华北科学探测台阵背景噪声特征分析

利用华北科学探测台阵180多个宽频带台站2007年的连续记录,得到了台站之间噪声互相关函数.通过对三个分量记录的相关运算,获得了Rayleigh波和Love波的经验格林函数,分析了其信噪比随周期的变化和高信噪比台站对的方位分布.利用经验格林函数的非对称性和聚束方法,研究了华北科学探测台阵地震噪声的方位分布,及其季节变化特征.尽管噪声源的分布随季节有轻微变化,但全年的分析结果表明,10～32 s周期内华北台阵的地震噪声源在各个方向上的分布近于均匀,这为利用噪声成像提供了理论前提.     

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。     

海拉尔地震台阵噪声源调查

利用海拉尔地震台阵位置资料,选取台阵半径50 km范围,通过实地摸排和GPS仪定位方法,判断台阵周围有无国际标注的各大噪声源,同时计算噪声源与台阵的距离,分析台阵所属9个子台环境噪声水平,并将现今噪声功率谱与2000年时进行对比,汇总结果,并对台阵环境噪声水平进行评价。结果表明,海拉尔地震台阵周围有6类噪声源,其中工业设施和公共交通对台阵噪声水平的影响集中在高频段,但对监测能力影响不大;根据地震计安放位置与干扰源的最小距离进行评价,得出7个子台噪声源水平达到Ⅰ级台站环境地噪声水平,B₄、B₅子台处于Ⅱ级台站环境地噪声水平,台阵噪声水平总体处于良好状态,不影响仪器的正常运行。     

格尔木地震台阵勘址数据分析与台阵布局设计

为了增强西部地区的地震监测能力, 中国拟在格尔木地区建立一个小孔径地震台阵。 本文对台阵勘址数据进行了噪声与信号的相关性分析, 得到地震监测的最佳台间距。 结果表明, 对于近震和区域震的监测, 该台阵子台间距最好小于500 m, 对于远震的监测, 台站组合间距应为1500～2000 m。 最后将勘址布设的台阵作为初选台阵进行了台阵响应计算, 计算显示, 台阵响应的主瓣在NW-ES方向较窄, 表明对来自该方向事件的慢度分辨率较高; 由于呈“L”型分布, 该初选台阵确定某些方向地震的方位角较好, 但检测其他方向事件的方位角精度不高, 这可以通过台阵校正进行改善; 台阵响应中出现的多处侧瓣是由于子台间距较大造成的。     

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     

不同深度布设台站的噪声及信号幅值特征分析

为探究地震观测中地震计检测到的噪声和信号强度均受其布设深度的影响,本文首先对CPUP和LPAZ两台站布设的不同深度地震计所得到的数据进行噪声水平和地震信号对比;其次采用对比功率谱密度的方法对两台站不同通道采集到的不同时段的噪声数据进行分析;最后比较两台站不同通道采集到的整月数据的噪声幅值、信号幅值、信噪比特征。结果显示:深度较大的通道,其噪声功率均值较小;当事件信号到来时,较深通道的地震计检测到的信号和噪声幅值比较浅通道均有所减小,在信号和噪声幅值均减小的共同影响下,信噪比有一定程度的变化,其中LPAZ台站的信噪比提高较为明显。      

台网噪声评估及其对气枪震源激发效果影响的研究

为了研究背景噪声对长江地学气枪主动源实验激发效果的影响,收集了240个台站激发前72小时的背景噪声数据及20个定点激发的叠加结果进行实验分析.先剔除异常台站,按照国标将台网噪声水平划分为高、中、低3个等级进行评估,从而研究气枪波形信噪比与台站背景噪声的关系.结果表明:① 台站接收能力与背景噪声水平密切相关;② 气枪信号的信噪比在一定范围内受背景噪声的影响大于距离衰减的影响;③ 长江马鞍山—安庆流域段不同定点激发的场地条件基本一致;④ 随气枪信号叠加次数的增加,低噪台站的信噪比增长速度快于中、高噪台站,若想获得同样的叠加效果,高噪台站需要的叠加次数远大于低噪台站.      

1998年4月日本伊东近海震群期间观测到的旋转运动

在日本伊豆半岛的伊东近海1998年4月震群期间,我们在近场地区观测到了地面旋转和平移运动的6个分量。为了检验我们使用MotionPack传感器观测结果的可靠性,我们安装了8301F传感器,即灵敏度比MotionPack传感器高的惯性角位移传感器。MotionPack的噪声水平远高于8301F的噪声水平,但这些信号分量的波形却相互相当相似,说明MotionPack记录旋转速率正确,但噪声较高。我们的观测使人们知道了垂直轴周围最大旋转位移和最大平移速度之间的线性相关。围绕垂直轴旋转运动的波形与平移水平速度的波形类似,说明最大值之间线性相关。这些旋转运动远大于由圣安德烈斯断层台阵数据计算的旋转运动。这种大差异可由下列一种或一种以上作用来解释:单一回转仪测量和台阵观测所得旋转运动空间尺度的差异;记录伊东近海震群的台站受陡峭地形的影响;圣安德烈斯断层和伊东近海震群区之间成熟度的差异。     

多分量地震数据矢量滤波面波压制方法（英文）

针对陆上三分量地震资料去噪处理中面临的面波噪声能量强、有效信号能量弱、转换波与面波主频叠置、非矢量保真处理等问题,本文基于多分量数据中有效信号与强面波噪声在极化属性、振幅能量、视速度三方面的特征差异,提出了一种时频域压制多分量数据强面波的去噪方法,并设计了相应的矢量滤波器。该方法利用小波变换将地震信号变换到时频域,并基于时频域瞬时极化率公式计算出各点极化率参数,然后根据面波视速度划分出有效信号区和面波噪声区,并据此对有效信号进行能量均值统计,最后联合极化率、能量、频率特征对噪声识别和分频、分区压制。理论模型和实际资料处理验证了本文方法的正确性和有效性,为解决低信噪比陆上多分量资料面波压制提供了又一种有效手段。     

兰州台阵响应函数及不同方位小地震事件FK分析结果

计算了兰州台阵不同频率的台阵响应函数,对台阵附近不同方位的4个小震进行了FK分析。结果显示兰州台阵2 Hz以下的台阵响应函数在原点附近呈现出对称的单主峰图样,而高于2Hz时台阵响应函数出现较多旁瓣,表明该台阵对于2 Hz以下的信号具有较好的分辨能力。小震的FK分析结果表明,根据甘肃省地震局地震目录和IASP91速度模型计算得到P波方位角和慢度与FK分析的结果总体上比较一致,但也存在一定差别,这种差别可能由所使用的理论模型和当地模型有差别以及未做台阵校正所引起。     

西准噶尔地区地震背景噪声源分析

西准噶尔是我国大陆远离海岸带最远的地区.利用频率域聚束(或称f-κ分析)方法对布设在西准噶尔地区的两个不同尺度的三分量宽频地震台阵61天和31天的连续记录分别进行了低、高频背景噪声源分析.通过台阵响应函数的计算,确定了分析背景噪声源的最佳频带范围分别为0.04~0.1 Hz和0.5~3 Hz.对于低频背景噪声,分析了初次地脉动的震源,结果说明西准噶尔大尺度台阵(WJLA)在观测时间范围内可以接收到来自亚欧大陆周边几个海洋活动强烈的海岸带的背景噪声,尤其以来自北太平洋西海岸带和北大西洋东海岸带的信号最强.通过分析由两个强温带气旋引起的北大西洋的海浪剧烈运动产生的地脉动信号,证明了这两个强温带气旋与北大西洋东海岸带相互作用的区域有所不同,并发现了当这两个强温带气旋结束后,该海域依然会在较长的一段时间内保持活跃状态.对于高频背景噪声,在1~2.5 Hz频带范围内有一个持续而稳定的噪声源,来自于西准噶尔小尺度台阵(WJSA)中心北偏东60°方向,主要由克拉玛依市区及附近的人类活动产生;除此之外,在较低频段有时还会在270°~300°方位产生一个能量相对更强的噪声源,其信号传播速度更快,分析认为该类震源为测区西北部的多个矿山的采矿活动.本项实验研究证明:即使在远离海岸带的我国西北部地区,背景噪声仍具有足够强的信号,但噪声来源存在强烈的方向性,因此在该地区利用背景噪声对地球内部进行成像时,需要考虑噪声源方位特性对成像的影响.     

淮南深地实验室分布式光纤地震立体台阵观测数据分析

在淮南深地实验室布设了水泥固结的传感光缆,结合竖井中已有通信光缆,利用分布式光纤地震传感技术(DAS)构建了高密度的三分量立体台阵,开展了为期一年的连续观测.通过分析地下870 m的背景噪声记录,发现其日间变化幅度较小,这表明深地实验室受气压、温度和人类活动等的影响较小.然而,在低频段观测到明显增强的噪声,这给低频信号研究带来了一定困难.在连续记录中,识别出了多个地方震和区域震信号,尤其是获得了高质量的玛多地震P波信号.与共址地震仪数据的一致性表明DAS波形记录的可靠性.通过三分量DAS记录识别了Rayleigh面波信号,并利用多重滤波技术测量得到其群速度频散曲线;利用DAS应变率记录与共址宽频带地震仪的速度记录比值获得了相速度信息.两种方法测得的面波频散数据可用于研究速度结构.这些初步结果展现了深地实验室提供的超静环境以及三分量立体DAS台阵观测的优势,为后续进一步研究提供参考.     

四川盐源盆地短周期密集台阵背景噪声分布特征分析

短周期密集台阵的高频背景噪声互相关函数(NCF)是探查地球浅层精细结构的重要数据.然而高频背景噪声成分复杂且容易分布不均,分析其对NCF信号提取的影响,有助于获取可靠成像结果.本文基于布设于川滇地区盐源盆地的209个短周期台站组成的盐源台阵,利用密集台阵的噪声水平评估以及基于NCF的相干噪声分析两种方法,分析了其记录到的噪声波场特征及其对NCF的影响.结果表明,盐源台阵的整体噪声水平呈现北低南高的不均匀分布,高频噪声水平的强弱受控于当地的人类活动,亦受到浅部松散沉积层的影响.台阵垂直分量NCF中主要信号为基阶Rayleigh波,且产生该信号的相干噪声源的优势方位在不同频带具有较大区别:0.3～0.5Hz的噪声源强度较强且随时间变化较为稳定,主要能量来自台阵的南侧;0.5～1Hz的相干噪声源强度较低,有两个优势方向,其中较强的一个来自于台阵南侧,可能与0.3～0.5 Hz的噪声同源,较弱的一个来自于台阵北偏东方向;1～1.5Hz的背景噪声有四个较弱的优势方向,在台阵的不同区域有不同的优势方向,可能受到不同的局部噪声源的控制.垂向NCF中Rayleigh波的信噪比主要受控于波场的复杂程度,台阵南部受人文活动及沉积层影响,噪声水平较高,且由于盆山边缘复杂的反射、散射作用,其NCF波形复杂,信噪比偏低.受高频噪声源分布不均与及复杂地质结构的共同影响,盐源台阵的高频NCF中的信号复杂,后续对面波频散特征的提取应充分考虑噪声源对NCF的影响以获取可靠结果.     

上海地震台阵地动噪声功率谱分析

介绍了功率谱分析的计算方法，并将功率谱应用于对上海地震台阵地动噪声记录的分析。结果表明，该台阵16个子台的地动噪声功率谱在高于1Hz的频域上均低于宽频带台站的平均值，说明各子台的背景噪声符合并优于地震观测对背景噪声的要求。而对于高频段的噪声则可通过台阵的独特的数据处理，很容易将其去除。     

基于自适应Morlet小波的低信噪比微震信号初至拾取方法研究

针对影响微震初至拾取的资料信噪比过低的问题,传统方法的拾取精度与稳定性大多不太理想.为了克服低信噪比条件下初至无法有效拾取的缺点,本文设计了一种对目标成分具有高敏感性的自适应Morlet小波基,通过利用该小波基对微震记录进行小波分解,利用三分量数据的有效成分在小波域内具有特征相关性,对三分量小波系数进行主成分分析,提取主成分特征,最终对各级主成分进行加权重构,实现对低信噪比微震信号的初至拾取.在设计有不同信噪比的模型实验与实际资料应用中,该算法均表现出优异的抗噪性能.在极低信噪比条件下,仍能精确指示有效成分的初至.模型实验与实际资料处理结果均验证了本方法对极低信噪比微震资料的初至拾取处理上的有效性与实用性.本方法在微震监测等相关领域中具有较高的理论与应用价值.     

利用噪声功率谱密度的统计特征评价台站对主动源信号的接收效能

利用背景噪声的功率谱密度的统计特征,对宾川主动源周边接收台站1~10 Hz有效频带的噪声水平进行了分析。结果表明:较好的台站观测条件和观测环境可以大大提高气枪信号的记录质量,通过建立和维护高质量的观测台站,可以减少获取高信噪比的气枪信号的叠加次数,也可以在同等叠加次数下获取更远的传播距离。     

海底地震仪的信号传递效果和噪声水平

单球式海底地震仪（以下简称OBS）由于其成本低、操作简便的优点在天然地震研究、人工地震探测中获得了广泛应用.本文首先分析多型进口和国产OBS在台湾海峡西部采集的地震数据,发现同一台OBS上的垂直向速度检波器（Z分量）的信噪比常显著低于压力检波器（H分量）,由于这两种检波器记录的都是海底的垂向振动信号,推测速度检波器的低信噪比更多的与仪器特性有关.然后从信号传递和噪声水平两方面分析影响速度检波器信噪比的因素：为检测速度检波器与OBS壳体的耦合效果,对某型宽频带OBS和陆上地震仪进行了同址同步观测试验,发现OBS的整机灵敏度有较大的差异;为分析速度检波器的水底噪声特征,以H分量记录作为基准,对比分析了同一台仪器不同站位的Z分量噪声水平,发现速度检波器在浅海区受到较大的次生干扰.本文指出OBS的内部耦合和水流次生干扰是至今尚未引起大家重视而又严重影响资料品质和多波探测成效的两个关键问题,这一研究结果对于改进OBS结构设计和制造工艺,以及OBS数据多分量处理方法研究有重要的参考意义.     

速度型与加速度型检波器的信噪比比较

在石油勘探中,动圈式速度型检波器以及MEMS加速度型检波器是当前野外采集施工中应用最为广泛的两类检波器.两类检波器采集数据的信噪比存在差异,往往前者较后者稍高.作者在分析了两种典型检波器工作原理、野外采集阶段有效信号与噪声的比较特征以及不同信噪比计算方法的基础上,模拟、分析了两种典型检波器数据信噪比存在较大差异的表现以及原因.认为地震数据用加速度表征后,时域的视觉信噪比降低了,但是数据所代表机械振动中信号与噪声的物理能量对比并没有随着表征量纲的差异而改变;也就是说,数据背后的“物理信噪比”并没有改变-无论采用何种量纲进行表征.加速度表征地震数据的视觉信噪比降低是由于地震信号的低频端较高频端具有更高的“物理信噪比”导致的.速度、加速度两种类型检波器的信噪比比较应该在同一个域内进行.     

通过塞米巴拉金斯克的低当量爆炸研究NORESS台阵的远震事件检测

布设在挪威的小孔径台阵NORESS是为改进高频段(1～15Hz)信噪比而设计的。虽然它的主要目的是增强检测和特征化区域距离上的弱地震事件的能力,但还发现这种台阵对于研究远震事件也是非常有效的,尤其是用在欧亚大陆。这主要有两方面的原因:(1)由于高Q值路径,欧亚地震和爆炸记录一般有较高的主频,通常在1.5～4.0Hz范围内,而该区域的噪声水平较低;(2)在此频率范围内,台阵有特别高的信噪比增益12～14dB(0.6～0.7m_b单位)。 NORESS台阵在线检测效能的分析表明,即使在小震中区内也有大的区域变化。这主要是源区底下的信号集中效应,类似于以前横跨大台阵观测的接收器集中效应。对NORESS记录的塞米巴拉金斯克试验场地下核爆炸的详细研究表明,相对于全球m_b,NORESS有明显的正m_b偏差。其在东部(沙甘河)最高(1.0m_b单位),而在西部(德格连/科尼斯坦)稍低(0.4m_b单位),尽管各区城内相当分散。分析NORESS台阵接收的一组塞米巴拉金斯克低当量核爆炸资料的观测信噪比,参考公开发表的俄文文献中给出的当量,我们估计,在正常的噪声条件下,NORESS台阵能检测到低到0.1kt全偶合的爆炸信号。但由于只有少量的参考事件且其中大量是推断的,给出一个精确的阈值是困难的。需要强调的是,在噪声水平异常高(如在大地震的尾波中)或偶合条件不是很佳(如在完全或部分空解偶)的情况下,这个检测水平是达不到的。还必须注意,事件识别阈值必须高于信号检测阈值。     

地震台站噪声水平定量评估及其在气枪源探测中的应用

对福建气枪源探测实验中所接入315个实时传输台站分1~10 Hz、0.1~1 Hz、10~60 s 3个频段进行台网噪声水平评估研究。统计240个小时的背景噪声记录,得到各台站的噪声水平MODE线,再利用本文提出的全球新高低噪声模型线与MODE线所占面积比来量化台网噪声水平,根据不同色标将台网噪声水平划分为十个等级进行评估,评选出优质台站。进一步研究背景噪声对气枪激发效果的影响,验证了台站接收能力与背景噪声密切相关,分析了不同台基（固定、加密、流动、海底）环境噪声水平的影响,得出环境噪声水平由低到高分别为固定台、加密台、流动台、海底台。通过台网噪声评估能有效提高气枪震源信号的检测能力,也为优质台站重点维护提供重要参考。