地震記錄處理技術

地震記錄處理技術

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書名 ：地震記錄處理技術 類別 ：自然科學 出版時間 ：2022-11

《地震記錄處理技術》，趙仲和 牟磊育 林向東 著，出版社： 地震出版社。

內容簡介

本書的主要目的就是為從事地震觀測與地震記錄處理的科技人員提供一本實用的參考書。

目錄

第1章緒論…………………………………………………………………………………001

1.1地震記錄……………………………………………………………………………001

1.1.1確定性震源地震記錄…………………………………………………………001

1.1.2脈動記錄………………………………………………………………………003

1.2數字地震觀測系統…………………………………………………………………003

1.2.1數字地震觀測系統的頻帶……………………………………………………003

1.2.2數字地震觀測系統的動態範圍………………………………………………004

1.2.3數字地震觀測系統的輸出……………………………………………………005

1.3地震記錄處理的內容………………………………………………………………005

1.3.1地震記錄預處理………………………………………………………………005

1.3.2地震記錄的儀器校正和仿真…………………………………………………005

1.3.3地震波形變換…………………………………………………………………006

1.3.4地動噪聲譜、場地效應和台網監測能力……………………………………006

1.3.5單個地震定位…………………………………………………………………006

1.3.6震源深度………………………………………………………………………006

1.3.7震源位置與速度結構的聯合測定……………………………………………007

1.3.8震源機制解的測定……………………………………………………………007

1.3.9地震矩張量反演………………………………………………………………007

1.3.10地震記錄譜分析………………………………………………………………007

1.3.11震級的測定……………………………………………………………………007

1.3.12地震台陣數據處理……………………………………………………………008

1.3.13地震事件類型判別……………………………………………………………008

1.4地震記錄處理的方法、算法和程序………………………………………………008

第2章地震波形數據預處理……………………………………………………………010

2.1地震記錄數據的格式轉換…………………………………………………………010

2.1.1數據格式概述…………………………………………………………………010

2.1.2SEED格式……………………………………………………………………011

2.1.3SAC軟件和SAC格式…………………………………………………………013

2.2基本數據編輯………………………………………………………………………013

2.2.1基線校正………………………………………………………………………013

2.2.2Matlab中實現基線校正………………………………………………………017

2.3重採樣………………………………………………………………………………019

2.3.1信號恢復與向上重採樣………………………………………………………019

2.3.2向下重採樣……………………………………………………………………021

2.3.3重採樣的Matlab實現…………………………………………………………023

2.4地震信號的傅里葉變換……………………………………………………………024

2.4.1傅里葉變換的基本公式………………………………………………………025

2.4.2傅里葉變換的Matlab實現……………………………………………………028

2.4.3對使用Matlab函數fft進行頻譜分析的說明…………………………………032

2.5頻率濾波……………………………………………………………………………032

2.5.1模擬濾波器……………………………………………………………………033

2.5.2數字濾波器……………………………………………………………………045

2.5.3從模擬濾波器到數字濾波器的轉換…………………………………………049

2.6結語…………………………………………………………………………………059

第3章地震記錄的儀器校正和仿真…………………………………………………060

3.1地震儀的輸入與輸出………………………………………………………………060

3.1.1地震儀的輸入…………………………………………………………………060

3.1.2地震計的輸出…………………………………………………………………061

3.1.3模擬地震儀的輸出……………………………………………………………062

3.1.4數字地震儀的輸出……………………………………………………………064

3.2地震儀的特性描述…………………………………………………………………065

3.2.1作為模擬系統的地震計和地震儀……………………………………………065

3.2.2DD-1地震儀…………………………………………………………………066

3.2.3中國地震台站曾使用過的基式地震儀………………………………………071

3.2.4經典標準地震儀………………………………………………………………072

3.2.5數字地震儀中使用的寬帶地震計……………………………………………076

3.2.6作為最小相位系統的地震儀…………………………………………………079

3.3地震儀器響應校正…………………………………………………………………081

3.3.1在頻率域進行的地震儀器校正………………………………………………082

3.3.2在時間域進行的地震儀器校正………………………………………………087

3.4數據採集器中的FIR數字濾波器…………………………………………………102

3.4.1線性相位和最小相位濾波器對被濾波波形的影響及其校正………………103

3.4.2數據採集器中的濾波與抽取過程分析………………………………………109

3.5地震儀仿真…………………………………………………………………………115

3.5.1構建仿真濾波器………………………………………………………………117

3.5.2地震儀仿真的Matlab實現……………………………………………………120

3.6結語…………………………………………………………………………………129

第4章地震記錄波形數據變換…………………………………………………………130

4.1短時傅里葉變換……………………………………………………………………131

4.1.1短時傅里葉變換的基本公式…………………………………………………131

4.1.2短時傅里葉變換的Matlab實現………………………………………………132

4.2小波變換……………………………………………………………………………135

4.2.1認識小波和小波分解…………………………………………………………135

4.2.2小波變換的Matlab實現………………………………………………………138

4.2.3小波包變換……………………………………………………………………144

4.2.4小波變換的應用………………………………………………………………145

4.3地震信號的互相關分析……………………………………………………………146

4.3.1互相關函數的數學表示………………………………………………………146

4.3.2求互相關函數的Matlab實現…………………………………………………147

4.3.3計算互相關函數的應用示例…………………………………………………148

4.4地震信號的倒譜變換………………………………………………………………150

4.4.1倒譜的定義……………………………………………………………………150

4.4.2倒譜變換的Matlab實現………………………………………………………150

4.4.3關於倒譜計算的討論…………………………………………………………153

4.5地震信號的希爾伯特變換…………………………………………………………154

4.5.1希爾伯特變換的基本公式……………………………………………………154

4.5.2希爾伯特變換的Matlab實現…………………………………………………155

4.5.3希爾伯特變換的應用示例……………………………………………………158

4.6三分量地震波形分析………………………………………………………………158

4.6.1三分量記錄的坐標旋轉………………………………………………………159

4.6.2三分量波形的能量參數………………………………………………………162

4.6.3偏振分析………………………………………………………………………164

4.7結語…………………………………………………………………………………175

第5章地動噪聲、場地響應和台網監測能力………………………………………176

5.1地動噪聲功率譜密度………………………………………………………………177

5.1.1估計地動噪聲功率譜的標準算法……………………………………………177

5.1.2PSD的數學定義………………………………………………………………178

5.1.3PSD的工程學定義……………………………………………………………179

5.1.4功率譜密度的分段滑動平均…………………………………………………179

5.1.5由功率譜密度估計地動噪聲的均方根振幅…………………………………180

5.2地動噪聲模型———NLNM和NHNM………………………………………………181

5.3地動噪聲功率譜密度的連續觀測…………………………………………………184

5.4IRISGSN地動噪聲模型……………………………………………………………185

5.5地動噪聲功率譜的概率密度函數估計及美國地動噪聲模型(MLNM)………188

5.5.1地動噪聲功率譜的概率密度函數估計………………………………………188

5.5.2美國地動噪聲模型(MLNM)………………………………………………191

5.6在Matlab中實現噪聲功率譜估計…………………………………………………192

5.7PSD估計值的誤差估計……………………………………………………………193

5.7.1基本原理………………………………………………………………………194

5.7.2PSD的置信區間………………………………………………………………195

5.7.3減小PSD估計值的方差………………………………………………………195

5.8台站場地響應評估方法……………………………………………………………196

5.8.1以S波段為主的場地響應評估方法…………………………………………196

5.8.2基於尾波分析的方法…………………………………………………………204

5.8.3基於噪聲的H/V方法…………………………………………………………204

5.8.4多方法的聯合使用……………………………………………………………205

5.8.5「絕對場地效應」………………………………………………………………206

5.9地震台網的監測能力估計…………………………………………………………206

5.9.1單台地震檢測能力估計………………………………………………………207

5.9.2地震台網監測能力的估計……………………………………………………213

5.10區域地震台網定位能力的理論估計………………………………………………215

5.11結語…………………………………………………………………………………217

第6章單個地震定位的基本方法………………………………………………………218

6.1地震定位概述………………………………………………………………………218

6.1.1宏觀震中與微觀震中…………………………………………………………218

6.1.2地震定位中的點源假設………………………………………………………219

6.1.3地震定位技術的演變…………………………………………………………219

6.1.4地震定位結果的描述…………………………………………………………220

6.2坐標系約定與坐標轉換……………………………………………………………221

6.2.1區域台網的坐標系約定………………………………………………………222

6.2.2經緯度與直角坐標的相互轉換………………………………………………222

6.2.3用於經緯度與直角坐標轉換的Matlab程序…………………………………225

6.2.4經緯度與大圓距和方位角的轉換……………………………………………225

6.2.5經緯度與大圓距和方位角之間轉換的Matlab實現…………………………226

6.2.6地理緯度與地心緯度的轉換…………………………………………………226

6.2.7地理緯度與地心緯度之間轉換的Matlab實現………………………………229

6.3地震定位的基本原理———以區域地震台網的近震定位為例……………………229

6.3.1地震定位的蓋革法……………………………………………………………230

6.3.2地震定位的網格搜索法………………………………………………………236

6.3.3地震定位的單純形法…………………………………………………………238

6.3.4地震定位的遺傳算法…………………………………………………………241

6.3.5地震定位的鮑威爾方法………………………………………………………243

6.3.6台偶時差法……………………………………………………………………248

6.4三分向單台地震定位………………………………………………………………250

6.4.1利用三分向單台進行地震定位的一般流程…………………………………251

6.4.2利用三分向初動振幅測定震中方位角………………………………………251

6.4.3利用三分向初動振幅測定視速度……………………………………………252

6.4.4利用P波段的質點偏振特性測定震中方位角………………………………254

6.5地方台網遠震定位…………………………………………………………………254

6.5.1基本假定………………………………………………………………………254

6.5.2數據……………………………………………………………………………254

6.5.3基本公式………………………………………………………………………256

6.6走時和射線離源角的計算…………………………………………………………258

6.6.1水平分層均勻速度模型………………………………………………………259

6.6.2水平分層均勻速度模型中的折射波…………………………………………259

6.6.3水平分層均勻速度模型中的直達波…………………………………………262

6.6.4計算走時和走時偏導數的Matlab實現………………………………………265

6.7改善定位結果的若干措施…………………………………………………………266

6.7.1給定適當的震源初值…………………………………………………………266

6.7.2降維……………………………………………………………………………271

6.7.3加權……………………………………………………………………………272

6.7.4多重模型與台站校正值………………………………………………………275

6.7.5利用多種震相到時數據和其他數據…………………………………………278

6.8定位結果的誤差估計………………………………………………………………279

6.8.1地震定位誤差的描述方法……………………………………………………279

6.8.2有關參數的不同取值對誤差估計的影響……………………………………282

6.8.3地震定位結果中誤差描述的Matlab實現……………………………………282

6.8.4一些地震定位程序的結果誤差描述…………………………………………283

6.8.5《地震編目規範》中列出的定位質量參數…………………………………286

6.9結語…………………………………………………………………………………287

第7章震源深度測定……………………………………………………………………288

第8章震源位置與地球速度結構參數的聯合測定…………………………………333

第9章震源機制解的測定………………………………………………………………378

第10章地震矩張量反演…………………………………………………………………424

第11章震源參數與介質參數的測定…………………………………………………461