地震觀測基礎(chǔ)知識(shí)

1、CDSN 1960 1970 1980 1990 2000我國地震觀測以模擬觀測為主： 400多有人值守臺(tái)站 200個(gè)區(qū)域遙測子臺(tái)我國數(shù)字地震觀測迅速發(fā)展： 1000個(gè)數(shù)據(jù)傳輸臺(tái)站 200套應(yīng)急流動(dòng)觀測設(shè)備 600套科學(xué)觀測臺(tái)陣數(shù)字地震觀測起步數(shù)字觀測快速發(fā)展模擬觀測臺(tái)網(wǎng)自由振蕩地震面波地核地幔非均勻性各向異性全球地震活動(dòng)性地方地震活動(dòng)性近地震波勘探體波現(xiàn)代地震學(xué)的頻率范圍，以及有關(guān)研究對(duì)象的帶寬和動(dòng)態(tài)范圍。J.Peterson 1993 海拉爾地震臺(tái)(CDSN)臺(tái)基噪聲譜（J.Peterson 1993） 白家疃地震臺(tái)(CDSN)臺(tái)基噪聲譜（J.Peterson 1993） 烏魯木齊地震臺(tái)(

2、CDSN)臺(tái)基噪聲譜（J.Peterson 1993） 地球噪聲模型NLNM J.Peterson 1993NHNM J.Peterson 1993德國Gorleben附近在地表（上）和井下300米處（下）的噪聲記錄所得的速度功率譜密度環(huán)境背景噪聲（包括海洋噪聲）主要表現(xiàn)為面波，其幅度隨深度呈現(xiàn)指數(shù)衰減的特點(diǎn)。在地表以及井下不同深度的地震計(jì)陣列所得到的短周期地震噪聲記錄（左）和信號(hào)記錄（右）干擾源最小距離km最小距離比例系數(shù)級(jí)環(huán)境地噪聲臺(tái)站其他級(jí)別環(huán)境地噪聲臺(tái)站硬土和砂礫土基巖級(jí)（含級(jí)）以上鐵路2.002.502.000.800.600.40縣級(jí)以上（含縣級(jí)）公路1.301.702.000.8

3、00.600.40飛機(jī)場3.005.002.000.800.600.40大型水庫、湖泊10.0015.003.000.100.040.02海浪20.0020.008.000.200.100.05采石場、礦山2.503.002.000.800.600.40重型機(jī)械廠、巖石破碎機(jī)、火力發(fā)電廠、水泥廠2.503.002.000.800.600.40一般工廠、較大村落、旅游景點(diǎn)0.400.402.000.800.600.40大河流、江、瀑布2.503.004.000.600.400.20大型輸油輸氣管道10.0010.002.000.600.400.2014層（含）以上高大建筑物0.200.202.0

4、00.500.300.106層（含）以下建筑物高大樹木0.030.042.000.800.600.40高圍欄、低樹木、高灌木0.020.032.000.800.600.40注1：N級(jí)臺(tái)站與干擾源之間最小距離=級(jí)臺(tái)站與干擾源之間最小距離N級(jí)臺(tái)站最小距離比例系數(shù)；注2：大型水庫、湖泊：指庫容量1010m3的水庫、湖泊；注3：重型機(jī)械廠：指有大型機(jī)械、往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的工廠；注4：一般工廠：不產(chǎn)生明顯振動(dòng)感的工廠；注5：地震臺(tái)站與713層建筑物的最小距離根據(jù)地震臺(tái)站與6層和14層的最小距離按層數(shù)內(nèi)插。寬頻帶或甚寬頻帶觀測臺(tái)站設(shè)計(jì)示意圖 主體建設(shè)在地下，并采用了雙層保溫措施，具有風(fēng)干擾小、溫度變化小的特點(diǎn)

5、型號(hào)頻 帶生產(chǎn)廠家備注FSS-31Hz 40Hz北京港震機(jī)電技術(shù)有限公司短周期地震計(jì)FBS-30.05Hz 40Hz寬頻帶地震計(jì)BBVS-600.017Hz 40Hz寬頻帶地震計(jì)DS-4A1Hz 50Hz北京市地震局短周期地震計(jì)CTS-10.0083Hz 50Hz中國地震局地震研究所甚寬頻帶地震計(jì)JCZ-10.0028Hz 50Hz超寬帶地震計(jì)STS-20.0083Hz 50Hz甚寬頻帶地震計(jì)CMG-1T0.01Hz 50Hz英國GRALP公司可選規(guī)格：0.0027Hz10Hz或其它CMG-3T0.01Hz 50Hz可選規(guī)格：0.0027Hz50Hz或0.0083Hz50Hz或0.0333Hz

6、50HzCMG-3ESP0.01Hz 50Hz可選規(guī)格：0.0083Hz50Hz或0.0333Hz50HzCMG-40T0.033Hz 50Hz可選規(guī)格：0.0083Hz50Hz或0.0188Hz50Hz或 0.05Hz50HzS-13J1Hz 100Hz美國Geotech公司機(jī)械擺，短周期地震計(jì)KS-20000.01Hz 50Hz寬頻帶地震計(jì)KS-540000.003Hz 16Hz加速度輸出觀測頻帶對(duì)記錄信號(hào)的影響與速度成正比的寬帶數(shù)字記錄波形，為MOX臺(tái)站記錄的內(nèi)華達(dá)核試驗(yàn)場的一次地下核試驗(yàn)。正的初動(dòng)位移在記錄BB中清晰可見，盡管信噪比很低。DAC ADC命令轉(zhuǎn)發(fā)模擬信號(hào)采樣示意圖 頻域時(shí)

7、域頻率混疊示意圖ADC逐次比較式模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Delta-Sigma ADC1bit 碼頻譜與數(shù)字濾波器頻率特性差分非線性積分非線性零位漂移增益誤差A(yù)DC非量化誤差人工值守地震臺(tái)設(shè)備配置示意圖 模擬遙測地震臺(tái)設(shè)備配置示意圖電信傳輸遙測臺(tái)網(wǎng)中心設(shè)備配置示意圖 電信傳輸遙測臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 數(shù)字地震觀測臺(tái)網(wǎng)示意圖 數(shù)字地震觀測臺(tái)站示意圖 國家地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站設(shè)備配置示意圖 如果f(t)在區(qū)間（0，）上滿足狄利克里條件（即f(t)存在有限個(gè)間斷點(diǎn)和極限值），并且積分 收斂（或稱f(t)絕對(duì)可積），則為f(t)的傅立葉變換。并有式中為角頻率，傅立葉變換建立了時(shí)域和頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系。dtetfFt

8、j)()(dttf)(),0()0(),()(21tftftfdeFtj在連續(xù)點(diǎn)在間斷點(diǎn)0)()(dtetfsFstjjstdsesFjtf)(21)(正變換逆變換nnnnmmmmasasasabsbsbsbsXsYsH11101110)()()(對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)可以用一個(gè)有理分式形式的函數(shù)來表達(dá)： 傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式的根稱為它的零點(diǎn)，分母多項(xiàng)式的根稱為它的極點(diǎn)。傳遞函數(shù)零點(diǎn)、極點(diǎn)的分布表征了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征。 一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的非實(shí)極點(diǎn)和非實(shí)零點(diǎn)可能成對(duì)出現(xiàn)，互為共軛復(fù)數(shù)，極點(diǎn)位于s平面的左半平面。D=0.3D=0.707D=1.512)(22DssssH歸一化

9、的擺的二階傳遞函數(shù)示例D=0.3D=0.707D=1.5121)(2DsssH歸一化的擺的二階傳遞函數(shù)示例nnznxzX)()(nnznx)(序列x(n)的z變換定義為 收斂的充分必要條件為 MkkNkkknxbknya00)()(MkkkNkkkzbzXzazY00)()(NkkkMkkkzazbzXzYzH00)()()(用常系數(shù)線性差分方程來表示系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系： 當(dāng)系統(tǒng)初始狀態(tài)為零時(shí)，取z變換：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：NkkMkkzdzcAzH1111)1 ()1 ()(傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)表達(dá)： 離散時(shí)間線性時(shí)不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)完全由它的零點(diǎn)、極點(diǎn)及常數(shù)A來決定。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)，其極點(diǎn)應(yīng)全

10、部位于z平面單位圓內(nèi)部。 傳遞函數(shù)示例MkkzkhzH0)()(FIR數(shù)字濾波器：上圖為線性相位系統(tǒng)；下圖為最小相位系統(tǒng)。FIR數(shù)字濾波器示例數(shù)字濾波器示例1111zessT2216006)(ssksH309779.12542477796. 9j200001sT2119990579662. 09990185065. 11)(zzkzHfr幅頻特性dBHzHzdB示例：JCZ-1型超寬頻帶地震計(jì)BB通道的傳遞函數(shù))()()()()(52512424123231222212121122KsKsKsKsKsKsKsKsKsKsKmssH式中，K=1000Vs/m，m=2.42061020，K11=0.024682，K12=0.00030462， K21=533.15，K22=142122，K31=667.60，K41=488.72，K51=178.88， K32=K42=K52=119422。傳遞函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)表達(dá)：已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)可以直接令s=j代入H(s)來計(jì)算頻率特性： js