CN106772600A - 一种双对双差地震定位方法及装置 - Google Patents

一种双对双差地震定位方法及装置 Download PDF

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CN106772600A CN201611192581.9A CN201611192581A CN106772600A CN 106772600 A CN106772600 A CN 106772600A CN 201611192581 A CN201611192581 A CN 201611192581A CN 106772600 A CN106772600 A CN 106772600A
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Abstract

本发明提供的双对双差地震定位方法及装置，提取观测的地震事件对和台站对的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；计算各个地震事件对双差、各个台站对双差，以及地震事件对到台站对的双对双差；双对双差可以消除发震时刻的影响，无需引入台站校正项，同时消除了源区外和源区内的速度模型的影响，得到高精度的相对位置，而台站对双差可以得到高精度的绝对位置。因此，根据台站对双差与地震位置的线性关系，以及双对双差与地震位置的线性关系，构建反演系统，并采取分级加权的方式来反演各个地震事件的位置，可以得到高精度的地震绝对位置以及地震间的相对位置。

Description

一种双对双差地震定位方法及装置
技术领域
本发明涉及地震定位技术领域，更具体地，涉及一种双对双差地震定位方法及装置。
背景技术
地震信号的精确定位对于监测地震、研究活动断层、俯冲板块、火山，以及其他与地震活动相关的结构有重要意义。
目前，最流行的地震定位算法是Waldhauser&Ellsworth(2000)提出的事件对双差定位算法，该算法利用两个相邻事件到同一个台站的地震目录或者互相关走时差信息，消除源区外的速度模型影响，可以明显提高地震间的相对位置。但该方法仍受到源区内的速度模型影响，并且其绝对位置较差。
Zhang et al.(2010)提出了台站对双差定位算法。该方法利用同一个事件到两个台站的走时差数据，可以消除发震时刻以及源区内的速度模型的影响，可以得到比较好的绝对位置。但该方法受源区外的速度模型影响很大，地震间的相对位置精度较差。
因此，当前的地震定位方法得到的地震位置精度有限，需要进一步的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双对双差地震定位方法及装置，利用地震事件对到台站对的双对双差，消除发震时刻的影响，也无需引入台站校正项，同时消除了源区外和源区内的速度模型的影响，得到高精度的地震间相对位置；并通过联合台站对双差以及双对双差来同时得到高精度的地震绝对位置和地震间相对位置。
具体技术方案如下：
一种双对双差地震定位方法，所述方法包括：
基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对(i,j)到同一台站的到时差数据以及同一地震到台站对(k,l)的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；所述双对为所述地震事件对(i,j)和所述台站对(k,l)的组合，其中，i和j分别表示地震事件对中的两个地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相邻，l和k分别表示台站对中的两个台站；
计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差所述事件对双差为所述地震事件对(i,j)的到时差数据的观测值与预测值的差；
或计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对双差为所述台站对(k,l)的到时差数据的观测值与预测值的差；
计算与的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述双对双差为所述双对的到时差数据的观测值与预测值的差；
根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统；
采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置。
优选的，所述计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差包括：
根据所述地震事件对(i,j)中地震事件i和地震事件j到台站k的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站k的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站k的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站k的事件对双差所述地震事件对(i,j)为多个地震事件对中的任意一个地震事件对，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据；
根据所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站l的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站l的事件对双差
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据。
优选的，所述计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差包括：
根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震i到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对(k,l)为多个台站对中的任意一个台站对；
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据；
根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震j到所述台站对(k,l)的台站对双差
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据。
优选的，计算与的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差包括：
计算地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差与地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差的差值，或计算地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差与地震事件j到台站对(k,l)的台站对双差的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述地震事件对(i,j)与所述台站对(k,l)的双对组合为多个双对中的任意一个双对；
其中，和为双对到时差数据。
优选的，所述根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统，包括：
所述台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
所述双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
其中，为地震事件i相对于地震初始位置在三个方向上的变化量；
将上述两个线性关系公式以矩阵的形式表示，构成反演系统：
其中，G为台站对到时差与双对到时差数据对地震位置的偏导数矩阵，所述偏导数矩阵根据预先设定的各个所述地震事件的初始位置计算得到，所述偏导数矩阵的维度是M*3N，M为所述台站对到时差数据数量与双对到时差数据数量的总和，N为所述地震事件数量，m是N个地震事件的位置在x,y,z三个方向上的变化量向量[dx,dy,dz]，d为各个所述台站对双差数据与各个所述双对双差数据，W为权重矩阵，λ为阻力因子，I为单位阵；
为所述台站对双差设置第一权重，为所述双对双差设置第二权重。
优选的，所述采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置，包括：
根据LSQR算法求解所述反演系统，得到各个所述地震事件的地震位置，并将各个所述地震事件的地震位置分别作为各个所述地震事件的新的初始位置，开始迭代求解各个所述地震事件的地震位置，具体为：在初期迭代中，使所述台站对双差的第一权重大于所述双对双差的第二权重，直到迭代次数达到第一预设次数；在后期迭代中，使所述双对双差的第二权重大于所述台站对双差的第一权重，直到迭代次数达到第二预设次数，迭代结束，得到最终各个所述地震事件的地震位置。
一种双对双差地震定位装置，所述装置包括：
提取单元，用于基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对(i,j)到同一台站的到时差数据以及同一地震到台站对(k,l)的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；所述双对为所述地震事件对(i,j)和所述台站对(k,l)的组合，其中，i和j分别表示地震事件对中的两个地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相邻，l和k分别表示台站对中的两个台站；
第一计算单元，用于计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差所述事件对双差为所述地震事件对(i,j)的到时差数据的观测值与预测值的差；
第二计算单元，用于计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对双差为所述台站对(k,l)的到时差数据的观测值与预测值的差；
第三计算单元，用于计算与的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述双对双差为所述双对的到时差数据的观测值与预测值的差；
构建单元，用于根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统；
第四计算单元，用于采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置。
优选的，所述第一计算单元包括：
第一计算子单元，用于根据所述地震事件对(i,j)中地震事件i和地震事件j到台站k的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站k的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站k的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站k的事件对双差所述地震事件对(i,j)为多个地震事件对中的任意一个地震事件对，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据；
第二计算子单元，用于根据所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站l的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站l的事件对双差
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据。
优选的，所述第二计算单元包括：
第三计算子单元，用于根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震i到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对(k,l)为多个台站对中的任意一个台站对；
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据；
第四计算子单元，用于根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震j到所述台站对(k,l)的台站对双差
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据。
优选的，所述第三计算单元具体用于：计算地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差与地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差的差值，或计算地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差与地震事件j到台站对(k,l)的台站对双差的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述地震事件对(i,j)与所述台站对(k,l)的双对组合为多个双对中的任意一个双对；
其中，和为双对到时差数据。
优选的，所述构建单元包括：
构建子单元，用于将台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式以矩阵的形式进行表示，构成反演系统：
其中，G为台站对到时差与双对到时差数据对地震位置的偏导数矩阵，所述偏导数矩阵根据预先设定的各个所述地震事件的初始位置计算得到，所述偏导数矩阵的维度是M*3N，M为所述台站对到时差数据数量与双对到时差数据数量的总和，N为所述地震事件数量，m是N个地震事件的位置在x,y,z三个方向上的变化量向量[dx,dy,dz]，d为各个所述台站对双差数据与各个所述双对双差数据，W为权重矩阵，λ为阻力因子，I为单位阵；
所述台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
所述双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
其中，为地震事件i相对于地震初始位置在三个方向上的变化量；
设置子单元，用于为所述台站对双差设置第一权重，为所述双对双差设置第二权重。
优选的，所述第四计算单元具体用于：根据LSQR算法求解所述反演系统，得到各个所述地震事件的地震位置，并将各个所述地震事件的地震位置分别作为各个所述地震事件的新的初始位置，开始迭代求解各个所述地震事件的地震位置，具体为：在初期迭代中，使所述台站对双差的第一权重大于所述双对双差的第二权重，直到迭代次数达到第一预设次数；在后期迭代中，使所述双对双差的第二权重大于所述台站对双差的第一权重，直到迭代次数达到第二预设次数，迭代结束，得到最终各个所述地震事件的地震位置。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明提供的双对双差地震定位方法及装置，基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对和台站对的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；计算各个地震事件对双差、各个台站对双差，以及地震事件对到台站对的双对双差；双对双差可以消除发震时刻的影响，无需引入台站校正项，同时消除了源区外和源区内的速度模型的影响，得到高精度的相对位置，而台站对双差可以得到高精度的绝对位置。因此，根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统，并采取分级加权的方式来反演各个地震事件的位置，可以得到高精度的地震绝对位置以及地震间的相对位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种双对双差定位方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种双对双差定位装置结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种双对双差定位装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本实施例公开的一种双对双差地震定位方法，需要说明的是，本实施例中的待处理地震数据为已发生地震的地震记录数据，具体包括以下步骤：
S101：基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对(i,j)到同一台站的到时差数据以及同一地震到台站对(k,l)的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；
具体的，所述双对为所述地震事件对(i,j)和所述台站对(k,l)的组合，其中，i和j分别表示地震事件对中的两个地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相邻，l和k分别表示台站对中的两个台站；
需要说明的是，现有技术中的事件对双差定位算法和台站对双差定位算法提供了构建地震事件对和构建台站对的规则，根据实际需要，用户也可以自定义构建地震事件对和台站对的规则，由于构建地震事件对和台站对的规则并不是本实施例研究的重点，在此不再赘述。双对基于地震事件对和台站对进行组合，用户也可以根据实际需要自定义构建双对的规则。
S102：计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差
具体的，所述事件对双差为所述地震事件对(i,j)的到时差数据的观测值与预测值的差；步骤S102的执行过程如下：
根据所述地震事件对(i,j)中地震事件i和地震事件j到台站k的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站k的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站k的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站k的事件对双差所述地震事件对(i,j)为多个地震事件对中的任意一个地震事件对，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据；
具体的，地震事件i的体波到台站k的到时可以表示为其射线路径的积分：其中，地震事件位置,发震时刻τi,射线路径，慢度场u是未知数。到时与地震事件位置参数之间是非线性的，因此我们用一个截断的泰勒展开式来线性表示公式观测到时与预测到时的残差可以与地震位置以及发震时刻参数建立线性联系，即，
其中，sk是台站校正项，该公式假设了射线路径上的速度模型是已知的。
根据所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站l的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站l的事件对双差
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据。
S103：计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差
具体的，所述台站对双差为所述台站对(k,l)的到时差数据的观测值与预测值的差；步骤S103的执行过程如下：
根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震i到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对(k,l)为多个台站对中的任意一个台站对；
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据；
根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震j到所述台站对(k,l)的台站对双差
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据。
可见，地震事件的发震时刻项被消除了。
S104：计算与的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述双对双差为所述双对的到时差数据的观测值与预测值的差；
具体的，计算地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差与地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差的差值，或计算地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差与地震事件j到台站对(k,l)的台站对双差的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述地震事件对(i,j)与所述台站对(k,l)的双对组合为多个双对中的任意一个双对；
其中，和为双对到时差数据。
可见，利用地震事件对到台站对的双对双差，消除发震时刻的影响，也无需引入台站校正项，同时消除了源区外和源区内的速度模型的影响。
S105：根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统；
具体的，步骤S105的具体执行过程如下：
所述台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
所述双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
其中，为地震事件i相对于地震初始位置在三个方向上的变化量；
将上述两个线性关系公式以矩阵的形式表示，构成反演系统：
其中，G为台站对到时差与双对到时差数据对地震位置的偏导数矩阵，所述偏导数矩阵根据预先设定的各个所述地震事件的初始位置计算得到，所述偏导数矩阵的维度是M*3N，M为所述台站对到时差数据数量与双对到时差数据数量的总和，N为所述地震事件数量，m是N个地震事件的位置在x,y,z三个方向上的变化量向量[dx,dy,dz]，d为各个所述台站对双差数据与各个所述双对双差数据，W为权重矩阵，λ为阻力因子，I为单位阵；
为所述台站对双差设置第一权重，为所述双对双差设置第二权重。
S106：采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置。
具体的，根据LSQR算法求解所述反演系统，得到各个所述地震事件的地震位置，并将各个所述地震事件的地震位置分别作为各个所述地震事件的新的初始位置，开始迭代求解各个所述地震事件的地震位置，具体为：在初期迭代中，使所述台站对双差的第一权重大于所述双对双差的第二权重，直到迭代次数达到第一预设次数；在后期迭代中，使所述双对双差的第二权重大于所述台站对双差的第一权重，直到迭代次数达到第二预设次数，迭代结束，得到最终各个所述地震事件的地震位置。
需要说明的是，初期迭代的第一预设次数以及后期迭代的第二预设次数可以根据实际情况进行调整，同时，第一权重和第二权重的值也可以根据实际需要进行设定。
还需要说明的是，实际应用中，用户可以选择获取事件对双差或台站对双差计算双对双差。
本实施例提供的双对双差地震定位方法，基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对和台站对的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；计算各个地震事件对双差、各个台站对双差，以及地震事件对到台站对的双对双差；双对双差可以消除发震时刻的影响，无需引入台站校正项，同时消除了源区外和源区内的速度模型的影响，得到高精度的相对位置，而台站对双差可以得到高精度的绝对位置。因此，根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统，并采取分级加权的方式来反演各个地震事件的位置，可以得到高精度的地震绝对位置以及地震间的相对位置。
基于上述实施例公开的一种双对双差地震定位方法，本实施例对应公开了一种双对双差地震定位装置，请参阅图2，所述装置具体包括：
提取单元101，用于基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对(i,j)到同一台站的到时差数据以及同一地震到台站对(k,l)的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；所述双对为所述地震事件对(i,j)和所述台站对(k,l)的组合，其中，i和j分别表示地震事件对中的两个地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相邻，l和k分别表示台站对中的两个台站；
第一计算单元102，用于计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差所述事件对双差为所述地震事件对(i,j)的到时差数据的观测值与预测值的差；
第二计算单元103，用于计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对双差为所述台站对(k,l)的到时差数据的观测值与预测值的差；
第三计算单元104，用于计算与的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述双对双差为所述双对的到时差数据的观测值与预测值的差；
所述第三计算单元104具体用于：计算地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差与地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差的差值，或计算地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差与地震事件j到台站对(k,l)的台站对双差的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述地震事件对(i,j)与所述台站对(k,l)的双对组合为多个双对中的任意一个双对；
其中，和为双对到时差数据。
构建单元105，用于根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统；
第四计算单元106，用于采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置。
所述第四计算单元106具体用于：根据LSQR算法求解所述反演系统，得到各个所述地震事件的地震位置，并将各个所述地震事件的地震位置分别作为各个所述地震事件的新的初始位置，开始迭代求解各个所述地震事件的地震位置，具体为：在初期迭代中，使所述台站对双差的第一权重大于所述双对双差的第二权重，直到迭代次数达到第一预设次数；在后期迭代中，使所述双对双差的第二权重大于所述台站对双差的第一权重，直到迭代次数达到第二预设次数，迭代结束，得到最终各个所述地震事件的地震位置。
需要说明的是，实际计算时用户可以选择第一计算单元102或第二计算单元103计算得出计算单元104所需的数据。
请参阅图3，所述双对双差地震定位装置中的第一计算单元102包括：
第一计算子单元107，用于根据所述地震事件对(i,j)中地震事件i和地震事件j到台站k的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站k的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站k的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站k的事件对双差所述地震事件对(i,j)为多个地震事件对中的任意一个地震事件对，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据；
第二计算子单元108，用于根据所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站l的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站l的事件对双差
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据。
第二计算单元103包括：
第三计算子单元109，用于根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震i到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对(k,l)为多个台站对中的任意一个台站对；
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据；
第四计算子单元110，用于根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和并根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和得到地震j到所述台站对(k,l)的台站对双差
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据。
所述构建单元105包括：
构建子单元111，用于将台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式以矩阵的形式进行表示，构成反演系统：
其中，G为台站对到时差与双对到时差数据对地震位置的偏导数矩阵，所述偏导数矩阵根据预先设定的各个所述地震事件的初始位置计算得到，所述偏导数矩阵的维度是M*3N，M为所述台站对到时差数据数量与双对到时差数据数量的总和，N为所述地震事件数量，m是N个地震事件的位置在x,y,z三个方向上的变化量向量[dx,dy,dz]，d为各个所述台站对双差数据与各个所述双对双差数据，W为权重矩阵，λ为阻力因子，I为单位阵；
所述台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
所述双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
其中，为地震事件i相对于地震初始位置在三个方向上的变化量；
设置子单元112，用于为所述台站对双差设置第一权重，为所述双对双差设置第二权重。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种双对双差地震定位方法，其特征在于，所述方法包括：
基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对(i,j)到同一台站的到时差数据以及同一地震到台站对(k,l)的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；所述双对为所述地震事件对(i,j)和所述台站对(k,l)的组合，其中，i和j分别表示地震事件对中的两个地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相邻，l和k分别表示台站对中的两个台站；
计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差drl ij；所述事件对双差为所述地震事件对(i,j)的到时差数据的观测值与预测值的差；
或计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对双差为所述台站对(k,l)的到时差数据的观测值与预测值的差；
计算与drl ij的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述双对双差为所述双对的到时差数据的观测值与预测值的差；
根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统；
采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差drl ij，包括：
根据所述地震事件对(i,j)中地震事件i和地震事件j到台站k的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站k的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站k的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站k的事件对双差所述地震事件对(i,j)为多个地震事件对中的任意一个地震事件对，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据；
根据所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时Tl i和Tl j的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时残差rl i和rl j，并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站l的到时残差rl i和rl j，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站l的事件对双差drl ij，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，(Tl i-Tl j)obs为观测的事件对(i,j)到时差数据，(Tl i-Tl j)cal为预测的事件对(i,j)到时差数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差包括：
根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时和Tl i的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl i，并根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl i，得到地震i到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对(k,l)为多个台站对中的任意一个台站对；
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据；
根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时和Tl j的观测值与预测值的差，得到所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl j并根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl j，得到地震j到所述台站对(k,l)的台站对双差
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算与drl ij的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差包括：
计算地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差与地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差drl ij的差值，或计算地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差与地震事件j到台站对(k,l)的台站对双差的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述地震事件对(i,j)与所述台站对(k,l)的双对组合为多个双对中的任意一个双对；
dr k l i j = { ( T k i - T k j ) - ( T l i - T l j ) } o b s - { ( T k i - T k j ) - ( T l i - T l j ) } c a l = { ( T k i - T l i ) - ( T k j - T l j ) } o b s - { ( T k i - T l i ) - ( T k j - T l j ) } c a l ,
其中，和为双对到时差数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统，包括：
所述台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
dr k l i = r k i - r l i = ( T k i - T l i ) o b s - ( T k i - T l i ) c a l = Σ m = 1 3 ( ∂ T k i ∂ x m i - ∂ T l i ∂ x m i ) dx m i + s k - s l ;
所述双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
其中，为地震事件i相对于地震初始位置在三个方向上的变化量；
将上述两个线性关系公式以矩阵的形式表示，构成反演系统：
W G λ I m = W d 0
其中，G为台站对到时差与双对到时差数据对地震位置的偏导数矩阵，所述偏导数矩阵根据预先设定的各个所述地震事件的初始位置计算得到，所述偏导数矩阵的维度是M*3N，M为所述台站对到时差数据数量与双对到时差数据数量的总和，N为所述地震事件数量，m是N个地震事件的位置在x,y,z三个方向上的变化量向量[dx,dy,dz]，d为各个所述台站对双差数据与各个所述双对双差数据，W为权重矩阵，λ为阻力因子，I为单位阵；
为所述台站对双差设置第一权重，为所述双对双差设置第二权重。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置，包括：
根据LSQR算法求解所述反演系统，得到各个所述地震事件的地震位置，并将各个所述地震事件的地震位置分别作为各个所述地震事件的新的初始位置，开始迭代求解各个所述地震事件的地震位置，具体为：在初期迭代中，使所述台站对双差的第一权重大于所述双对双差的第二权重，直到迭代次数达到第一预设次数；在后期迭代中，使所述双对双差的第二权重大于所述台站对双差的第一权重，直到迭代次数达到第二预设次数，迭代结束，得到最终各个所述地震事件的地震位置。
7.一种双对双差地震定位装置，其特征在于，所述装置包括：
提取单元，用于基于地震的初至波绝对到时数据或者地震波形的互相关数据，按预设规则，提取观测的地震事件对(i,j)到同一台站的到时差数据以及同一地震到台站对(k,l)的到时差数据，进而提取观测的双对到时差数据；所述双对为所述地震事件对(i,j)和所述台站对(k,l)的组合，其中，i和j分别表示地震事件对中的两个地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相邻，l和k分别表示台站对中的两个台站；
第一计算单元，用于计算所述地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差和所述地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差drl ij；所述事件对双差为所述地震事件对(i,j)的到时差数据的观测值与预测值的差；
第二计算单元，用于计算所述地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差和所述地震事件j到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对双差为所述台站对(k,l)的到时差数据的观测值与预测值的差；
第三计算单元，用于计算与drl ij的差值，或计算与的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述双对双差为所述双对的到时差数据的观测值与预测值的差；
构建单元，用于根据台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系，构建反演系统；
第四计算单元，用于采取分级加权的方式来反演得到各个地震事件的地震位置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元包括：
第一计算子单元，用于根据所述地震事件对(i,j)中地震事件i和地震事件j到台站k的到时和的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站k的到时残差和并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站k的到时残差和得到所述地震事件对(i,j)到所述台站k的事件对双差所述地震事件对(i,j)为多个地震事件对中的任意一个地震事件对，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，为观测的事件对(i,j)到时差数据，为预测的事件对(i,j)到时差数据；
第二计算子单元，用于根据所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时Tl i和Tl j的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到台站l的到时残差rl i和rl j，并根据所述地震事件i和所述地震事件j到所述台站l的到时残差rl i和rl j，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站l的事件对双差drl ij，
其中，dx为地震位置的变化量，dτ为发震时刻的变化量，(Tl i-Tl j)obs为观测的事件对(i,j)到时差数据，(Tl i-Tl j)cal为预测的事件对(i,j)到时差数据。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：
第三计算子单元，用于根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时和Tl i的观测值与预测值的差，得到所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl i，并根据所述地震事件i到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl i，得到地震i到所述台站对(k,l)的台站对双差所述台站对(k,l)为多个台站对中的任意一个台站对；
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据；
第四计算子单元，用于根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时和Tl j的观测值与预测值的差，得到所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl j并根据所述地震事件j到所述台站k和所述台站l的到时残差和rl j，得到地震j到所述台站对(k,l)的台站对双差
其中，sk为所述台站k的校正项，sl为所述台站l的校正项，为观测的台站对(k,l)到时差数据，为预测的台站对(k,l)到时差数据。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三计算单元具体用于：计算地震事件对(i,j)到台站k的事件对双差与地震事件对(i,j)到台站l的事件对双差drl ij的差值，或计算地震事件i到台站对(k,l)的台站对双差与地震事件j到台站对(k,l)的台站对双差的差值，得到所述地震事件对(i,j)到所述台站对(k,l)的双对双差所述地震事件对(i,j)与所述台站对(k,l)的双对组合为多个双对中的任意一个双对；
dr k l i j = { ( T k i - T k j ) - ( T l i - T l j ) } o b s - { ( T k i - T k j ) - ( T l i - T l j ) } c a l = { ( T k i - T l i ) - ( T k j - T l j ) } o b s - { ( T k i - T l i ) - ( T k j - T l j ) } c a l ,
其中，和为双对到时差数据。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述构建单元包括：
构建子单元，用于将台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式，以及双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式以矩阵的形式进行表示，构成反演系统：
W G λ I m = W d 0
其中，G为台站对到时差与双对到时差数据对地震位置的偏导数矩阵，所述偏导数矩阵根据预先设定的各个所述地震事件的初始位置计算得到，所述偏导数矩阵的维度是M*3N，M为所述台站对到时差数据数量与双对到时差数据数量的总和，N为所述地震事件数量，m是N个地震事件的位置在x,y,z三个方向上的变化量向量[dx,dy,dz]，d为各个所述台站对双差数据与各个所述双对双差数据，W为权重矩阵，λ为阻力因子，I为单位阵；
所述台站对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
dr k l i = r k i - r l i = ( T k i - T l i ) o b s - ( T k i - T l i ) c a l = Σ m = 1 3 ( ∂ T k i ∂ x m i - ∂ T l i ∂ x m i ) dx m i + s k - s l ;
所述双对双差与地震位置相对于地震初始位置的变化量的线性关系公式为：
其中，为地震事件i相对于地震初始位置在三个方向上的变化量；
设置子单元，用于为所述台站对双差设置第一权重，为所述双对双差设置第二权重。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第四计算单元具体用于：根据LSQR算法求解所述反演系统，得到各个所述地震事件的地震位置，并将各个所述地震事件的地震位置分别作为各个所述地震事件的新的初始位置，开始迭代求解各个所述地震事件的地震位置，具体为：在初期迭代中，使所述台站对双差的第一权重大于所述双对双差的第二权重，直到迭代次数达到第一预设次数；在后期迭代中，使所述双对双差的第二权重大于所述台站对双差的第一权重，直到迭代次数达到第二预设次数，迭代结束，得到最终各个所述地震事件的地震位置。
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