作者简介:王平(1965~),女,陕西省地震局数字遥测台网工程师,从事遥测台网数据分析处理和编目工作数字地震记录与模拟地震记录波形的

一致性对比分析

王󰀁平狄秀玲

(中国西安710068陕西省地震局)

摘要󰀁通过对模拟台网与数字台网记录到的地震震相和波形进行了对比分析,从比较情况看,两套系统地震记录的波形特征较为一致。

关键词󰀁地震波形;对比分析

中图分类号:P315.63󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1003-3246(2004)增刊-0038-07

引言

陕西省数字地震台网建于1997年,最初是7个子台,2002年发展到13个子台。仪器运

行情况良好,记录资料连续可靠。2002年数字台网记录资料正式使用、交流,模拟台网也于

2002年4月停记。模拟、数字台网并行期间记录到的资料为模拟地震台网向数字地震台网的

平稳过渡,为地震分析、预报、研究等提供了大量科学依据。在此,我们对数字台网记录的地动速度波形、仿真(仿DD-1)记录波形、模拟台网记录到的地动位移波形进行了对比分析,为进一

步分析数字台网记录的地震震相提供参考。

1󰀁资料的选取

按照中国地震局󰀁区域台网地震月报目录与地震观测报告编报技术规范󰀁要求,我们从台

网并行期间记录到的地震事件中,选取了部分较为典型的地方震、近震记录图。在资料选取过

程中,既要求数字、模拟记录属同一个台站的同一个地震事件,又要求图面质量记录较好。在符合这些条件的一些地震记录中,本文选用了几个比较典型的地震记录图。

在选取的地震中,我们给出每个地震数字台网记录的地动速度波形、仿真记录波形、模拟

台网记录的地动位移波形,并进行比较分析。由于数字台网在人机交互式地震分析处理系统

软件中,具有对波形的放大、缩小等编缉功能,为了使两种记录的时间标度一致,我们把数字台

网记录的地震按每分钟120mm长度打印,模拟台网记录按原记录图纸复印。为便于波形的对比,下面给出地震的数字记录、仿真记录、模拟记录3种记录的时间尺度一致。

2󰀁震相到时对比分析

我们从1998~2001年的地震记录中,选取了模拟、数字都记录到的近震、地方震的震相到地震地磁观测与研究第25卷󰀁增刊SEISMOLOGICALANDGEOMAGNETICVol25󰀁Suppl2004年󰀁9月OBSERVATIONANDRESEARCHSept󰀁2004时436组。利用以下公式,分别计算了P波、S波的平均到时差。

󰀁T=󰀁N

I=0(TM-TS)/N

公式中󰀁T为模拟与数字记录同一震相的平均到时差,TM为模拟记录震相的到时,TS为数字

记录震相的到时,N为到时个数。

通过计算得出:Pg的平均到时差为-0.17,Sg的平均到时差为-0.21,图1、图2分别给出了P波、S波的平均到时差的分布图。

图1模拟台网与数字台网P波到时差分布

从计算结果及图1、图2可以得出:P波到时差呈正态分布,差值位于-4.4到4.3之间,分

布比较集中;S波到时差呈正态分布,差值位于-5.6到5.6之间,相对P波来说较离散。

从以上结果我们发现,数字地震记录的到时相对较晚,P波和S波的平均差值都在-0.2

左右,在每分钟120mm的模拟记录图上(DD-1记录),相当于0.4mm的长度。造成这种差

异的原因,有可能是模拟记录本身记录精度较差造成的,因为数字记录的采样率为50,也就是说,1s就有50组数据,而模拟记录中1s仅为2mm,既不能放大也不能缩小。

3󰀁记录波形对比分析方面的研究

󰀁󰀁在数字地震记录分析中,我们采用的是北京港震德政数据处理系统的仿真处理模块,对记

录到的数字记录进行了仿真处理,从仿真结果看,我们认为数字记录仿真前后的效果是一致

的。近震均为仿DD-1记录,所选用数字记录台的仪器型号均为FBS-3宽带地震仪。模拟

记录均是DD-1记录图。

3.12000年6月7日16时49分陕西乾县ML2.9地震(网内地震)

图3给出了周至台数字、仿真和模拟台网的地震记录图。发生在距台站100km以内的地39增刊王󰀁平等:数字地震记录与模拟地震记录波形的一致性对比分析方震,数字台网的记录常常具有清晰脉冲初动和高频的特点。该地震距周至台,从图3(b)可

以看到指数衰减的包迹线(用虚线表示的包迹线形状),地方震的包迹线一般具有指数减少的

尾端,其优势周期从初始通常随时间逐步增加。从图中可以看出,两种记录的水平向差距不大,而数字记录的垂直向初动较为尖锐,S波与P波的振幅比较模拟记录的振幅比稍小(张少

泉,1998)。从大量的近震记录图中我们发现,数字与模拟记录图的整体差别不大。

图2模拟台网与数字台网S波到时差分布40地󰀁震󰀁地󰀁磁󰀁观󰀁测󰀁与󰀁研󰀁究25卷

图32000年6月7日16时49分ML2.9乾县地震(a)周至台数字记录;(b)周至台仿真记录;(c)周至台模拟记录

3.22000年5月19日12时39分陇县ML3.1地震(网缘地震)图4给出了泾阳台数字、仿真和模拟台网的地震记录图。从图上看,模拟记录有别于数字记

录波形,模拟记录存在背景的干扰,周期大,波形、波峰都光滑清晰;数字台网记录中体现了地动

速度波形频带宽的特性,主要表现在高频成份多,低频成分也较为发育,震相丰富,周期密集,带有许多毛刺状(库尔哈奈克,1992)。从整体来看,两种记录的波形形状及震相分布较为一致。

图42000年5月19日12时39分陇县ML3.1地震

(a)泾阳台数字记录;(b)泾阳台仿真记录;(c)泾阳台模拟记录41增刊王󰀁平等:数字地震记录与模拟地震记录波形的一致性对比分析3.31999年4月15日14时29分甘肃武都ML4.3地震(网外地震)

图5给出了周至台数字和模拟台网的地震记录图。从模拟记录图中我们可以看到,地震

波震幅大,记录图限幅,有时记录笔的摩擦使高频成份丢失,地震波的重叠,给地震分析带来不便,地震参数的测定也存在一定的困难;从数字记录图上可以看出,记录波形完整、清晰,可以

根据需要调节周期及幅度的大小,在震相分析过程中可以借助计算机,运用分析处理系统软件

所提供的󰀁窗口󰀁,对记录波形部分进行放大、缩小,使各种地震震相的识别更为方便、准确(刘

爱春等,2003)。

图51999年4月15日14时29分武都ML4.3地震(a)周至台数字记录;(b)周至台仿真记录;(c)周至台模拟记录

3.42002年1月30日12时58分安康八一水库爆破

图6为安康台的数字和模拟记录图。在以往的模拟记录图分析中,对爆破的识别有一套非常成熟的方法,我们常用的是直观特征判别法,从初动向上,P波较强、衰减较快、毛刺较少、

面波清晰和时间规律这6项来判别。模拟记录图记录到的较为发育的低频面波是区分天然地

震与非天然地震事件的重要手段和指标之一,虽然数字记录的低频成分亦较为发育,但P波

初动没有模拟强。从图6中我们发现,数字记录与模拟记录的记录波形差别较大,模拟记录中人工地震的一

些特征,在数字记录中的表现不是那么明显,这就给宽带摆的数字记录中天然地震与非天然地

震事件的区分带来了一定的困难。42地󰀁震󰀁地󰀁磁󰀁观󰀁测󰀁与󰀁研󰀁究25卷

图62002年1月30日12时58分安康ML4.3地震(a)安康台数字记录;(b)安康台仿真记录;(c)安康台模拟记录

4结论

台网在以往的地震波分析中,往往是以震相为准,也有半经验半理论式的,从地震的发震

时刻、震中位置误差、交切图的离散情况进行校正,在判定一个地震时,经常是依照此地震的振

幅、波形、相位内容的顺序。而数字记录的地震分析自动化程度有了很大提高,通常都是通过人机交互的方式进行,人工读取震相,机子自动处理给出结果,所以数字地震波形的分析,应从

波形入手,然后确定周期、振幅。

由于人工地震数字记录与模拟记录的记录波形差别较大,模拟记录中人工地震的一些特征,在数字记录中的表现不是那么明显,这就给宽带摆的数字记录中,天然地震与非天然地震

事件的区分带来了一定的困难。所以在以后的地震监测及地震预报工作中,做好人工地震的

落实与研究,寻找新的区分天然地震与非天然地震事件的方法与途径,显得极为重要。

通过数字与模拟台网记录波形对比,地方震、近震不论是短周期摆,还是宽带摆,其数字记录与摸拟记录在波形上无显著差别,两种记录的P波、S波到时差距不大。对数字记录来说,

记录动态范围的增大给地震分析带来了许多好处,提高了地震分析的精度。43增刊王󰀁平等:数字地震记录与模拟地震记录波形的一致性对比分析参考文献刘爱春等.2003.数字化记录与模拟记录地震的一致性对比分析[J].地震地磁观测与研究,24(3)张少泉.1998.数字地震分析基础[C].中国地震局人事教育司,中国地震局监测预报司[瑞典]O.库尔哈奈克著,刘启示等译.1992.地震图解析[M].北京:地震出版社

Theconsistentcomparisonofwaveformbetweendigitalandanalog

records

WandPingandDiXiuling

(EarthquakeAdministrationofShanxiProvince,Xi󰀁an710068,China)44地󰀁震󰀁地󰀁磁󰀁观󰀁测󰀁与󰀁研󰀁究25卷