关于地震科学台阵数据中心的仪器记录值介绍

问题一:地震波形垂向的振幅量与实际地表的垂向幅度是否一样?还是有换算关系?

回答:地震波形的垂向振幅量一般是速度或加速度记录,实际地表的垂向幅度一般指位移;由于地震仪器有频带宽度的问题,从速度或加速度到位移需要去仪器响应。

问题二、如图所示,仪器记录的位移量与实际地表可能也不是一致的,因为由图可看到积分的结果会有一个常数项无法确定(譬如,速度波形里是高频的,它没有位移中的那种低频的永久偏移,但积分成位移又出现了,是假的吗)?

回答:仪器记录的位移与实际位移之间的关系由仪器响应决定,而“不确定的常数项”是仪器零漂的问题,所以积分前需要对波形去倾斜 和去均值。

加速度经两次积分后的位移时程包括了三种成分:即基线漂移+静态位移(永久位移)+瞬态位移(可恢复位移)。如果我们只要瞬态位移,直接滤波就行,但滤波则直接将永久位移也滤掉了(这是地面真实位移的不可恢复部分,通常可用踏步或斜坡函数表示),如果要保留后两个部分,则在积分过程中要做基线漂移校正,但这个校正目前只能是经验的。当然,如果对于远源数据,其静态位移可忽略不计,但较大地震(如7级以上)的近场甚至中近场这部分就不能忽略了。

问题三、理解地震仪器的工作原理

理论上说,制造测量仪器的目的就是要准确测量对象的物理参数,但地震计测量地表有特殊性,特殊在于地震计和地表一起在运动,就像在船上测量波浪浪高一样。为了实现测量,需要惯性差动。位移地震计、速度地震计、加速度地震计称呼上的不同,在于传感器的设计偏向对地表的位移、速度、加速度不同的敏感程度,包括平坦带宽和摆长周期的调校。每种仪器仅在它的频段上,在通过去除仪器响应后,反映该频段可靠的地表运动。

真实的地表运动包含的信息量会更大些。

总结:想利用加速度记录或速度记录恢复地表真实位移,一般都存在一起不稳定(零漂等)引起的干扰,如果这种不稳定是线性的(从观测记录上看 ,许多情况下是非线性的),则可以通过去平均,去倾斜等去除,但对于强震记录,这种去除也可能对恢复永久地面位移产生干扰。一般说来,单独利用加速度记录恢复真实地面永久位移,有时会非常困难。如果不是希望获得永久位移,则可以通过在一定频带范围内去仪器响应即滤波(最好是恢复信号的频带范围小于或等于仪器频带范围,如果希望扩展频,不要相差太多)获取这一频带范围内的真实位移信号。直接积分是一种近似,既没有考虑不同频率仪器的放大倍数不一样,也没有考虑不同频率的相移。

说白了,也就是永久位移较瞬态位移在地震波仪器中较难获得,永久位移的获得需要在滤波等操作前先去零漂,而且是经验性的,效果不一定好,近震记录是包含永久位移的,远震记录可以忽略永久位移,若是不考虑永久位移,则可以直接滤波,因为永久位移是长周期记录,滤波后基本不包含来反映真实的地表运动。

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