不同类型事件宽频带地震仪记录的频谱特征研究

摘要

随着宽频带数字地震仪在地震监测系统中的广泛应用，进一步提高了波形的记录质量，为我们更好地分析台站记录到的事件信息特征提供了必要条件，而仅仅从宽频带数字地震仪记录到的数据直观解读事件特征难免存在主观臆断，无法定量对某一类型事件进行准确分析判断。
　　传统分析和处理非平稳信号的方法主要有：短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布和小波变换等，但是这三种方法本质上都是以傅里叶变换为基础的，由于傅里叶分析主要适用于对稳态信号的处理，因此，不能从根本上解决傅里叶分析的局限性。而希尔伯特-黄变换是1998年提出一种新的非平稳信号处理方法，从本质上讲是对非平稳信号进行平稳化处理，将信号中真实存在的不同尺度波动或趋势逐级分解出来，最终用瞬时频率和能量来表征原信号的频率含量，而不是傅里叶谱分析中的全局频率和能量，这就避免了基于傅里叶变换中需要使用许多虚假谐波表达非线性、非平稳信号的不足。由于地震波记录数据属于非平稳、非线性信号，故本文采用希尔伯特-黄变换处理宽频带数字地震仪记录到的数据,利用希尔伯特边际谱中各频段的能量分布说明不同事件频谱特征,得出的分析结果能够较好描述和分辨爆破事件、天然地震事件、塌陷事件，以及台站背景噪声等优势频率分布情况。
　　本文主要查找、收集、选取了陕、甘、宁、蒙交界地区大部分已经确定的当量震级ML2.0以上的人工爆破事件和塌陷事件的波形记录，以及小部分中小天然地震事件的波形记录，通过反复试算分析，确定选用每个事件中震中距较近（地方震）台站记录的波形数据。挑选震相较为清晰的台站记录波形，从初动前5-10秒开始的100秒记录长度进行截取原始波形。所用台站地震计的采样率均为100次/秒。采用希尔伯特-黄变换对目前不同台站宽频带数字地震仪记录到的不同类型事件原始波形数据进行处理，工作中发现，希尔伯特边际谱较为直观，虽然其反应的角度不一样，也能较好的反应信号中频率成分的真实情况。故主要对比分析不同事件的希尔伯特边际谱，对其本身频谱特征进行了细致深入的分析以及可能造成该现象的原因，对不同事件的特征进行对比研究进一步说明不同类型事件的频谱特征，归纳总结出爆破事件、地震事件、塌陷事件的波谱特征区别，为定量区分爆破事件和地震事件塌陷事件提供较为可靠的证据，对未来工作中准确区分爆破、天然地震、塌陷提供了必要的理论基础，也为今后进一步细致研究低频段地脉动特征打下了良好的基础，下一步工作将重点针对低频段事件记录进行分析研究。
　　但值得注意的是，本研究大多数事件只是在陕、甘、宁、蒙交界地区的地层结构下进行的分析计算，可能存在一定的局限性，在未来的工作中有必要进一步收集资料，进行更加全面的计算，更好的对比分析不同类型事件频谱特征是否随着地区变化而导致差异。

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第一章 引 言

1.1 选题依据及意义

1.2 国内外进展

1.3 研究工作

第二章 地震频谱计算理论和方法

2.1 频谱计算方法概述

2.2 希尔伯特-黄方法分析方法

2.3 数据优化以及计算中若干问题处理

2.4本章小结

第三章 不同类型事件的频谱特征

3.1基础资料的选取

3.2爆破事件频谱特征分析

3.3地震事件频谱特征分析

3.4塌陷事件频谱特征分析

3.5不同事件频谱特征与加入小波变换及数字滤波结果比较

第四章 结论与讨论

4.1主要结论

4.2创新点

4.3存在的不足

参考文献

致谢

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