本文關鍵詞：臺陣處理和模板匹配濾波技術在微弱地震信號檢測中的應用研究　出處：《中國地震局地球物理研究所》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：與大地震短時間內(nèi)釋放巨大能量不同,微小地震每次釋放的能量較小,容易被忽略。然而,某一地區(qū)一段時間內(nèi)微小地震的頻繁發(fā)生,可能預示著該地區(qū)地下介質(zhì)達到某種臨界狀態(tài),大地震發(fā)生的風險提升。微地震監(jiān)測不僅可以應用于地下結構成像、地震預測等天然地震學領域,還可用于探測頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的微裂隙位置,指導水壓致裂等石油生產(chǎn)工作。系統(tǒng)探測微地震活動,也是研究灌注廢水和水庫誘發(fā)地震活動的重要前提。在實際觀測中,由于微地震的信號較弱,背景噪聲水平較高,觀測困難,我們需要通過一些方法,提高波形信噪比,提高微弱地震信號檢測的能力。為了進行微弱地震信號檢測,我們重點研究了以下兩種方法：一種是用于探測微弱信號的臺陣處理技術,該方法基于密集分布的臺陣數(shù)據(jù),通過一定時間偏移后的波形疊加,增強一致的事件信號,壓制不一致的噪聲信號。另一種是用于檢測遺漏地震的模板匹配濾波技術,該方法通過波形掃描,識別出與模板事件相似度高的地震事件,在低信噪比情況下也有良好的檢測效果。對于臺陣處理技術,我們以2013年2月15日發(fā)生的俄羅斯隕石墜落事件為例,研究2011-2013年布設在云南及其周邊地區(qū)的ChinArray一期臺陣數(shù)據(jù)。在隕石墜落事件前20分鐘左右,一次5.8級地震事件在湯加地區(qū)發(fā)生,該事件信號傳至ChinArray的時間與俄羅斯隕石墜落事件大致相同,為我們提取信號帶來難度。運用臺陣處理技術中的Vespagram和F-K分析,我們從中分辨出來自俄羅斯隕石墜落事件的面波震相,對應后方位角329.7°,慢度34.73 sec/deg。我們同樣運用F-K分析對日本的F-net寬頻帶臺陣數(shù)據(jù)進行處理,得到后方位角為316.61°的面波震相。利用ChinArray和F-net的不同后方位角,我們將俄羅斯隕石墜落事件定位在58.80°N,58.72°E,和USGS的定位結果(55.15°N,61.41°E)相差約438 km。較大的定位偏差可能是由于地下介質(zhì)的不均勻性,導致面波在傳播過程中偏離大圓路徑。盡管如此,我們的結果證明,運用恰當?shù)呐_陣處理技術,可以在ChinArray上識別出遠程微弱信號。在第二部分工作中,我們運用模板匹配濾波技術,檢測2015年7.8級尼泊爾地震發(fā)生前1.6天至之后4.4天內(nèi),藏南地區(qū)的微地震活動。結果顯示,匹配濾波掃描后,我們在藏南檢測到五倍于中國地震臺網(wǎng)(CENC)目錄上的地震。尼泊爾主震發(fā)生后,藏南地區(qū)的地震活動性明顯增加,其中包括主震發(fā)生后數(shù)小時內(nèi)發(fā)生的5.8級定日地震和5.3級聶拉木地震。兩次地震為正斷層型,與當?shù)乩瓘埿蜆嬙鞈顟B(tài)一致。此外,通過計算由尼泊爾主震導致的靜態(tài)庫侖應力改變和動態(tài)應力改變,我們發(fā)現(xiàn),雖然靜態(tài)庫侖應力改變和地震活動性的相關性略高于動態(tài)應力的改變,但動態(tài)應力改變的絕對大小(～2.2 MPa)比靜態(tài)庫侖應力的改變(～10 kPa)大兩個量級。通過模板匹配濾波掃描,我們可以檢測到更多微地震活動,有助于大地震的觸發(fā)作用研究。除了近場觸發(fā)地震外,模板匹配濾波技術還可用于遠場動態(tài)觸發(fā)地震活動的探測。以2012年8.6級印度洋地震為例,運用CENC目錄地震活動性分析和頻譜分析等方法,我們沒有在云南地區(qū)發(fā)現(xiàn)大范圍動態(tài)觸發(fā)現(xiàn)象。我們以騰沖地區(qū)的17個CENC目錄事件作為模板,運用模板匹配濾波技術,掃描印度洋地震前1.7天至之后3.3天的連續(xù)波形數(shù)據(jù),得到新檢測地震事件12個。掃描前后,地震活動性都沒有明顯變化,說明騰沖地區(qū)雖然地處容易觸發(fā)地震的火山區(qū),但是在8.6級印度洋地震后3.3天內(nèi),并沒有動態(tài)觸發(fā)現(xiàn)象產(chǎn)生。最后通過與2004年9.1級蘇門答臘地震在云南地區(qū)明顯觸發(fā)現(xiàn)象的對比,認為兩次地震產(chǎn)生的動態(tài)應力大小或背景活動性的不同,是影響觸發(fā)作用的主要因素。綜上所述,基于波形的相似性,臺陣處理技術和模板匹配濾波技術通過疊加或互相關掃描的方式,增強事件信號,壓制噪聲信號,提高波形信噪比。運用這兩種技術,微弱地震信號可以被有效檢測,并更好地用于解釋近場和遠場的地震相互作用。
【學位授予單位】：中國地震局地球物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P315.7

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