基于SEM的地震波幅值、相似性及尾波強(qiáng)度特性研究.pdf

1、地震激發(fā)的地震波經(jīng)地球介質(zhì)傳播到臺(tái)站，并被地震計(jì)記錄轉(zhuǎn)換為數(shù)字記錄，這些記錄數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳回地震臺(tái)網(wǎng)中心。地震臺(tái)網(wǎng)中心利用各種地震數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)地震臺(tái)站傳回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測并形成事件目錄。地震學(xué)家則利用這些地震目錄及地震數(shù)據(jù)對(duì)地震震源參數(shù)、介質(zhì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行更深入的研究。以上三個(gè)過程分別對(duì)應(yīng)于地震信號(hào)傳播、地震信號(hào)檢測和地震深入研究。本文針對(duì)Pn和Lg波在傳播過程中的信號(hào)幅值衰減、重復(fù)地震的相關(guān)檢測方法及影響地震信號(hào)相似性的主要因素、遠(yuǎn)震

2、P波尾波信號(hào)的激發(fā)規(guī)律開展了部分研究工作。
　　與地球內(nèi)部深部結(jié)構(gòu)相比，地殼及上地幔介質(zhì)的非均勻性更強(qiáng)，而Pn和Lg波信號(hào)分別主要在上地幔和地殼中傳播，這使得它們的信號(hào)幅值衰減規(guī)律較遠(yuǎn)震信號(hào)更為復(fù)雜。本文利用二維譜元方法，并結(jié)合二維線源到三維點(diǎn)源的轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用SEM理論地震圖計(jì)算方法研究了上地幔及地殼介質(zhì)非均勻、莫霍面起伏對(duì)Pn和Lg波信號(hào)幅值隨震中距的衰減規(guī)律的影響。其中對(duì)Pn波還研究了上地幔速度梯度對(duì)其信號(hào)幅值的影響，對(duì)于L

3、g波還研究了自由表面的地形起伏對(duì)其信號(hào)幅值的影響。研究結(jié)果表明，上地幔速度梯度、莫霍面起伏、上地幔介質(zhì)非均都會(huì)使得Pn波信號(hào)幅值出現(xiàn)異常變化。本文還對(duì)橫跨西天山傳播路徑上實(shí)際觀測的Pn波幅值異常變化進(jìn)行了擬合解釋。而Lg波信號(hào)則會(huì)受到地殼介質(zhì)非均勻、莫霍面起伏、上地幔頂部速度異常體的影響。此外，Lg還受自由表面的地形起伏影響。不過比較Lg波與Pn波信號(hào)幅值的變化可以發(fā)現(xiàn)，盡管Lg波的信號(hào)幅值也受到諸多介質(zhì)結(jié)構(gòu)因素的影響，但其信號(hào)幅值衰減

4、曲線的穩(wěn)定性要優(yōu)于Pn波，因此利用Lg波得到的震源強(qiáng)度要比Pn波得到的結(jié)果更穩(wěn)定。
　　地震信號(hào)傳到地震臺(tái)網(wǎng)中心后需要進(jìn)行檢測形成地震目錄。對(duì)于一般地震的信號(hào)檢測主要采用長短窗能量比方法(STA/LTA)，但對(duì)于一些具有重復(fù)性的地震，基于信號(hào)相關(guān)性的檢測技術(shù)是一種更為有效準(zhǔn)確的方法，該方法集信號(hào)檢測和事件識(shí)別于一體。為了解決相關(guān)檢測在應(yīng)用于三分向地震臺(tái)站數(shù)據(jù)檢測中誤觸發(fā)較多的問題，本文提出了利用多個(gè)臺(tái)站上的相關(guān)檢測觸發(fā)關(guān)聯(lián)測試的方

5、法來控制誤檢率。對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的檢測結(jié)果表明，該方法能比較有效的控制檢測誤觸發(fā)，同時(shí)義保證了強(qiáng)檢測能力。此外，本文還分別利用理論地震圖計(jì)算的方法研究了震源機(jī)制變化、震源位置變化對(duì)臺(tái)站上記錄到的信號(hào)之間相似性的影響。模擬結(jié)果表明對(duì)于天然地震源，斷層面解在較大范圍內(nèi)的擾動(dòng)變化并不會(huì)引起地震信號(hào)波形相似性出現(xiàn)較大的變化;而對(duì)于爆炸源，爆炸矩張量中非爆炸源成分的變化會(huì)引起信號(hào)相關(guān)性出現(xiàn)較大的變化，這使得相關(guān)檢測方法對(duì)重復(fù)地下爆炸檢測和識(shí)別更為有效。

6、對(duì)三維非均勻模型中地震圖的模擬結(jié)果表明，相關(guān)系數(shù)的值與震源之間距離的負(fù)指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式在一定震源間距范圍內(nèi)基本適用。
　　本文還基于地震學(xué)中的表示定理將三維譜元法與廣義射線法相混合，發(fā)展了一個(gè)能計(jì)算復(fù)雜源區(qū)介質(zhì)中地震遠(yuǎn)震P波理論地震圖的程序。該程序?qū)υ磪^(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)采用譜元法進(jìn)行數(shù)值離散計(jì)算，因此能處理各種復(fù)雜源區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜介質(zhì)間斷面（包括地形起伏）及介質(zhì)非均勻，這使得該程序能用于研究復(fù)雜源區(qū)介質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)遠(yuǎn)震P波的影響。利用該程序，本

7、文研究了幾種復(fù)雜源區(qū)介質(zhì)中遠(yuǎn)震P波的尾波信號(hào)激發(fā)規(guī)律。研究結(jié)果表明，淺源地下爆炸的強(qiáng)Rg波經(jīng)源區(qū)附近的復(fù)雜介質(zhì)結(jié)構(gòu)散射后，可以形成遠(yuǎn)震P波的尾波信號(hào)。對(duì)于簡單的高斯地形模型，尾波信號(hào)與直達(dá)P波信號(hào)之間的相對(duì)強(qiáng)度與爆炸源的埋深有關(guān)。然而，利用朝鮮核試驗(yàn)場真實(shí)地形數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬結(jié)果則表明，尾波信號(hào)的強(qiáng)度與爆炸源埋深之間并不存在明顯的關(guān)系，對(duì)朝鮮2009年和2013年兩次核試驗(yàn)實(shí)際記錄數(shù)據(jù)的分析結(jié)果也表明不同震中距（不同離源角）和不同方位角遠(yuǎn)