淺談數(shù)字地震觀測資料的分析方法

王雪石

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局海拉爾地震臺(tái),內(nèi)蒙古呼倫貝爾　021008)

淺談數(shù)字地震觀測資料的分析方法

王雪石

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局海拉爾地震臺(tái),內(nèi)蒙古呼倫貝爾021008)

數(shù)字地震觀測已成為當(dāng)今國內(nèi)外發(fā)展地震觀測技術(shù)和地震觀測臺(tái)網(wǎng)的有效手段,數(shù)字地震記錄的分析處理和從中提取關(guān)于震源與介質(zhì)的信息,對(duì)于推動(dòng)地震科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。因此,研究和改進(jìn)數(shù)字地震觀測的分析方法對(duì)研究地震分析處理具有積極意義。

數(shù)字地震觀測分析方法

1　數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的基本概況

地震學(xué)是一門觀測科學(xué)，也是現(xiàn)代地震學(xué)的主要任務(wù)之一，主要指用地震波資料來研宄地球內(nèi)部構(gòu)造和地震的震源，而波形數(shù)據(jù)則要依靠高質(zhì)量的地臺(tái)網(wǎng)觀測記錄。自2000年，我國的地震觀測系統(tǒng)開始了快速發(fā)展，新一代的數(shù)字地震觀測網(wǎng)也已經(jīng)建立完成，每天能夠收集到超過40G的數(shù)據(jù)，如此海量的形數(shù)據(jù)為地震監(jiān)測與研宄提供了豐富的原始資料，也將在推動(dòng)地球科學(xué)研宄方面發(fā)揮重要作用。由于數(shù)字地震觀測儀器種類繁多，接下來主要針對(duì)寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)展開分析和討論。

寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為:帶寬為20Hz～120Sec.，儀器動(dòng)態(tài)范圍大于140dB，靈敏度小于300Sec。在速度方面，該系統(tǒng)采用了力平衡式反饋設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到帶寬120Sec左右，輸出速度極為平坦，并且時(shí)間精度能達(dá)到1ms。寬頻帶數(shù)字系統(tǒng)還采用了24位高精度數(shù)據(jù)采集器，在遠(yuǎn)震、機(jī)遠(yuǎn)震上都有能夠良好記錄，并能通過SSDP處理軟件進(jìn)行仿真、濾波等處理。

2　數(shù)字地震記錄的分析

寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)能夠完整的記錄地震信息，同時(shí)還能夠記錄地脈動(dòng)干擾因素。如果出現(xiàn)較大地震，地震信號(hào)會(huì)大于干擾信號(hào)，可以直接在原始波形圖上分析得出;若震級(jí)較小，那么地震信號(hào)與干擾信號(hào)相差并不大，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真或?yàn)V波處理才能得出結(jié)論。經(jīng)驗(yàn)表明，仿真處理方法相對(duì)濾波處理更為有效。

為了更好的進(jìn)行數(shù)字地震觀測分析，我國多數(shù)都采用模擬與數(shù)字地震觀測結(jié)合并行的數(shù)字化地震臺(tái)。在觀測過程中，我們要先進(jìn)行模擬記錄分析，然后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)數(shù)字記錄儀進(jìn)行對(duì)比分析。在數(shù)字地震分析中，我們要先進(jìn)行地震事件的抽取，因?yàn)橛?jì)算機(jī)無法自行檢測和記錄，值得注意的是，對(duì)地震事件抽取的時(shí)間不要太長，時(shí)間段越小，計(jì)算機(jī)處理速度越快;其次，在分析過程中要選取最大的掃描時(shí)間進(jìn)行分析，粗略地定出首波(PG、P、PKP或PDIF)及后續(xù)震相(SG、S或PP)，確定地震的基本性質(zhì);最后根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)采取不同方法進(jìn)行分析。

3　數(shù)字地震記錄的分析方法

3.1近震分析

一般情況下，震中距在1000km以內(nèi)的地震我們稱之為近震，近震的地震波周期較短，約在1s以內(nèi)，我們可以根據(jù)震相參數(shù)PG和SG來用于確定地震。影響進(jìn)震分析的干擾因素主要是高頻脈動(dòng)，參數(shù)一般在3～6s和3～5Hz范圍。在寬頻帶記錄中，由于較小地震容易被信號(hào)干擾，稍大的地震也會(huì)存在很多“毛刺”，因此在近震分析中，主要采用仿真短周期記錄分析方法而不是高通濾波分析。因?yàn)橛绊懡鸱治龅闹饕蓴_因素是高頻，而高通濾波也同樣會(huì)受到高頻干擾被留下來。仿真短周期記錄方法則不同，DD-1儀記錄頻帶范圍為1～25Hz。而且仿真短周期的記錄圖上3～5Hz的干擾信號(hào)的位移輸出量很小，基本不影響地震分析。

3.2遠(yuǎn)震和極遠(yuǎn)震分析

遠(yuǎn)震和極遠(yuǎn)震的震中距范圍在10°＜ △≤180°，其中由于地震內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)以及物理性質(zhì)的原因存在較多的震相，且隨著震中距的增加，震相的時(shí)間間隔也會(huì)增大，震動(dòng)持續(xù)時(shí)間延長，波的周期變長，這會(huì)使得震相識(shí)別十分困難。

寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)在距離地震信息的同時(shí)也會(huì)記錄地動(dòng)脈干擾，尤其是長周期的干擾會(huì)極大的影響面波記錄。由于遠(yuǎn)震和極遠(yuǎn)震的地震波中幾乎包含了1秒到1分各頻段的震相，因此將一個(gè)地震事件中的數(shù)據(jù)全部分析出來是非常困難的。一般來說只有采用分段處理，進(jìn)行不同時(shí)段掃描，才能使得各頻段的地震波合理顯示出來。具體分析方法如下:分析P波段震相時(shí)，掃描時(shí)間不要超過300s;分析S波段震相，掃描時(shí)間為200～600s比較合適;測量面波時(shí)，掃描時(shí)間不要太小，一般應(yīng)超過600s。選擇合適的掃描時(shí)間對(duì)震相的判斷和到時(shí)的確定非常重要。對(duì)于震極較小的地震事件，可以仿真不同頻段特性的模擬地震儀記錄來進(jìn)行分析。周期小于3s的震相，一般仿真短周期地震儀記錄來分析;對(duì)于周期大于15s的震相，一般仿真長周期地震儀記錄來分析。遠(yuǎn)震中震相S的確定，經(jīng)常即要仿真中長周期地震儀記錄，又要仿真長周期地震儀記錄，還要結(jié)合原始記錄，互相對(duì)比之后，才能使所分析的震相到時(shí)更加準(zhǔn)確。

3.3數(shù)字地震觀測數(shù)據(jù)計(jì)算

數(shù)字地震觀測系統(tǒng)由地震計(jì)和數(shù)據(jù)釆集器組成，通常使用過采樣技術(shù)以達(dá)到較高的數(shù)據(jù)收集精度和分辨率，一般都要采用分級(jí)設(shè)計(jì)。

中國地震臺(tái)網(wǎng)中心已將地震計(jì)的參數(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)和各級(jí)濾波器的參數(shù)全部寫入地震波形SEED格式數(shù)據(jù)中，地震觀測工作人員可以根據(jù)實(shí)際研究工作的需求，方便地使用這些參數(shù)。以下以BBVS-60寬頻帶地震計(jì)和EDAS-24IP釆數(shù)據(jù)集器組成的觀測系統(tǒng)為例給出地震儀系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。濾波器的輸入和輸出均為數(shù)字?jǐn)?shù)(c o u n t s)，但每一級(jí)的輸入和輸出釆樣率不同，對(duì)于EDAS-2 4 IP濾波器第三級(jí)的輸入釆樣率為2 5 6 0 0 0 s p s，輸出為3 2 0 0 0 s p s，到了第六級(jí)輸入采樣率為200sps，輸出為l00sps，這樣用戶就得到了每秒鐘100個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)字化資料。

4　結(jié)語

數(shù)字地震觀測在我國的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)也較為全面，目前我國對(duì)數(shù)字地震觀測數(shù)據(jù)的分析處理已經(jīng)能夠初步取代對(duì)模擬地震觀測圖的分析處理。當(dāng)然，信息化的觀測也對(duì)地震從業(yè)人員提出了更高的要求，需要相關(guān)人員在掌握地震波傳播的基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)新技術(shù)，這樣才能更為有效的完成數(shù)字地震觀測的資料分析。

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