王雪石

(內蒙古自治區(qū)地震局海拉爾地震臺,內蒙古呼倫貝爾　021008)

淺談數(shù)字地震觀測資料的分析方法

王雪石

(內蒙古自治區(qū)地震局海拉爾地震臺,內蒙古呼倫貝爾021008)

數(shù)字地震觀測已成為當今國內外發(fā)展地震觀測技術和地震觀測臺網的有效手段,數(shù)字地震記錄的分析處理和從中提取關于震源與介質的信息,對于推動地震科學的發(fā)展具有重要意義。因此,研究和改進數(shù)字地震觀測的分析方法對研究地震分析處理具有積極意義。

數(shù)字地震觀測分析方法

1　數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的基本概況

地震學是一門觀測科學，也是現(xiàn)代地震學的主要任務之一，主要指用地震波資料來研宄地球內部構造和地震的震源，而波形數(shù)據則要依靠高質量的地臺網觀測記錄。自2000年，我國的地震觀測系統(tǒng)開始了快速發(fā)展，新一代的數(shù)字地震觀測網也已經建立完成，每天能夠收集到超過40G的數(shù)據，如此海量的形數(shù)據為地震監(jiān)測與研宄提供了豐富的原始資料，也將在推動地球科學研宄方面發(fā)揮重要作用。由于數(shù)字地震觀測儀器種類繁多，接下來主要針對寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)展開分析和討論。

寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的主要技術指標為:帶寬為20Hz～120Sec.，儀器動態(tài)范圍大于140dB，靈敏度小于300Sec。在速度方面，該系統(tǒng)采用了力平衡式反饋設計，能夠達到帶寬120Sec左右，輸出速度極為平坦，并且時間精度能達到1ms。寬頻帶數(shù)字系統(tǒng)還采用了24位高精度數(shù)據采集器，在遠震、機遠震上都有能夠良好記錄，并能通過SSDP處理軟件進行仿真、濾波等處理。

2　數(shù)字地震記錄的分析

寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)能夠完整的記錄地震信息，同時還能夠記錄地脈動干擾因素。如果出現(xiàn)較大地震，地震信號會大于干擾信號，可以直接在原始波形圖上分析得出;若震級較小，那么地震信號與干擾信號相差并不大，需要對數(shù)據進行仿真或濾波處理才能得出結論。經驗表明，仿真處理方法相對濾波處理更為有效。

為了更好的進行數(shù)字地震觀測分析，我國多數(shù)都采用模擬與數(shù)字地震觀測結合并行的數(shù)字化地震臺。在觀測過程中，我們要先進行模擬記錄分析，然后根據分析結果對數(shù)字記錄儀進行對比分析。在數(shù)字地震分析中，我們要先進行地震事件的抽取，因為計算機無法自行檢測和記錄，值得注意的是，對地震事件抽取的時間不要太長，時間段越小，計算機處理速度越快;其次，在分析過程中要選取最大的掃描時間進行分析，粗略地定出首波(PG、P、PKP或PDIF)及后續(xù)震相(SG、S或PP)，確定地震的基本性質;最后根據數(shù)據性質采取不同方法進行分析。

3　數(shù)字地震記錄的分析方法

3.1近震分析

一般情況下，震中距在1000km以內的地震我們稱之為近震，近震的地震波周期較短，約在1s以內，我們可以根據震相參數(shù)PG和SG來用于確定地震。影響進震分析的干擾因素主要是高頻脈動，參數(shù)一般在3～6s和3～5Hz范圍。在寬頻帶記錄中，由于較小地震容易被信號干擾，稍大的地震也會存在很多“毛刺”，因此在近震分析中，主要采用仿真短周期記錄分析方法而不是高通濾波分析。因為影響近震分析的主要干擾因素是高頻，而高通濾波也同樣會受到高頻干擾被留下來。仿真短周期記錄方法則不同，DD-1儀記錄頻帶范圍為1～25Hz。而且仿真短周期的記錄圖上3～5Hz的干擾信號的位移輸出量很小，基本不影響地震分析。

3.2遠震和極遠震分析

遠震和極遠震的震中距范圍在10°＜ △≤180°，其中由于地震內部分層結構以及物理性質的原因存在較多的震相，且隨著震中距的增加，震相的時間間隔也會增大，震動持續(xù)時間延長，波的周期變長，這會使得震相識別十分困難。

寬頻帶數(shù)字地震觀測系統(tǒng)在距離地震信息的同時也會記錄地動脈干擾，尤其是長周期的干擾會極大的影響面波記錄。由于遠震和極遠震的地震波中幾乎包含了1秒到1分各頻段的震相，因此將一個地震事件中的數(shù)據全部分析出來是非常困難的。一般來說只有采用分段處理，進行不同時段掃描，才能使得各頻段的地震波合理顯示出來。具體分析方法如下:分析P波段震相時，掃描時間不要超過300s;分析S波段震相，掃描時間為200～600s比較合適;測量面波時，掃描時間不要太小，一般應超過600s。選擇合適的掃描時間對震相的判斷和到時的確定非常重要。對于震極較小的地震事件，可以仿真不同頻段特性的模擬地震儀記錄來進行分析。周期小于3s的震相，一般仿真短周期地震儀記錄來分析;對于周期大于15s的震相，一般仿真長周期地震儀記錄來分析。遠震中震相S的確定，經常即要仿真中長周期地震儀記錄，又要仿真長周期地震儀記錄，還要結合原始記錄，互相對比之后，才能使所分析的震相到時更加準確。

3.3數(shù)字地震觀測數(shù)據計算

數(shù)字地震觀測系統(tǒng)由地震計和數(shù)據釆集器組成，通常使用過采樣技術以達到較高的數(shù)據收集精度和分辨率，一般都要采用分級設計。

中國地震臺網中心已將地震計的參數(shù)、模數(shù)轉換器的參數(shù)和各級濾波器的參數(shù)全部寫入地震波形SEED格式數(shù)據中，地震觀測工作人員可以根據實際研究工作的需求，方便地使用這些參數(shù)。以下以BBVS-60寬頻帶地震計和EDAS-24IP釆數(shù)據集器組成的觀測系統(tǒng)為例給出地震儀系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。濾波器的輸入和輸出均為數(shù)字數(shù)(c o u n t s)，但每一級的輸入和輸出釆樣率不同，對于EDAS-2 4 IP濾波器第三級的輸入釆樣率為2 5 6 0 0 0 s p s，輸出為3 2 0 0 0 s p s，到了第六級輸入采樣率為200sps，輸出為l00sps，這樣用戶就得到了每秒鐘100個采樣點的數(shù)字化資料。

4　結語

數(shù)字地震觀測在我國的發(fā)展已經較為成熟，數(shù)字化地震臺網也較為全面，目前我國對數(shù)字地震觀測數(shù)據的分析處理已經能夠初步取代對模擬地震觀測圖的分析處理。當然，信息化的觀測也對地震從業(yè)人員提出了更高的要求，需要相關人員在掌握地震波傳播的基礎理論知識的同時不斷的總結經驗、學習新技術，這樣才能更為有效的完成數(shù)字地震觀測的資料分析。

[1]陳會忠.中國數(shù)字地震觀測網絡工程的科技進步[J].防災博覽, 2007(05).

[2]張勇,陳運泰.蘆山4.20地震破裂過程及其致災特征初步分析[J].地球物理學報,2013(04).

[3]王洪波.地震監(jiān)測資源環(huán)境有關問題的探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保, 2014(06).

[4]任梟.中國地震臺網觀測系統(tǒng)特性分析與資料應用研究[J].中國地震局地球物理研究所,2013(1 2).