地震台站形变数字化观测资料频率特性分析

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自2001年地形变台站实行数字化改造以来,运行良好.数字化资料采样间隔由模拟资料的1小时缩短为1分钟,信号记录最小周期缩小为2分钟,利用数字化资料我们就有可能对更广泛的地球物理信息进行研究.该文主要选取川滇地区楚雄、攀枝花、姑咱、永胜和云龙五台站地倾斜(FSQ)、应变(SSY)数字化资料,采用一系列数学分析方法进行处理,对比数字、模拟资料,分析其频率特性,获得了对数字化形变资料高频信息的初步认识.用于资料处理的数学分析方法包括频域和时域二类.频率域分析采用快速傅立叶变换(FFT)和Welch周期图方法,计算选择的窗口为Blackman窗函数,布莱克曼窗的频率域函数相对于矩形窗能量更集中在主瓣,旁瓣的幅度小于汉宁与海明窗,适合于对高频信号的提取.时间域的分析方法采用带通滤波和小波分析.对高频信号的处理采用带通滤波方法,滤波器频率响应函数函数H<,d>(e)参数的上下限截止频率由高频(2~120min)信号卓越谱确定为50~110min.窗函数参数包括窗函数类型选取和窗口长度确定.考虑到固定的窗口长度在提取信号时不利于分离高频叠加信号的特点,在提取资料的短临前兆信号时采用了小波分析方法.小波分析方法所具有的在时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化功能以及在低频部分具有较低的时间分辨率特点,可以改善带通滤波器窗口固定的的缺点,经研究认为,6阶Daubechies小波函数适合处理提取短临前兆信号.资料的处理结果表明,模拟、数字资料在潮汐频段、非潮汐低频段的卓越谱都相同,体现为全日波、半日波和1/3日波以及周期为几天至数十天的低频信号.数字化资料扩展出的周期为2~120min信号的卓越周期视不同背景为103分钟、85分钟、73分钟、64分钟等.用带通滤波器提取数字化资料卓越高频信号表明,7.0级以上远震(全球)、6.0级以上近震(200km范围内)发震前,上述台站确实出现高频突跳信号.对震中距离上述五台站在200km范围内的2001年和2003年的三起6.0级以上地震,用带通滤波方法分析震前五台站所记录到的高频信号和用小波方法分析其记录的低频信号,得出如下结论:1.2003年全球13起7.0级以上远震、6.0级以上近震,上述台站FSQ数字化资料,震前2小时出现周期为50~110min阶跃突跳信号,应变资料仅5起出现.6.0级以上近震震时高频卓越谱成分发生变化,平静期、远震则没有变化.2.2001、2003年云南的3起6.0级以上地震在震前,上述形变资料所出现高频突跳信号(50~110min)幅值大小与该台站到震中距离呈反比,且震前3个月内出现单向或双向的短临信号.该文为今后进一步从事数字化资料的研究进行了新的尝试与探索.
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