分析地震水平位置、深度与速度结构等的重要参数,如何准确拾取P波和S波到时是地震学的一项重要的基础工作.大数据量与强噪声环境给地震到时的自动拾取带来了很大挑战.在频率域中可将信号与噪声分离,但会造成震相的偏移.针对上述问题,本文在STA/LTA、AIC方法的基础上,引入了标准时频变换（Normal Time-Frequency Transform,NTFT）,结合信号时间域与频率域特征,提出了基于NTFT的STA/LTA方法,以及基于NTFT的AIC方法来拾取P波和S波的到时.基于NTFT的STA/LTA方法通过构建即时频率约束的特征函数,以增强地震信号振幅响应的变化特征.基于NTFT的AIC方法则根据NTFT的变换系数定位即时频率-时间基准点,通过滑动窗口直接对标准时频谱进行AIC处理拾取最佳到时.本文采用了不同强度噪声的60组合成数据和105组实测地震数据对方法的可靠性进行检验.以人工拾取到时为参考,实测数据中NTFT-STA/LTA方法拾取P波、S波到时的均方根误差分别为0.36 s和0.56 s;NTFT-AIC方法拾取P波、S波到时的均方根误差分别为0.25 s和0.35 s.相比于STA/LTA、AIC方法,NTFT改进后的方法提高了P波和S波到时的拾取准确率,为强噪声环境下的地震波形到时拾取提供了新思路.

     

STA/LTA方法拾取天然地震波初至及其改进分析

长短时窗均值比（Short Term Average/Long Term Average,STA/LTA）方法因原理简单、实时性强,在地震波初至拾取中应用最为广泛．传统STA/LTA方法阈值选取依赖于人工经验,且其针对单一信号设定的阈值无法适用于不同类型的地震记录．针对此问题,本文通过建立阈值与背景噪声之间的联系,提出两种基于参考阈值拾取地震波初至新方法,即基于参考阈值的STA/LTA方法与基于参考阈值的STA/LTA改进法．首先,分析不同特征函数拾取地震波初至的灵敏度,引用关于信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）的特征函数抑制背景噪声干扰,降低阈值选取的难度;其次,给出不同背景噪声环境下阈值的计算公式,将阈值选取建立在严密的数学推导之上,提出基于参考阈值的STA/LTA方法;最后,针对天然地震背景噪声复杂,地震波初至拾取受短时强噪声干扰大的问题,通过改进时窗位置并加入取消时窗的方法提高算法的抗干扰能力,提出了基于参考阈值的STA/LTA改进法．实际地震数据处理结果表明,本文提出的两种方法能够克服固定阈值不能适用于所有地震记录的缺点,相较于传统STA/LTA方法...     

对P波衍射波Pdif震相记录范围的讨论

通过１６年（１９８０－１９９５年）中国地震台网对极远震记录资料分析后的结论是：Ｐ波衍射波Ｐｄｉｆ在中国台网的记录上震中距范围可达到１００°－１５８°附近，最低震级可在５．６级；佘山台的记录范围比全国台网窄些，而且对地区的灵敏度较大。结论说明我国地震台网对Ｐｄｉｆ震相的记录范围比理论值广，亦对台站速报和台站测震分析起一定作用。     

STA/LTA算法在MEMS烈度计中的适用性分析

为解决用于高密度布设的低成本MEMS烈度计集成软、硬件资源有限,且难以嵌入较为复杂算法的这一问题,基于Matlab的仿真计算,通过讨论在不同特征函数、时窗长度和短窗位置下STA/LTA值的变化趋势、拾取效果和运算时间,以选取能提高算法灵敏性、改善地震事件拾取效果和提高算法计算效率的参数,并将改进的STA/LTA算法应用于实际地震数据处理。结果表明:不同的特征函数对事件拾取率、拾取时间偏差和算法运算时间影响不同;长短时窗长度相差越大,STA/LTA值的变化越明显;时窗越长,算法运算时间越长;短窗置后可以增大STA/LTA值的变化幅度、减少算法计算量,改善算法拾取时间。改进的STA/LTA算法拾取效果更好,计算效率更高,占用内存资源更小,更适用于集成资源有限的MEMS烈度计。     

用振幅变化长短时均值比实现地震预警中P波自动拾取

地震P波到时快速、精确的自动拾取是实现地震预警的第一步。目前所有P波到时自动拾取方法都需要进一步考虑准确度问题,据此提出用"振幅变化"长短时均值比方法拾取P波到时。研究表明引进"振幅变化"作为特征函数比Allen的"振幅变化平方"更能突显地震波初至时刻的"突变"特征。对"振幅变化长短时均值比方法"和Allen的"振幅变化平方长短时均值比方法"进行抗噪音分析表明,在较低信噪比条件下,Allen方法不能准确地拾取P波到时,而新方法依然能较准确地拾取P波到时。在较高信噪比条件下,用两种方法拾取的160个M_S4.0地震P波到时,其误差大都在允许范围内,但新方法拾取的准确度略高。新方法可以看做是对长短时均值比方法的拓展。     

地震记录的P波自动捡拾

震相到时的精确捡拾是地震定位的关键所在,是进行地震预警的前提.对云南测震台网的观测数据进行P波自动捡拾试验.用基于幅值和频率的P波识别方法和STA/LTA方法捡拾到的P波到时,与人工捡拾的结果比较接近,取得较好的结果;用该方法对云南强震台网的部分强震记录的竖向资料进行P波到时自动识别,也获得了较好的结果.     

近震信号检测参数设置研究

地震信号检测是进行各种地震数据分析和处理的首要任务,STA/LTA方法具有算法简单、便于实时处理等特点,被广泛应用于地震信号检测.结合实际震例数据研究STA/LTA方法进行地震信号检测的各种影响因素,得到该方法进行检测时最合理的参数设置范围.     

VTI介质纯P波混合法正演模拟及稳定性分析

各向异性介质纯P波方程完全不受横波的干扰,在一定程度上可以减缓由于介质各向异性引起的数值不稳定,本文推导了具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质纯P波一阶速度-应力方程.由于纯P波方程存在一个分数形式的伪微分算子,无法直接采用有限差分法求解.针对该问题,本文采用伪谱法和高阶有限差分法联合求解波动方程,重点分析了混合法求解纯P波一阶速度-应力方程的稳定性问题,并给出了混合法求解纯P波方程的稳定性条件.数值模拟结果表明纯P波方程伪谱法和高阶有限差分混合法能够进行复杂介质的正演模拟,在强变速度、变密度的地球介质中仍然具有较好的稳定性.     

利用气枪地震资料对福建及台湾海峡南部地壳三维P波速度结构研究

根据福建及台湾海峡南部海陆联测试验记录到的Pg和Pm震相走时数据,利用速度与界面联合成像方法构建地壳三维P波速度结构,揭示了该区地壳深部构造特征.结果表明：福建和台湾海峡海陆过渡带以及海峡南部地壳速度结构存在明显的不均匀性,滨海断裂两侧速度结构复杂,随深度呈现明显的分段特征,其上地壳海陆过渡带呈高速特性,台湾海峡呈低速特性;下地壳海陆过渡带呈低速特性,台湾海峡呈高速特性;研究区莫霍面的深度约为28~33 km,存在较明显差异,闽粤交接部位存在明显的地壳厚度减薄,莫霍面深度接近28 km,这与正常型华南活动地块与减薄型南海活动地块交汇致使地壳厚度减薄有关,体现了活动块体边界构造特征.历史大震主要发生在高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的区域,现今中小震主要分布于闽粤海陆过渡带,这一特征可能与此地广泛发育的断层和华南与南海活动地块相互作用有关.     

新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所, 深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的MS≥1.5地震到时资料, 采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示: 新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系, 地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关, 高速异常区对应于天山造山带, 低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区, 与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连, 且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测, 在南北向构造挤压作用下, 塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生"层间插入与俯冲削减".重定位后地震分布显示, 地震震源深度优势范围为0~25 km, 主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布, 且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段地壳和上地幔顶部速度结构和动力学过程提供参考依据.     

微地震事件初至拾取SLPEA算法

微地震事件初至拾取是微地震数据处理的关键步骤之一.实际微地震监测资料中存在大量低信噪比事件,而传统方法对这些事件的应用效果并不理想.为了克服传统方法抗噪性弱的缺点,本文通过综合地震信号与环境噪声在振幅、偏振以及统计特征等方面的存在的差异,设计了一种针对低信噪比微地震事件的初至拾取方法——SLPEA算法.为了检验本文方法的可行性和有效性,分别对模型数据和实际资料进行了处理,并将处理结果与传统方法及手工拾取的结果进行了对比.分析表明,利用本文方法得到的初至到时与手工拾取结果的绝对误差平均值仅为1.33×10-3s,小于3个采样点;方差为3.21×10-6s2;初至到时在手工拾取结果±0.005 s误差范围内的个数占总数的95.8%.这些参数值均优于传统方法的同类参数,证明了本文方法的可靠性.     

Inversion of 3-D crustal P-wave velocity structure in Ningxia and its neighborhood by using direct, reflected and refracted waves

IntroductionUsingarrival-timeofobservedearthquakewavestoinfertheinteriorvelocitystrUctUreoftheearthisthebaseworkofgeophysics.Thepreviousstudyappliedclassicalmethodshaveobtainedmanymeaningfulresults(Jeffreys,Bullen,1940;Haddon,Bullen,1969;Mizutani,Abe,1972),andtodaytheseresultsstillisthefoundationbywhichweunderstandtheeaFth.Inthelasttwentyyears,alongwiththedevelopmentofseismicobservationarray,inversiontheoryandthepowerfulcomputer,theinversionmethodsanddatausingtoexplorethestructureofEarth'S…     

松辽盆地北部纵波速度区域特征分析及深层油气问题

近年来,松辽盆地深层天然气勘探取得重大突破,因此松辽盆地深层油气问题也受到诸多学者的高度重视.本文以松辽盆地北部深层油气问题为研究目标,对纵波速度资料进行重新整理和分析,描述了六条人工地震剖面的构造特征,并对盆地内几大主要断陷进行了评价.本次研究对于深层形态的定性说明有一定可信性,利用六条长剖面从区域角度分析该盆地深层地层分布以及讨论与油气的关系,可以得到更全面的认识,对进一步的深层油气勘探具有指导意义.     

P波视速度方法识别爆破群的初步研究

利用黑龙江省地震台网接收到的数字地震记录求出的P波视速度,将爆破的P波视速度和地震的P波速度比较,识别出爆破记录。结果表明：爆破的P波视速度小于地震的P波速度。