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

本发明专利技术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。的修正。的修正。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]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：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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所述波形信号幅值为峰峰信号幅值或者均方根信号幅值；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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A
i
，并根据计算N个模拟地震台站的理论地震图平均幅值即震源平均辐射强度；
[0015]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即地震台站j的震源辐射强度；
[0016]10)利用得到修正后的波形信号幅值
[0017]其中，为步骤3)得到的初始波形信号幅值；
[0018]为步骤8)得到的震源平均辐射强度；
[0019]为步骤9)得到的地震台站j的震源辐射强度。
[0020]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：
[0021]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；
[0022]ii.计算格林函数。
[0023]进一步地，所述区域台站为震中距小于1500km的地震台站。
[0024]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：
[0025]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；
[0026]ii.利用公式i
s
＝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i
s
；
[0027]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；
[0028]iii.从地震公报中查询得到地震震源深度；
[0029]iv.利用公式得到地震台站j的等效深度H；
[0030]其中，H
s
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；i
s
为P波或S波射线在震源处的离源角；
[0031]v.计算格林函数。
[0032]进一步地，所述远震台站为震中距大于2000km的地震台站。
[0033]进一步地，所述N＝72。
[0034]进一步地，步骤6)中所述地震图计算程序为CPS或SEM。
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术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；
[0037]2、本专利技术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，本专利技术得到的信号幅值更能反映地震实际情况；
[0038]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；
[0039]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
[0040]图1是一次天然地震事件及地震台站分布图；
[0041]图2是本专利技术中地震事件在三个地震台站上的原始波形图；
[0042]图3是本专利技术中对原始波形图去仪器响应后的波形图；
[0043]图4是本专利技术中对去仪器响应后的波形图进行滤波后的波形图；
[0044]图5是本专利技术中三个地震台站的初始波形信号幅值示意图；
[0045]图6是本专利技术中模拟地震台站分布示意图；
[0046]图7是本专利技术中部分模拟地震台站的理论地震图；
[0047]图8是本专利技术中三个地震台站的理论地震图；
[0048]图9是本专利技术中三个地震台站的修正后波形信号幅值示意图；
[0049]图10是本专利技术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
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
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A
i
，并根据计算N个模拟地震台站的理论地震图平均幅值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即地震台站j的震源辐射强度；10)利用得到修正后的波形信号幅值其中，为步骤3)得到的初始波形信号幅值；为步骤8)得到的震源平均辐射强度；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红春，薛方正，徐雄，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：