CN113359186A - 基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法 - Google Patents

基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113359186A
CN113359186A CN202110609254.3A CN202110609254A CN113359186A CN 113359186 A CN113359186 A CN 113359186A CN 202110609254 A CN202110609254 A CN 202110609254A CN 113359186 A CN113359186 A CN 113359186A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seismic
station
seismic source
source
amplitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110609254.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113359186B (zh
Inventor
王红春
薛方正
徐雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute of Nuclear Technology
Original Assignee
Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute of Nuclear Technology filed Critical Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority to CN202110609254.3A priority Critical patent/CN113359186B/zh
Publication of CN113359186A publication Critical patent/CN113359186A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113359186B publication Critical patent/CN113359186B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
    • G01V1/30—Analysis
    • G01V1/307—Analysis for determining seismic attributes, e.g. amplitude, instantaneous phase or frequency, reflection strength or polarity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，目的是解决因震源强度方向性的影响，导致难以利用大震级天然地震在地震台站上的记录信号进行幅值测量，以建立震源到地震台站特定路径的地震信号幅值——震级关系模型的问题。该方法是基于天然地震已知的震源机制，运用理论地震图计算方法生成理论地震图，得到包含多条路径到达信号的理论地震图波形，通过测量不同方位角理论地震图的平均值以及测量地震台站上的理论地震图信号幅值，并对平均值进行归一化得到地震台站对应的幅值修正系数，进而实现对震源辐射强度的修正。

Description

基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法。
背景技术
地震台站与震中之间的特定路径地震信号幅值——震级关系模型是根据地震台站的本底噪声统计模型评估地震台站对震中位置处不同震级地震信号检测概率的基础。在建立该模型时，需要避免地震震源辐射花样对建模结果的影响，因此一般常用的建模方法是利用地下爆炸在地震台站上的记录信号进行幅值测量。然而，由于地下爆炸，特别是震级较大(大于4.0级以上)的地下爆炸地震信号记录的稀缺性和分布不均匀性，在实际运用中很难完全利用地下爆炸建立所关注路径的地震信号幅值——震级关系模型。相较于大震级地下爆炸，大震级天然地震较多，且一般分布在地震监测比较关注的地震带，因此，如果采用合适的技术，也可用于建立特定路径的地震信号幅值——震级关系模型。
地下爆炸的震源物理过程主要是球对称形空腔膨胀，激发地震信号的强度没有明显方向性。与之不同的是，天然地震的震源物理过程是断层错动过程，使得天然地震的震源所激发的地震信号强度具有明显的方向性，且这种方向性导致的信号强度差异可以达到一个量级以上。如果不消除这种差异，将导致得到的特定路径地震信号幅值——震级关系模型存在较大误差，因此，有必要通过相应的技术消除震源强度方向性的影响。
发明内容
本发明的目的是解决因震源强度方向性的影响，导致难以利用大震级天然地震在地震台站上的记录信号进行幅值测量，以建立震源到地震台站特定路径的地震信号幅值——震级关系模型的问题，而提供一种基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)将一次天然地震在地震台站j上记录的以count为强度单位的原始波形数据去除仪器响应，得到以所测量物理量单位为强度单位的波形数据；
2)利用幅值测量所需要的数字滤波器，对去除仪器响应后的波形数据进行滤波；
3)指定测量时间，对滤波后的波形数据测量相应时间窗内的初始波形信号幅值
Figure BDA0003094920290000021
所述波形信号幅值为峰峰信号幅值或者均方根信号幅值；
4)从地震监测机构查询该地震的震源矩张量M及相应的震源持续时间；
5)计算所述地震台站j与震源之间的距离，以及从震源看向地震台站j的方位角；
6)根据震源所在区域的介质结构模型，利用地震图计算程序计算所述地震台站j所对应震中距的格林函数；
7)在以震源为中心、以所述地震台站j与震源之间的距离为半径的圆周上，从0°方位角开始，均匀间隔设置N个模拟地震台站；利用格林函数和震源矩张量M合成N个模拟地震台站的理论地震图；
8)利用步骤2)和步骤3)中的数字滤波器、时间窗及测量方法，测量N个模拟地震台站的理论地震图波形信号幅值Ai，并根据
Figure BDA0003094920290000031
计算N个模拟地震台站的理论地震图平均幅值
Figure BDA0003094920290000032
即震源平均辐射强度；
9)根据从震源看向地震台站j的方位角，合成地震台站j的理论地震图，并利用步骤2)和步骤3)中的数字滤波器、时间窗及测量方法，测量相应的理论地震图波形信号幅值
Figure BDA0003094920290000033
即地震台站j的震源辐射强度；
10)利用
Figure BDA0003094920290000034
得到修正后的波形信号幅值
Figure BDA0003094920290000035
其中，
Figure BDA0003094920290000036
为步骤3)得到的初始波形信号幅值；
Figure BDA0003094920290000037
为步骤8)得到的震源平均辐射强度；
Figure BDA0003094920290000038
为步骤9)得到的地震台站j的震源辐射强度。
进一步地，所述地震台站j为区域台站，步骤6)中所述格林函数的计算步骤为：
i.从地震公报中查询得到地震震源深度，查询台站信息得到地震台站j的深度；
ii.计算格林函数。
进一步地，所述区域台站为震中距小于1500km的地震台站。
进一步地，所述地震台站j为远震台站，步骤6)中所述格林函数的计算步骤为：
i.根据地震台站j的震中距，查询iaspei91走时表得到相应的P波或S波慢度值p；
ii.利用公式is＝arcsin(p·α)计算地震台站j的P波或S波射线在震源处的离源角is；
其中，p为P波或S波慢度值；α为震源处的P波或S波的波速；
iii.从地震公报中查询得到地震震源深度；
iv.利用公式
Figure BDA0003094920290000041
得到地震台站j的等效深度H；
其中，Hs为震源深度；△为格林函数计算的等效震中距，对于深度小于30km的地震，△取为400km；is为P波或S波射线在震源处的离源角；
v.计算格林函数。
进一步地，所述远震台站为震中距大于2000km的地震台站。
进一步地，所述N＝72。
进一步地，步骤6)中所述地震图计算程序为CPS或SEM。
本发明的有益效果是：
1、本发明基于特定地震的震源机制及介质模型，通过理论地震图仿真计算能够快速便捷地得到不同方位角波形幅值的修正系数，无需大量观测数据作为支撑，可有效节省成本；
2、本发明运用地震图计算方法，得到包含多个路径到达信号能量叠加的综合信号幅值，相比基于简单的理论辐射花样修正，本发明得到的信号幅值更能反映地震实际情况；
3、该方法考虑传播介质的影响，可以根据实际情况建立一维或三维介质模型，进一步增大结果的准确性；
4、利用该方法，可运用数量较多的大震级天然地震的记录信号进行特定路径地震信号幅值——震级关系模型建模。
附图说明
图1是一次天然地震事件及地震台站分布图；
图2是本发明中地震事件在三个地震台站上的原始波形图；
图3是本发明中对原始波形图去仪器响应后的波形图；
图4是本发明中对去仪器响应后的波形图进行滤波后的波形图；
图5是本发明中三个地震台站的初始波形信号幅值示意图；
图6是本发明中模拟地震台站分布示意图；
图7是本发明中部分模拟地震台站的理论地震图；
图8是本发明中三个地震台站的理论地震图；
图9是本发明中三个地震台站的修正后波形信号幅值示意图；
图10是本发明中三个地震台站的修正前后波形信号幅值对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
以伊朗西北地区一次天然地震事件2015/10/29 09:46:42(N39.08°，E43.81°)在距离事件震中约为1.9°的SENK、VRTB及SIRT三个地震台站上的信号幅值测量为例，地震事件及地震台站分布如图1所示。
采用本发明提供的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，具体实施步骤如下：
1)此次地震在SENK、VRTB及SIRT三个地震台站上的原始波形记录如2所示；将三个地震台站上记录的以count为强度单位的原始波形数据去除仪器响应，得到以所测量物理量单位为强度单位的波形数据，如图3所示；
2)利用通带为0.75-1.5Hz的三阶巴特沃斯带通数字滤波器对去仪器响应后的波形数据进行滤波，得到的波形如图4所示；
3)指定测量时间，测量图4中两个虚竖线所示时间窗内的初始波形信号幅值
Figure BDA0003094920290000051
三个地震台站的初始波形信号幅值测量结果如图5所示，图中纵坐标为信号幅值(单位μm/s)，横坐标为三个地震台站的方位角，三个地震台站的P波幅值分别为103μm、23μm、13μm；
4)通过查询Global CMT Catalog Search(www.globalCMT.org)得到此次地震事件的震源矩张量M，如表1所示，震源持续时间为0.6秒；
表1震源矩张量
Figure BDA0003094920290000061
5)分别计算SENK、VRTB、SIRT三个地震台站到震源的距离，以及从震源看向三个地震台站的方位角，计算结果如表2所示；
表2地震台站震中距及方位角
Figure BDA0003094920290000062
6)三个地震台站距震源的震中距较小，属于区域台站；从地震公报中查询得到地震震源深度，查询三个地震台站的深度；
7)采用iaspei91介质结构模型，如表3所示；
表3介质模型
Figure BDA0003094920290000063
Figure BDA0003094920290000071
根据iaspei91介质结构模型，利用地震图计算程序CPS(Computer Programs inSeismology)或SEM(Spectral Element Method)分别计算三个地震台站所对应震中距的格林函数；
8)对三个地震台站分别进行：在以震源为中心、以地震台站与震源之间的距离为半径的圆周上，从0°方位角开始，355°方位角结束，每间隔5度设置一个模拟地震台站，共计72个模拟地震台站，如图6所示；
9)利用三个地震台站所对应震中距的格林函数和震源矩张量M，合成其各自对应的72个模拟地震台站的理论地震图(利用CPS即可实现)，部分模拟地震台站的理论地震图波形如图7所示；
10)对于三个地震台站各自对应的72个模拟地震台站，测量72个模拟地震台站的理论地震图波形信号幅值Ai，测量的时间窗为P波到时后2秒，波形信号幅值Ai为峰峰信号幅值，并根据
Figure BDA0003094920290000072
计算72个模拟地震台站的理论地震图平均幅值
Figure BDA0003094920290000073
即震源平均辐射强度；
11)分别合成SENK、VRTB、SIRT三个地震台站的理论地震图，如图8所示，并采用相同的方法分别测量其波形信号幅值
Figure BDA0003094920290000074
12)计算SENK、VRTB、SIRT三个地震台站对应的幅值修正系数
Figure BDA0003094920290000075
其计算结果分别为1.82、0.30及0.40；
利用
Figure BDA0003094920290000081
得到修正后的波形信号幅值
Figure BDA0003094920290000082
三个地震台站修正后的波形信号幅值分别为58μm、57μm、43μm，如图9所示；修正前后结果对比如图10所示，可以看出，通过理论地震图修正，三个地震台站的波形信号幅值趋于一致，证明该方法可以有效减小天然地震方向性的影响。
通过上述方法，可在信号幅值测量中去除震源强度方向性的影响，得到的信号幅值可以直接用于特定路径地震信号幅值——震级关系模型建模。

Claims (7)

1.一种基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将一次天然地震在地震台站j上记录的以count为强度单位的原始波形数据去除仪器响应，得到以所测量物理量单位为强度单位的波形数据；
2)利用幅值测量所需要的数字滤波器，对去除仪器响应后的波形数据进行滤波；
3)指定测量时间，对滤波后的波形数据测量相应时间窗内的初始波形信号幅值
Figure FDA0003094920280000011
所述波形信号幅值为峰峰信号幅值或者均方根信号幅值；
4)从地震监测机构查询该地震的震源矩张量M及相应的震源持续时间；
5)计算所述地震台站j与震源之间的距离，以及从震源看向地震台站j的方位角；
6)根据震源所在区域的介质结构模型，利用地震图计算程序计算所述地震台站j所对应震中距的格林函数；
7)在以震源为中心、以所述地震台站j与震源之间的距离为半径的圆周上，从0°方位角开始，均匀间隔设置N个模拟地震台站；利用格林函数和震源矩张量M合成N个模拟地震台站的理论地震图；
8)利用步骤2)和步骤3)中的数字滤波器、时间窗及测量方法，测量N个模拟地震台站的理论地震图波形信号幅值Ai，并根据
Figure FDA0003094920280000012
计算N个模拟地震台站的理论地震图平均幅值
Figure FDA0003094920280000013
即震源平均辐射强度；
9)根据从震源看向地震台站j的方位角，合成地震台站j的理论地震图，并利用步骤2)和步骤3)中的数字滤波器、时间窗及测量方法，测量相应的理论地震图波形信号幅值
Figure FDA0003094920280000021
即地震台站j的震源辐射强度；
10)利用
Figure FDA0003094920280000022
得到修正后的波形信号幅值
Figure FDA0003094920280000023
其中，
Figure FDA0003094920280000024
为步骤3)得到的初始波形信号幅值；
Figure FDA0003094920280000025
为步骤8)得到的震源平均辐射强度；
Figure FDA0003094920280000026
为步骤9)得到的地震台站j的震源辐射强度。
2.根据权利要求1所述的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于：
所述地震台站j为区域台站，步骤6)中所述格林函数的计算步骤为：
i.从地震公报中查询得到地震震源深度，查询台站信息得到地震台站j的深度；
ii.计算格林函数。
3.根据权利要求2所述的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于：
所述区域台站为震中距小于1500km的地震台站。
4.根据权利要求1所述的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于：
所述地震台站j为远震台站，步骤6)中所述格林函数的计算步骤为：
i.根据地震台站j的震中距，查询iaspei91走时表得到相应的P波或S波慢度值p；
ii.利用公式is＝arcsin(p·α)计算地震台站j的P波或S波射线在震源处的离源角is；
其中，p为P波或S波慢度值；α为震源处的P波或S波的波速；
iii.从地震公报中查询得到地震震源深度；
iv.利用公式
Figure FDA0003094920280000031
得到地震台站j的等效深度H；
其中，Hs为震源深度；△为格林函数计算的等效震中距，对于深度小于30km的地震，△取为400km；is为P波或S波射线在震源处的离源角；
v.计算格林函数。
5.根据权利要求4所述的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于：
所述远震台站为震中距大于2000km的地震台站。
6.根据权利要求1至5任一所述的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于：
所述N＝72。
7.根据权利要求6所述的基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法，其特征在于：
步骤6)中所述地震图计算程序为CPS或SEM。
CN202110609254.3A 2021-06-01 2021-06-01 基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法 Active CN113359186B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110609254.3A CN113359186B (zh) 2021-06-01 2021-06-01 基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110609254.3A CN113359186B (zh) 2021-06-01 2021-06-01 基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113359186A true CN113359186A (zh) 2021-09-07
CN113359186B CN113359186B (zh) 2023-07-21

Family

ID=77530777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110609254.3A Active CN113359186B (zh) 2021-06-01 2021-06-01 基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113359186B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114721049A (zh) * 2022-03-11 2022-07-08 新疆维吾尔自治区地震局 一种虚拟地震台方位角参加偏网地震定位方法
CN115184995A (zh) * 2022-06-23 2022-10-14 中国地震局地震预测研究所 一种基于测震数据确定走滑型地震发震断层方向的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA712489B (en) * 1970-06-18 1972-11-29 Western Geophysical Co Method and equipment of seismic exploration
US6343256B1 (en) * 2000-06-12 2002-01-29 Exxonmobil Upstream Research Company Illumination corrections to reduce geometrical artifacts in seismic data
US20130315033A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 Christine E. Krohn Near-surface noise prediction and removal for data recorded with simultaneous seismic sources
CN104181507A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种用于地基微波辐射计的数据处理与控制装置
CN110058299A (zh) * 2018-09-14 2019-07-26 南方科技大学 地震定位方法、装置及终端设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA712489B (en) * 1970-06-18 1972-11-29 Western Geophysical Co Method and equipment of seismic exploration
US6343256B1 (en) * 2000-06-12 2002-01-29 Exxonmobil Upstream Research Company Illumination corrections to reduce geometrical artifacts in seismic data
US20130315033A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 Christine E. Krohn Near-surface noise prediction and removal for data recorded with simultaneous seismic sources
CN104181507A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种用于地基微波辐射计的数据处理与控制装置
CN110058299A (zh) * 2018-09-14 2019-07-26 南方科技大学 地震定位方法、装置及终端设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HITOSHI ODA 等: "The effect of regional variation of lattice preferred orientation on surface waveforms", 《GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL》 *
张辉 等: "2013年7月22日岷县漳县6.6级地震序列震源机制解及其特征分析", 《地震》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114721049A (zh) * 2022-03-11 2022-07-08 新疆维吾尔自治区地震局 一种虚拟地震台方位角参加偏网地震定位方法
CN114721049B (zh) * 2022-03-11 2024-04-09 新疆维吾尔自治区地震局 一种虚拟地震台方位角参加偏网地震定位方法
CN115184995A (zh) * 2022-06-23 2022-10-14 中国地震局地震预测研究所 一种基于测震数据确定走滑型地震发震断层方向的方法
CN115184995B (zh) * 2022-06-23 2024-04-19 中国地震局地震预测研究所 一种基于测震数据确定走滑型地震发震断层方向的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113359186B (zh) 2023-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kubo et al. NIED seismic moment tensor catalogue for regional earthquakes around Japan: quality test and application
CN113359186B (zh) 基于天然地震震源辐射强度修正的观测信号幅值测量方法
CN112213768B (zh) 一种联合震源机制反演的地面微地震定位方法及系统
Bannister et al. Tomographic estimates of sub-Moho seismic velocities in Fennoscandia and structural implications
Haney et al. Source characterization for an explosion during the 2009 eruption of Redoubt Volcano from very-long-period seismic waves
Uski et al. Focal mechanisms of three earthquakes in Finland and their relation to surface faults
Fee et al. Local explosion detection and infrasound localization by reverse time migration using 3-D finite-difference wave propagation
CN101609163B (zh) 基于波动理论的多尺度地震资料联合成像方法
Shimamura et al. Similarities and differences in the rupture process of the M∼ 4.8 repeating-earthquake sequence off Kamaishi, northeast Japan: comparison between the 2001 and 2008 events
Wang et al. Source parameters of moderate-to-large Chinese earthquakes from the time evolution of P-wave peak displacement on strong motion recordings
Titov et al. Observations and modeling of scattered waves from hydraulic fractures in a DAS VSP experiment in the Permian Basin
Karkowska et al. ANALYSIS OF EARTHQUAKES RECORDINGS OF TIDAL GRAVIMETERS IN THE PERIOD RANGE OF 10-1000 s.
CN110967751B (zh) 基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法及存储介质
Porras et al. A semblance-based microseismic event detector for DAS data
Engdahl et al. Global digital networks—Current status and future directions
Afonin et al. Structure of the Suasselkä postglacial fault in northern Finland obtained by analysis of local events and ambient seismic noise
Röhm et al. Effects of arrival time errors on traveltime tomography
CN112987098B (zh) 基于vsp的微地震速度模型优化方法
CN117687077B (zh) 利用das和检波器混合阵列监测微震的方法和系统
CN113466943B (zh) 变偏移距vsp地表一致性振幅补偿方法和装置
Woessner et al. Theme IV—Understanding seismicity catalogs and their problems
CN111060963B (zh) 基于微地震成像特征的速度模型评价方法
CN113064204B (zh) 一种井中地震吸收参数提取及地层岩性检测方法
CN118131305A (zh) 地震预警信息播发监测方法
CN110146921B (zh) 基于狄拉克分布概率的微震事件检测方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant