本文關(guān)鍵詞：地震定位和檢測

  更多相關(guān)文章： 地震檢測 地震定位 震源深度 波傳播 尾波 核試驗 火山地震

【摘要】：地震定位和檢測是地震學(xué)中的基本問題,但是對地震高精度定位和對微小地震檢測一直是很具有挑戰(zhàn)的工作。在本論文中,我們圍繞地震定位和檢測來介紹以下幾個方面內(nèi)容：1)發(fā)展了一種利用多臺站自相關(guān)疊加來確定震源深度的新方法；2)發(fā)展了一種對微震進行同時檢測和定位的新方法,3)利用基于互相關(guān)的雙差定位方法對北朝鮮2013年核試驗精確定位；4)應(yīng)用新發(fā)展的微震檢測方法成功檢測并定位北朝鮮2010年的一次小當(dāng)量核試驗,5)還應(yīng)用到2007和2014年日本御岳山火山噴發(fā)前的地震檢測。 精確確定地震深度是極其重要的,但又是很有挑戰(zhàn)的。我們發(fā)展了一種多臺站自相關(guān)疊加的新方法(stacking multiple-station autocorrelogram,簡稱SMAC方法)來確定震源深度。SMAC方法的基本概念是通過自相關(guān)和疊加兩個手段來加強具有相關(guān)性的地表反射震相,利用此震相走時來確定震源深度。自相關(guān)技術(shù)可以有效地提取與震源深度相聯(lián)系的震相,而多臺站疊加可以進一步提高這一震相的信噪比。在這個過程中我們利用兩種波：SH波主波(主要能量部分)和尾波(較晚到達部分)。在尾波情況下,SMAC方法對一個臺陣記錄到的地震波形的尾波做自相關(guān),然后進行多臺站疊加來提取震源到地表的兩倍走時。在SH波主波情況下,SMAC方法利用相關(guān)來實現(xiàn)下行的莫霍界面反射波SmS和上行經(jīng)地表反射再經(jīng)莫霍界面反射的sSmS波之間的干涉,進而確定震源深度。通過對所有可能的震源深度進行遍歷,按照理論的sSmS和SmS之間的走時差把自相關(guān)波形進行疊加,疊加后最大能量處所對應(yīng)的深度即是所求震源深度。理論模擬測試驗證了SMAC方法的可行性。作為一個實際應(yīng)用例子,我們應(yīng)用SMAC方法來確定發(fā)生在日本島上的一個地震的震源深度。我們發(fā)現(xiàn)無論是SH波主波還是它們的尾波,都能提取地表反射震相,而且得到了一致的震源深度。假設(shè)地殼平均速度有10%不確定性,此方法確定的震源深度誤差也不到1km。 在地震學(xué)中,微震檢測是一個既重要而又具有挑戰(zhàn)的問題。我們發(fā)展了一種對微震事件進行檢測的新方法,命名為匹配定位(Match and Locate,簡稱ML方法)。ML方法利用地震模板事件波形與可能的微震信號做互相關(guān)疊加來探測微震事件。在疊加之前,需要對模板地震周圍的三維空間進行掃描搜索,計算可能地震位置與參考位置之間在同一個臺站上的相對走時差,根據(jù)此走時差來對互相關(guān)波形進行矯正疊加。和現(xiàn)在的微震檢測方法對比,ML方法可以檢測到更小震級的地震事件,而且可以檢測到那些距離模板事件較遠的微震。另外,此方法對于速度模型的精度依賴較小,而且在檢測的同時給出了微震的空間位置信息。我們通過對發(fā)生在日本島上的地震和不同震級小震(降振幅模擬),以及2011年日本東北Mw9.0大地震前震的檢測,來與波形模板匹配方法(Matched-filter)進行對比,證明ML方法的有效性與優(yōu)勢性。在日本大地震的前震檢測中,ML方法檢測出大于模板四倍數(shù)目的地震(1427個)。在同樣的檢測標(biāo)準(zhǔn)下,ML方法比波形模板匹配(Matched-filter)檢測的事件要多9%(134個)。其中檢測出來的41%(580個)的地震和模板地震不在同一個位置,最大分開距離達到9.4km。根據(jù)我們鑒定的前震,我們觀測到沿著斷層平行方向,有五段前震序列朝著Mw9.0主震震中位置遷移。 利用北朝鮮2009年核試驗作為參考,結(jié)合衛(wèi)星圖像和地震數(shù)據(jù),我們對北朝鮮2013年核試驗的位置和當(dāng)量進行了快速準(zhǔn)確確定。在定位方面,利用已知的北朝鮮2009年核試驗位置來對北朝鮮2013年的核試驗做相對定位；在當(dāng)量計算方面,通過計算2009和2013年兩次核試驗激發(fā)Lg波的振幅比,并結(jié)合先前已知的2009年核試驗Lg波震級和由衛(wèi)星圖像推算的埋藏深度,來確定北朝鮮2013年核試驗的當(dāng)量。北朝鮮2013年的核試驗位置確定在北緯41.2908°、東經(jīng)129.0763°,地理位置精度為94m,位于2009年核試驗位置的南345m、西453m處。此次核試驗當(dāng)量約為12.2kt,誤差為±3.8kt。 我們應(yīng)用ML方法檢測并定位到了北朝鮮2010年5月12日進行的一次小當(dāng)量核試驗。此次核試驗起爆時間為格林尼治時間2010年5月12日0點8分45.067秒,位置為北緯41.2863°、東經(jīng)129.0790°,定位地理精度為350m。地震波的Pg/Lg頻譜比進一步確認其為爆炸類型。根據(jù)2009和2010年兩次核試驗的Lg波振幅比和由衛(wèi)星圖像推算的埋藏深度,我們估算此次核試驗當(dāng)量為2.9±0.8t。我們的研究為北朝鮮2010年5月12日小當(dāng)量核試驗的存在提供了地震學(xué)證據(jù),同時支持了放射性同位素的觀測,也展示了我們通過聯(lián)立地震數(shù)據(jù)和放射性數(shù)據(jù)對小當(dāng)量核試驗進行科學(xué)監(jiān)測的能力。 我們還應(yīng)用ML方法對2014年日本御岳山火山噴發(fā)前的地震進行檢測,并與噴發(fā)規(guī)模較小的2007年的地震活動性和地震特征進行比較,探究兩次噴發(fā)的差異和前兆信號。在2007和2014年兩次火山活動期,我們檢測到的地震數(shù)目分別是原地震模板的37倍和30倍。在2014年火山噴發(fā)前,地震數(shù)目存在較為規(guī)律的增加和減少現(xiàn)象,而2007年噴發(fā)前則沒有此現(xiàn)象。我們利用不同類型火山地震的頻率特征,把這些地震分類為火山構(gòu)造地震和長周期事件。兩次噴發(fā)前均有明顯的單頻長周期事件發(fā)生,我們推測它們與火山活動相聯(lián)系,或許可以用于未來御岳山火山噴發(fā)的預(yù)報。
【關(guān)鍵詞】：地震檢測 地震定位 震源深度 波傳播 尾波 核試驗 火山地震
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P315.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 地震定位和檢測回顧13-17
• 1.2.1 地震定位13-15
• 1.2.2 地震深度15-16
• 1.2.3 微震檢測16-17
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排17-19
• 第2章 利用多臺站自相關(guān)疊加確定震源深度19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 理論介紹19-21
• 2.2.1 尾波多臺站自相關(guān)疊加20-21
• 2.2.2 SH波主波多臺站自相關(guān)疊加21
• 2.3 理論模擬驗證21-27
• 2.3.1 尾波情況下的理論模擬21-23
• 2.3.2 SH波主波情況下的理論模擬23-25
• 2.3.3 震源機制的影響25-27
• 2.4 確定實際地震的震源深度27-31
• 2.4.1 利用地震尾波確定震源深度27-29
• 2.4.2 利用SH波主波確定震源深度29-31
• 2.5 討論31-32
• 2.6 小結(jié)32-35
• 第3章 一種有效的微震檢測方法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 檢測標(biāo)準(zhǔn)38-41
• 3.3 穩(wěn)定性測試41-50
• 3.3.1 檢測有效性41-49
• 3.3.2 定位精度49-50
• 3.4 應(yīng)用到2011年日本Mw 9.0地震的前震檢測50-55
• 3.5 討論55
• 3.6 小結(jié)55-57
• 第4章 精確確定北朝鮮2013年核試驗的位置和當(dāng)量57-67
• 4.1 引言57-58
• 4.2 北朝鮮2009年核試驗回顧58-59
• 4.2.1 北朝鮮2009年核試驗的位置58
• 4.2.2 北朝鮮2009年核試驗的當(dāng)量58-59
• 4.3 北朝鮮2013年核試驗的位置和當(dāng)量59-66
• 4.3.1 北朝鮮2013年核試驗的位置59-63
• 4.3.2 北朝鮮2013年核試驗的當(dāng)量63-66
• 4.4 小結(jié)66-67
• 第5章 北朝鮮2010年小當(dāng)量核試驗的地震學(xué)證據(jù)67-77
• 5.1 引言67-69
• 5.2 北朝鮮2010年小當(dāng)量核試驗的檢測和定位69-73
• 5.3 利用Pg/Lg頻譜比區(qū)分震源類型73-74
• 5.4 2010 年核試驗的當(dāng)量74-75
• 5.5 討論75-76
• 5.6 小結(jié)76-77
• 第6章 2014年日本御岳山火山噴發(fā)前的地震特征77-93
• 6.1 引言77-78
• 6.2 火山地震種類78-80
• 6.3 地震檢測80-88
• 6.4 地震分類88-90
• 6.5 討論和小結(jié)90-93
• 第7章 總結(jié)和展望93-97
• 7.1 總結(jié)93-95
• 7.2 展望95-97
• 參考文獻97-107
• 附錄A 第二章補充材料107-111
• 附錄B 第三章補充材料111-117
• 附錄C 第五章補充材料117-125
• 致謝125-127
• 博士在讀期間科研成果127

【共引文獻】

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本文編號：848001