地震定位和检测

发布时间：2017-09-14 05:00

  本文关键词：地震定位和检测

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【摘要】：地震定位和检测是地震学中的基本问题,但是对地震高精度定位和对微小地震检测一直是很具有挑战的工作。在本论文中,我们围绕地震定位和检测来介绍以下几个方面内容：1)发展了一种利用多台站自相关叠加来确定震源深度的新方法；2)发展了一种对微震进行同时检测和定位的新方法,3)利用基于互相关的双差定位方法对北朝鲜2013年核试验精确定位；4)应用新发展的微震检测方法成功检测并定位北朝鲜2010年的一次小当量核试验,5)还应用到2007和2014年日本御岳山火山喷发前的地震检测。 精确确定地震深度是极其重要的,但又是很有挑战的。我们发展了一种多台站自相关叠加的新方法(stacking multiple-station autocorrelogram,简称SMAC方法)来确定震源深度。SMAC方法的基本概念是通过自相关和叠加两个手段来加强具有相关性的地表反射震相,利用此震相走时来确定震源深度。自相关技术可以有效地提取与震源深度相联系的震相,而多台站叠加可以进一步提高这一震相的信噪比。在这个过程中我们利用两种波：SH波主波(主要能量部分)和尾波(较晚到达部分)。在尾波情况下,SMAC方法对一个台阵记录到的地震波形的尾波做自相关,然后进行多台站叠加来提取震源到地表的两倍走时。在SH波主波情况下,SMAC方法利用相关来实现下行的莫霍界面反射波SmS和上行经地表反射再经莫霍界面反射的sSmS波之间的干涉,进而确定震源深度。通过对所有可能的震源深度进行遍历,按照理论的sSmS和SmS之间的走时差把自相关波形进行叠加,叠加后最大能量处所对应的深度即是所求震源深度。理论模拟测试验证了SMAC方法的可行性。作为一个实际应用例子,我们应用SMAC方法来确定发生在日本岛上的一个地震的震源深度。我们发现无论是SH波主波还是它们的尾波,都能提取地表反射震相,而且得到了一致的震源深度。假设地壳平均速度有10%不确定性,此方法确定的震源深度误差也不到1km。 在地震学中,微震检测是一个既重要而又具有挑战的问题。我们发展了一种对微震事件进行检测的新方法,命名为匹配定位(Match and Locate,简称ML方法)。ML方法利用地震模板事件波形与可能的微震信号做互相关叠加来探测微震事件。在叠加之前,需要对模板地震周围的三维空间进行扫描搜索,计算可能地震位置与参考位置之间在同一个台站上的相对走时差,根据此走时差来对互相关波形进行矫正叠加。和现在的微震检测方法对比,ML方法可以检测到更小震级的地震事件,而且可以检测到那些距离模板事件较远的微震。另外,此方法对于速度模型的精度依赖较小,而且在检测的同时给出了微震的空间位置信息。我们通过对发生在日本岛上的地震和不同震级小震(降振幅模拟),以及2011年日本东北Mw9.0大地震前震的检测,来与波形模板匹配方法(Matched-filter)进行对比,证明ML方法的有效性与优势性。在日本大地震的前震检测中,ML方法检测出大于模板四倍数目的地震(1427个)。在同样的检测标准下,ML方法比波形模板匹配(Matched-filter)检测的事件要多9%(134个)。其中检测出来的41%(580个)的地震和模板地震不在同一个位置,最大分开距离达到9.4km。根据我们鉴定的前震,我们观测到沿着断层平行方向,有五段前震序列朝着Mw9.0主震震中位置迁移。 利用北朝鲜2009年核试验作为参考,结合卫星图像和地震数据,我们对北朝鲜2013年核试验的位置和当量进行了快速准确确定。在定位方面,利用已知的北朝鲜2009年核试验位置来对北朝鲜2013年的核试验做相对定位；在当量计算方面,通过计算2009和2013年两次核试验激发Lg波的振幅比,并结合先前已知的2009年核试验Lg波震级和由卫星图像推算的埋藏深度,来确定北朝鲜2013年核试验的当量。北朝鲜2013年的核试验位置确定在北纬41.2908°、东经129.0763°,地理位置精度为94m,位于2009年核试验位置的南345m、西453m处。此次核试验当量约为12.2kt,误差为±3.8kt。 我们应用ML方法检测并定位到了北朝鲜2010年5月12日进行的一次小当量核试验。此次核试验起爆时间为格林尼治时间2010年5月12日0点8分45.067秒,位置为北纬41.2863°、东经129.0790°,定位地理精度为350m。地震波的Pg/Lg频谱比进一步确认其为爆炸类型。根据2009和2010年两次核试验的Lg波振幅比和由卫星图像推算的埋藏深度,我们估算此次核试验当量为2.9±0.8t。我们的研究为北朝鲜2010年5月12日小当量核试验的存在提供了地震学证据,同时支持了放射性同位素的观测,也展示了我们通过联立地震数据和放射性数据对小当量核试验进行科学监测的能力。 我们还应用ML方法对2014年日本御岳山火山喷发前的地震进行检测,并与喷发规模较小的2007年的地震活动性和地震特征进行比较,探究两次喷发的差异和前兆信号。在2007和2014年两次火山活动期,我们检测到的地震数目分别是原地震模板的37倍和30倍。在2014年火山喷发前,地震数目存在较为规律的增加和减少现象,而2007年喷发前则没有此现象。我们利用不同类型火山地震的频率特征,把这些地震分类为火山构造地震和长周期事件。两次喷发前均有明显的单频长周期事件发生,我们推测它们与火山活动相联系,或许可以用于未来御岳山火山喷发的预报。
【关键词】：地震检测 地震定位 震源深度 波传播 尾波 核试验 火山地震
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P315.6
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 地震定位和检测回顾13-17
• 1.2.1 地震定位13-15
• 1.2.2 地震深度15-16
• 1.2.3 微震检测16-17
• 1.4 论文结构安排17-19
• 第2章 利用多台站自相关叠加确定震源深度19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 理论介绍19-21
• 2.2.1 尾波多台站自相关叠加20-21
• 2.2.2 SH波主波多台站自相关叠加21
• 2.3 理论模拟验证21-27
• 2.3.1 尾波情况下的理论模拟21-23
• 2.3.2 SH波主波情况下的理论模拟23-25
• 2.3.3 震源机制的影响25-27
• 2.4 确定实际地震的震源深度27-31
• 2.4.1 利用地震尾波确定震源深度27-29
• 2.4.2 利用SH波主波确定震源深度29-31
• 2.5 讨论31-32
• 2.6 小结32-35
• 第3章 一种有效的微震检测方法35-57
• 3.1 引言35-36
• 3.2 M&L方法36-41
• 3.2.1 方法流程36-38
• 3.2.2 检测标准38-41
• 3.3 稳定性测试41-50
• 3.3.1 检测有效性41-49
• 3.3.2 定位精度49-50
• 3.4 应用到2011年日本Mw 9.0地震的前震检测50-55
• 3.5 讨论55
• 3.6 小结55-57
• 第4章 精确确定北朝鲜2013年核试验的位置和当量57-67
• 4.1 引言57-58
• 4.2 北朝鲜2009年核试验回顾58-59
• 4.2.1 北朝鲜2009年核试验的位置58
• 4.2.2 北朝鲜2009年核试验的当量58-59
• 4.3 北朝鲜2013年核试验的位置和当量59-66
• 4.3.1 北朝鲜2013年核试验的位置59-63
• 4.3.2 北朝鲜2013年核试验的当量63-66
• 4.4 小结66-67
• 第5章 北朝鲜2010年小当量核试验的地震学证据67-77
• 5.1 引言67-69
• 5.2 北朝鲜2010年小当量核试验的检测和定位69-73
• 5.3 利用Pg/Lg频谱比区分震源类型73-74
• 5.4 2010 年核试验的当量74-75
• 5.5 讨论75-76
• 5.6 小结76-77
• 第6章 2014年日本御岳山火山喷发前的地震特征77-93
• 6.1 引言77-78
• 6.2 火山地震种类78-80
• 6.3 地震检测80-88
• 6.4 地震分类88-90
• 6.5 讨论和小结90-93
• 第7章 总结和展望93-97
• 7.1 总结93-95
• 7.2 展望95-97
• 参考文献97-107
• 附录A 第二章补充材料107-111
• 附录B 第三章补充材料111-117
• 附录C 第五章补充材料117-125
• 致谢125-127
• 博士在读期间科研成果127

【共引文献】

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3 吕鹏;丁志峰;朱露培;;结合波形互相关的双差定位方法在2008年汶川地震余震序列中的应用[J];地震学报;2011年04期

4 李宇彤;吴忠良;蒋长胜;李广平;;Repeating earthquakes recorded by Liaoning Regional Seismograph Network[J];Acta Seismologica Sinica(English Edition);2008年04期

5 ;Comparison of ground truth location of earthquake from InSAR and from ambient seismic noise: A case study of the 1998 Zhangbei earthquake[J];Earthquake Science;2011年02期

6 黄媛;;结合波形互相关技术的双差算法在地震定位中的应用探讨[J];国际地震动态;2008年04期

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1 李宇彤;“重复地震”的若干地震学问题[D];中国地震局地球物理研究所;2012年

2 曾祥方;射线理论在地震动源和地球内部界面研究中的应用[D];中国科学技术大学;2012年

3 李圣强;集群环境下中小地震震源机制波形反演的准自动系统构建及应用研究[D];中国科学技术大学;2012年

4 叶庆东;大别苏鲁地区背景噪声成像与汶川地震科学钻探井孔附近微震定位[D];中国地震局地球物理研究所;2014年

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本文编号：848001