重复地震.分析软件与应用实例

第２９卷第３期

２００９年７月地震ＶｏＩ．２９，Ｎｏ．３Ｊｕｌ．，２００９ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ

重复地震、分析软件与应用实例。

武安绪１，王勤彩２，岳晓媛１，李平安１，李国江１，林向东１

（１．北京市地震局，北京１０００８０；２．中国地震局地震预测研究所，北京１０００３６）

摘要：重复地震在地震学的研究中已得到广泛的应用。国家“九五”、“十五”计划期间，完成了

数百个地震台站的数字化建设工作，为重复地震的广泛开展提供了良好的天然条件。为了有效

发挥重复地震的作用，该文根据重复地震的定义和识别方法，研制了重复地震的识别与相关分

析软件，给出了重复地震在地震预测研究中的一个应用例子。检验表明利用该分析软件可以充

分利用数字地震波形开展相对高精度的地壳介质分析。

关键词：重复地震；识别技术；时间延迟；分析软件；应用实例

中图分类号：Ｐ３１５．７文献标识码：Ａ文章编号：１０００—３２７４（２００９）０３—００９３—０６

引言

在国家“九五”、“十五”计划期间，我国完成了数百个地震台站的数字化建设，为大震速报、地震预测、地震应急、地震学研究等工作提供了良好的条件。其中，数字地震波形观测资料在地震预测和地震学研究中一直是一个重要的发展方向，特别在数字地震观测网络大规模实现以来［１］，对地壳介质性质和震源过程的研究不断深入和强化［２“］。

国际上近年来在地震学研究领域出现了一个研究热点——重复地震，其本身并不是一个新的概念，但直到近年来才逐渐引起有关学者的广泛关注。所谓重复地震，即一个地区在一定时期内多次发生的地震，但重复地震目前尚无一个统一的严格的定义。Ｒｕｂｉｎ［５］归纳了重复地震事件的一些基本特征：空间位置、波形和震级都具有较高的相似性。Ｓｃｈａｆ等卟３对重复地震的定义则更为宽泛，即一对地震事件被至少一个台站记录到的波形的相关系数不小于０．８。本文与之相关研究中的重复地震均采用这一定义，并称其为波形相似意义上的重复地震。

重复地震的研究近年来在国内外取得了长足的进展，在人工探测、地震构造、台网精度估计、地震预测等方面获得了广泛应用［６叫０｜。为有效利用数字地震波形资料开展重复地震的实际应用，结合目前的一些相关研究，研制了重复地震识别与分析的软件工具——ＤＬＥＡＶｅｒｓｉｏｎ１．ＯＯ。

＊收稿日期：２００８—０５—２０；修改回日期：２００８—０８—１１

基金项目：国家科技攻关项目（２００６ＢＡＣ０１８０２—０ｌ一０４），地震科学联合基金（Ａ０７０５８）Ｉ地震行业科研专项

（２００７０８００６）作者简介：武安绪（１９６７一），男，河南邓州人．副研究员，主要从事地震预测及系统等研究。

９４地震２９卷１重复地震的相关系数滑动识别技术

震源机制相似和震源位置相近的两个数字地震记录，到达一较远的地震台站时，波形是相似的。运用波形的这种属性，采用相关分析技术，可以对一般“地震对”进行相关系数的计算，识别重复地震【６］。对每个地震台站记录到的地震波形经过滤波处理之后，选取包含波形主要能量部分的合适时窗，一般主要采用Ｐ波段数据，分别对所有“地震对”在时域内进行滑动计算相关系数，当相关系数达到最大值，且相关系数大于重复地震要求的阀值时，如设定０．８［６］，则可以认定这两个“地震对”为波形相似意义上的重复地震。相关系数的计算公式为［１１］

√∑［，，（￡）一丽］２∑Ｉｆｚ（￡）一丽］２

间序列的平均值。

２∑［，。（￡）一７丽］Ｉｆ：（ｆ）一万两］…式中，厂，（￡）和厂。（￡）分别为“地震对”的两个不同的时间序列，厂－（￡）和＾（￡）分别是对应时重复地震的时间延迟估计方法

重复地震识别完成之后，可以利用以上相关分析时产生的时间误差值对Ｐ波到时进行读数误差校正，之后可采用上面介绍的相关系数方法进行其他时段震相或波形的时间延迟计算；当然，还可以采用重复地震对同时段一定时窗内的波形资料，利用下面的互相关函数式（２）ｕ２１，获得任意重复地震对之间的互相关函数。基于互相关函数的计算结果，自动计算时间延迟。获得重复地震对传播的时间差值，即为时间延迟，在一定条件下可精确反应地壳介质速度的动态变化，用于地震预测中的介质变化分析。即

ｒ＋∞广＋∞

ｆＩ（￡一ｒ）・＾（ｔ）ｄｔＧ（ｆ）一Ｉ／ｌ（￡）・ｆ２（ｆ＋ｆ）ｄｔ—ｆＪ∞Ｊ一∞（２）

式中，，。（ｚ）和ｆｚ（￡）分别为重复地震对的两个不同的波形时间序列，ｒ为互相关函数计算中的时间延迟，Ｃ，（ｒ）为计算的互相关函数。

３重复地震的分析软件

基于重复地震的波形相似理论哺］，利用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０语言［１３｜，在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上‘１４１编制了重复地震识别及分析软件——ＤＬＥＡ

点：Ｖｅｒｓｉｏｎ１．００（图１）。该软件具有以下特

（１）地震波形事件和系统支持的数据格式。ＤＬＥＡ软件把二进制ＳＡＣ文件格式作为系统的内部格式。以系统内部格式为中心，地震台网的波形事件ＥＶＴ格式自动向系统格式进行实时转换，这样可在不修改系统结构的情况下，能任意增加新的波形文件格式。系统的所有方法和功能，以系统格式为基础，实现系统格式的无关性支持，可任意增加新的计算方法和功能。系统的所有功能以内部格式为中心，进行平行化处理，最终形成按功能分类的软件结构。

（２）系统数据格式转换。主要把测震台网相关的数据、波形事件和观测报告转换为ＤＬＥＡ软件应用所需要的数据格式，同时利用台网提供的事件目录产生ＥＱＴ格式的地震目录和时间序列，形成各类介质参量指标需要的时间序列。

３期武安绪等：重复地震、分析软件与应用实例９５

图１重复地震识别与分析软件

（３）地震测震台网报告的自动读取与充分利用。地震台网观测报告的信息非常丰富，包含有台站的位置、地震的发生时间和各类震相相关数据。为了批处理实现重复地震的快速识别与有效计算，充分利用现有地震遥测台网的观测报告资料，获得台站和地震的位置、时间和各种震相的到时数据，然后实现数字地震波形的快速自动载取，为重复地震的识别和分析自动处理提供所有需要的数据。

（４）重复地震的识别与核心分析功能。ＤＬＥＡ软件的主要部分和核心功能采用相关系数通过滑动计算确定最大相关系数，识别出所选地区符合条件的重复地震，对重复地震进行编号。然后对识别出的重复地震，采用互相关函数或相关系数计算重复地震对的时间延迟，根据重复地震的编号，进行时间延迟对应分析。

（５）与重复地震相关的地壳介质参量的计算与分析。ＤＩ。ＥＡ软件不但可以识别出重复地震和利用重复地震计算时间延迟，而且还可以对任意重复地震或重复地震对进行其他介质和震源参量的计算，如Ｑ值、相关系数、震相的显著周期、斜率、线性度、Ｓ波分裂、震源参数等。对比分析重复地震的其他性质，以此更进一步地深人开展重复地震的介质参量变化特征的研究。

４重复地震的检验例子

４．１大姚地区地震活动和相应数字波形记录资料的选取原则

２００３年７月２１日与２００３年１０月１６日在云南大姚地区先后发生了６．２级（２５．９５。Ｎ，１０１．２３。Ｅ）和６．１级（２６．００。Ｎ，１０１．３０。Ｅ）两次中强地震，为重复地震的研究提供了基本的数字波形资料。基于数字地震波形资料开展重复地震研究的技术要求，同时以能与其周边地区地震活动分开为基本原则，结合地质构造，选择最大空间尺度５０ｋｍ以内发生的有完好数字波形记录的所有地震（１９９９年１月至２００３年１２月，包括大姚地区发生的６．２级、６．１级两次中强地震），作为识别重复地震和计算时间延迟的研究对象。从Ｍ－ｔ图上可以看到该区域地震活动水平不高，具有不均匀性（图２），从时间间隔上可看到地震发生的丛集

性，且两次地震之前广义前震并不多。

９６地震２９卷

４Ｏ

３２

２４

凄露摧●６

Ｏ８

ＯＯ…

２００１Ⅲｆ卜Ｉ．《

年份

图２大姚地区地震括动Ｍ－ｔ图

４．２云南永胜地震台记录到的重复地震的时间延迟计算与分析

假定以任意一个地震作为标准地震，采用相关系数［６］和数字波形（Ｐ波段）进行波形相似意义上的重复地震识别（对于大于０．５秒Ｐ波段时间延迟的地震进行剔除，排除测量误差和震中距上造成的距离大偏差，即成对地震的空间距离也不能过大，要符合一定的要求），然后基于互相关函数ｎ２１再采用尾波段数字波形数据计算出云南永胜地震台（２６．６９。Ｎ，１００．７７。Ｅ）记录到的符合重复地震要求［６］的平均时间延迟。根据获得的计算结果（图３），综合分析认为，在两次中强地震发生前后的较短时间内震源区附近的地壳介质可能会有所变化，其表现形式为波形传播速度可能会降低，时间延迟的绝对值会增大，而在两次中强地震的震前和震后，介质分别处于一定的稳定状态和恢复历史水平，可能表现为其传播速度较高，而时间延迟的绝对值则会降低。

２０

６

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图３永胜地震台记录到的重复地震的时间延迟序列

５结论与讨论

（１）理论分析和实际计算结果均表明，基于重复地震获得的时间延迟作为刻划地壳介质变化（传播速度）程度的一个度量，理论上可消除天然地震震源的复杂影响，主要反应波形通过传播路径或孕震区介质性质的动态变化，可为地震预测提供一种新的思路和新的方法，这就是利用重复地震开展介质变化研究的显著优势。

（２）对于天然地震，真正严格意义上的重复地震一般是不存在的，较难识别，也很困难，目前研究中获得的所谓“重复地震”是指一定空间范围内（成对地震之间的距离或Ｐ波走时差也有限制）的数字波形相似意义上的“近似”重复地震，这一点在应用例子中不难看出，有很多地震时间延迟并没有降低，其主要影响因素可能很多，如成对地震震中距差或

３期武安绪等：重复地震、分析软件与应用实例９７走时差（虽有严格控制，但不能完全消除，否则没有重复地震可选）、介质本身的空间非均匀性、震相到时测量误差（虽经Ｐ波相关滑动校正，也不能完全消除）。周龙泉等［１１Ｊ通过三维速度结构走时追踪方法消除地震震源位置Ｐ波相关滑动的影响，以克服从天然地震中获得重复地震的困难性，可以认为是“数学意义上的重复地震”，应不失为一种解决办法。

（３）重复地震如果用于有效监测地震预测中的地壳介质动态变化，则一般需要一定数量的重复地震，然而重复地震的数量在自然界中是有限的［６］，这也是重复地震用于地震监测预报的困难性和局限性。

（４）虽然重复地震的研究目前还存在着一定问题和暂时的困难，但重复地震的研究具有积极的意义。因此，期望通过重复地震分析ＤＬＥＡ软件的及时研制可以有效推动更深入地开展这方面的研究。目前的ＤＬＥＡ分析软件基本上实现了重复地震的识别与相关计算，其核心功能可以满足重复地震的各类研究之需，在已开展的地震预测研究中，已取得了一些初步的研究成果，但还需要处理更多的不同地区的数字化波形观测资料，获得更广泛的处理应用结果，实现重复地震分析软件的进一步检验和完善。

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ｄｏｕｂｌｅｔｓ：Ａｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

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９８地震２９卷

ＡｎａｌｙｚｉｎｇＳｏｆｔｗａｒｅｏｆＲｅｐｅａｔｉｎｇＥａｒｔｈｑｕａｋｅｓ

ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＥｘａｍｐｌｅ

ＷＵＡｎ—ＸＵｌ，ＷＡＮＧＱｉｎ—ｃａｉ２，ＹＵＥＸｉａｏ—ｙｕａｎｌ，ＬＩＰｉｎｇ—ａｎｌ

ＬＩＧｕｏ—ｊｉａｎ９１，ＬＩＮＸｉａｎｇ—ｄｏｎ９１

（１．ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆ

２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅＢｅｉｊｉｎｇＭｕｎｉｃｉｐａｌｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８０，ＣｈｉｎａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＣＥＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｐｅａｔｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｂｒｏａｄｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｓｅｉｓｍｏｌｏｇｙ．ＨｕｎｄｒｅｄｓｏｆｄｉｇｉｔａｌｓｅｉｓｍｉｃｓｔａｔｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｂｕｉｌｔｆｒｏｍｔｈｅｎｉｎｔｈａｎｄｔｅｎｔｈｆｉｖｅｙｅａｒｓＰｅ—ｒｉｏｄｉｎＣｈｉｎａ，ｗｈｉｃｈｏｆｆｅｒａｖｅｒｙｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｒｅｐｅａｔｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ．Ａ

ｔｏｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｒｅｐｅａｔｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｏｒｄｅｒ

ｂｒｉｎｇｉｎｔｏｐｌａｙｔｈｅｓｔｕｄｙｉｎｇｒｏｌｅｏｆｒｅｐｅａｔｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｂａｓｅｄ

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ｒｅｐｅａｔｉｎｇｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｂｏｕｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｒｕｓｔａｌｍｅｄｉｕｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｃａｎｒｅｌａｔｉｖｅｌｙａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

ｕｓｉｎｇｄｉｇｉｔａｌｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｆｏｒｍｄａｔａ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｅｐｅａｔｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；Ｒｅｃｏｇｎｉｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｔｉｍｅｄｅｌａｙ

重复地震、分析软件与应用实例

作者：

作者单位：武安绪， 王勤彩， 岳晓媛， 李平安， 李国江， 林向东， WU An-xu， WANG Qin-cai，YUE Xiao-yuan， LI Ping-an， LI Guo-jiang， LIN Xiang-dong武安绪,岳晓媛,李平安,李国江,林向东,WU An-xu,YUE Xiao-yuan,LI Ping-an,LI Guo-

jiang,LIN Xiang-dong(北京市地震局,北京,100080)， 王勤彩,WANG Qin-cai(中国地震局

地震预测研究所,北京,100036)

地震

EARTHQUAKE

2009，29(3)

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