应用小台阵资料对统计最佳事件检测的研究

介绍了检测和估计地震信号的Ｃａｐｏｎ最大似然技术。通过采用地震台阵噪声的多维自回归近似,提出了一项用Ｃａｐｏn的多通道滤波技术作为在线处理,结果表明这种适用于通 用噪声矩阵功率谱的自回归方法能很好地抑制互相关台阵噪声。作为一个例,子,用这项技术对ＡＲＣＥＳＳ台阵到的塞米巴拉金斯克小当量地下核爆炸记录进行检测。     

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。     

通过塞米马拉金斯克的低当量爆炸研究NORESS台阵的远？…

布设在挪威的小孔径台阵ＤＯＲＥＳＳ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 非常有效的,尤其地用在欧亚大陆。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１２～１     

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.     

上海地震台阵的波数响应

地震台阵的历史起始于 50年代未 ,当时其目标主要是检测、区别核爆炸信号和地震信号 .地震台阵研究包括地震台阵技术研究和地球物理学中应用研究 .其中台阵技术研究可以分为台阵建设和数据处理方法研究两大部分 (Anne,1 990 ) ,地震台阵理论研究的发展可涉及到地球物理学领域的许多科学问题(Tormod,1 989;Mykkeltveit,Bungum,1 984) .台阵主要用于监测微弱事件 ,而台阵的响应特性是衡量台阵对微弱事件监测能力的一个很重要标志 ,因此 ,不论是考察一个台阵 ,还是要着手建立一个台阵 ,必做的内容之一就是计算台阵的响应特性(Harjes,1 990 ) …     

禁核试核查国际监测系统中的USRK及KSRS台阵对朝鲜地下核试验场的地震信号检测能力评估

根据禁核试核查国际监测系统中的USRK及KSRS台阵的实际记录数据,统计建立了这两个台阵的本底噪声水平分布概率模型。基于地下爆炸的源频谱模型及比例关系,对2009年5月25日朝鲜核试验在这两个地震台阵上的实际记录信号幅值进行了比例折算,得到了更小震级的“朝鲜地下核试验”在这两个地震台阵上的多频带信号幅值。在3倍信噪比检测条件下,利用概率模型法分别得到了这两个地震台阵对朝鲜地下核试验场小震级地下核试验的多频带信号检测能力。结果表明,震中距在400 km左右的两台阵对朝鲜地下核试验地震信号的检测阈值均随着频率的升高而逐渐降低,即高频段的检测能力强于低频段。这两个地震台阵的最高信号检测能力均出现在6.0—9.0 Hz频带,90%检测概率条件下,USRK和KSRS在该频带的检测阈值分别为m_b1.5和m_b2.2。      

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。     

诺伊迈尔台阵及其对南大西洋和南极洲地震研究的影响

于1997年南方的夏季，在南极洲毛德皇后地西部的德国诺伊迈尔基地附近布设了一个小孔径地震台阵。小孔径台阵是监测和定位地方或区域范围内微震的重要的地震学手段。地震台阵记录优于单台记录，可以直接计算地震信号的慢度矢量。另一个优点是通过各道聚束或叠加来提高信噪比。这个台阵由15个短周期垂直向地震计组成，布设成三个同心圆，最大孔径为2km，中心地震计是三分量宽频带地震计。这个台阵沿用了现有北半球台阵的设计，如挪威的NORESS和ARCESS台阵。同时在南非新萨纳四号基地布设了一个标准宽频带地震台站(台站代号为SNAA)。1998年初，在阿根廷贝尔格拉诺二号基地(BELO)布设了另外一个地震台站，SNAA和BELO台站拓展了诺伊迈尔地震台阵的孔径，使其达到1100km。该台阵建立以来，已检测到一些发生在毛德皇后地被动陆缘的地方地震。检测到这些事件说明了该台阵具有很好的监测能力并且有助于更好地了解该地区的地质构造演化。更有意义的是，现在可以检测到南桑威奇地区的地震事件，并且定位精度也大大提高。而此前在这个地区观测到的许多地震事件在全球目录中都不曾出现。     

地震台阵滤波及子台分布对聚束效果的影响(Ⅰ)——滤波与相关性的规律

以上海余山实验地震台阵的测震记录为基础，研究了近震事件、远震事件及噪声不同的幅频特征，分析了影响台阵记录之间相关性质的一些主要因素：当子台间距增大时，记录之间相关性降低；当间距固定时，所记录事件的相关性质受信号的频率、震中距(波阵面的入射角)及噪声振动背景的影响，提出了一维时间序列滤波函数的优化结果并不是二维台阵的最佳频率窗，欲取得较好的聚束信噪比，滤波函数不仅考虑压制噪音振动，还要考虑压制信号的非相关频段。     

高频地震台阵和三分量台站方位评价性能的比较

本文给出在强噪声条件下台阵和三分量台站后方位角和速度评价性能的理论比较。对于低信噪比（ＳＮＲｓ）性能的理论估计算,可以通过转换加以验证。在一个单源测点,对２３个事件进行实验研究,确定了台阵性能的高信噪比极限。理论分析和模拟结果显示随着信噪比的降低,三分量台站的性能逐步下降。在信噪比非常低的情况下,信号被噪声所覆盖,台站性能达到一种由入射波速的物理局限性所确定的渐近的平稳状态。通过对比,台阵显示出的性能特点是从可能由信号的离散性决定的高信噪比性能水平急剧向低信噪比状态转变。台阵性能转变的信噪比底限足够低,以至于存在这样一组信噪比,使得台阵拥有比较小的方位和速度误差,但是对于三分量站则做不到这一点。     

核试验说明了USArray台阵数据的质量

作为USArray台阵部分而部署的地震台站,是美国国家科学基金会资助的主要研究仪器设备“地球透镜”计划的一部分。当全部运行时,USArray台阵将包括400个宽带地震台站的可移动台阵(TA),这些台站将以有规则网格的场点排列部署,台站间距约为70km。在今后的10年时间里,可移动台阵TA的布设区域将在美国境内迁移,最终在美国本土及阿拉斯加形成2000个记录场点。尽管USArray台阵的主要目的是记录探寻北美的构造、演化和地震活动性时所需要应用的地震信号,但可移动台阵TA布设后高质量的地震记录能力,就能够获得和分析用于诸如深地幔研究、地震破裂研究以及进行诸如地下核爆炸异常震源分析等其他目的的遥远小事件的资料。目前,可移动台阵TA正在美国西部进行初期的部署,2006年10月9日北朝鲜起爆地下核爆炸时已有约240个台站在运行(图1)。图1(左上图)事件及台站图的位置。(左下图)北朝鲜核试验及日本海深部事件的位置。(右图)得不到可移动台阵(TA)台站信号的位置(细线空心圆)、记录到低信噪比信号的台站(粗线空心圆)和具有北朝鲜核试验清晰P波到时的台站(实心圆)本文通过提取北朝鲜爆炸产生的高保真信号,说明可移动台阵TA对...     

聚束扫描在上海地震台阵选址中的应用

地震台阵的历史起始于５０年代末,当时其目标主要是检测核爆炸产生的地振动信号与鉴别爆炸信号和地震信号,我国地震学家在７０年代也曾对台阵作初步研究,在台阵的寻展过程中,许多新技术被引起用于信号处理,数据分析和解释,本文主要介绍频率扫描聚束及视速度扫描聚束在台阵数据处理的应用,并使用该技术在上海地震台阵选址中的具体实现。     

接收台阵、震源阵的传递函数与双聚束法的初步研究

根据汶川地震序列,选出距离合适、波形相关性较好的事件作为震源阵,联合永久台阵(那曲、和田台阵),进行震源阵与固定台阵组合研究,计算其台阵响应.结果表明,地震序列可以形成震源阵,按照地震台阵的特殊方法进行研究,可以提高信噪比,为揭示地下精细结构提供条件.     

上海地震台阵数据处理软件系统

在我国 ,地震台阵的建设以及数据处理方法的研究还处于初级阶段 ,掌握和了解地震台阵的基本理论与方法则具有重要意义。对台阵数据的各种处理方法 ,都是利用台阵各子台记录的地震信号之间具有相关性和噪声的非相关性特点 ,从而突出有用信号和抑制噪声。台阵数据处理方法主要包括聚束定位 ( Beam)、频率波数谱 ( F-K)分析、波阵面法定位等等。1　台阵数据处理方法1 .1　聚束定位在台阵数据处理方法中 ,其常规方法主要是聚束法。对地震波形进行聚束可以有效地压制噪声干扰 ,增强地震信号 ,进行视慢度矢量计算及地震定位。具体而言 ,对某一地…     

天然源面波勘探台阵对比试验

为了对比天然源面波勘探不同台阵布局的探测效果, 筛选出探测成果可靠、 效率高和便于野外施工的天然源面波勘探台阵阵形, 在天水市黄土覆盖区的同一场地分别用4种常见的阵形进行数据采集试验, 并对各种阵形数据使用空间自相关法或扩展空间自相关法提取相应的频散曲线, 通过反演得到了试验点地下的浅层速度结构模型. 分析对比试验结果表明: 4种台阵提取的频散曲线数值很相近; 频散谱能量集中度较高的是嵌套式等边三角形和圆形台阵, L形和直线形台阵相对分散; L形台阵低频段(4—8 Hz)比直线形台阵差, 其高频段(8—40 Hz)比直线形台阵好. 针对直线形台阵在高频段信噪比较低的情况, 在确保探测成果可靠性的前提下, 为了提高探测效率, 提出了在同一直线形台阵开展天然源与人工源面波联合勘探的数据采集方法. 实验结果证实, 这种联合勘探方法不仅可弥补直线形台阵高频段的不足, 确保探测精度和结果的可靠性, 而且还能实现“高低”频兼顾, 即“深浅”兼顾.      

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。     

用频率域台阵技术推测2001年昆仑山口西大地震的破裂时间与几何特征

地震台阵的概念产生于1960年代.最初的目的是检测和识别地下核爆炸.随着时间的推移,台阵资料的应用范围逐渐扩大.如:地震台阵在地球表面稠密的空间采样使台阵资料能够应用于地球内部速度结构细节的研究、区域尺度的高分辨率层析成像、小尺度地幔结构研究以及核幔边界与内核的各向异性研究.     

利用台阵方法对明灯1号50吨爆破微弱信号的识别与处理

针对海拉尔台阵记录的明灯1号50吨爆破,利用台阵技术对该爆破进行了微弱信号识别处理、台阵定位、速度谱分析等研究。 结果表明,聚束处理明显增加了信噪比,清晰地显出本来微弱的信号。 利用f-k分析进行的定位结果表明,该爆破的主要能量集中在1~8 Hz。 速度谱分析给出了明确的震相位置,使原本不可能看到的信号清晰地表现出来,而聚束功率分析在方位角－慢度域给出了与理论值相近的能量分布。     

小孔径台阵远震信号检测的改进

对广义F检测（Selby,2008）可用于自动远震信号检测做了论述。该方法应用于为监测《全面禁止核试验条约》（CTBT）遵守情况而建立的国际监测系统（IMS）基本地震台网13个小孔径台阵10天的波形数据。结果表明广义F方法可用于小孔径台阵的信号检测,虽然相关噪声妨碍了原来的F检测在这种台阵中的有用性。通过把检测结果与《事件检查公报》（REB,由用于监测《全面禁止核试验条约》的国际数据中心IDC提供）预测的初至P型震相到时进行比较,表明广义F检测适合与国际数据中心所用的传统信号检测方法进行比较。尽管F所做检测的总数量大概是国际数据中心所做的一半,但F做了更多的候选关联检测。增加关联检测的比例能够提高公报自动构建的效率,减少分析者工作量。比传统方法更优的是F检测方法基于噪声和信号的概率理论和物理模型而解释简单,对待每个台阵同等和客观,不需要主观调整。对关联和不关联检测的慢度矢量分布的分析表明,F和国际数据中心的关联检测有相似分布,而非关联检测分布可能不同,在一些台阵国际数据中心非关联检测明显与相关噪声源关联。     

地震台阵监测能力综述

根据各大网站地震目录和前人研究成果,分析全球地震台网与地震台阵、我国区域台网与地震台阵的监测能力,阐述了地震台阵与密集台网/台阵的区别。研究表明,对同一地区所检测的地震数,地震台阵是地震台网的3-10倍,而震级下限可降低1.2-2级。一般情况下,以微弱信号检测为目的的地震台阵监测能力均优于以结构研究为目的的密集台网/台阵,2种台阵是目的、性质、孔径、形状、台间距、技术手段、研究方法均不同的监测系统。