引言地震仪观测到的地面运动记录可以表示为 其中 翻译成中文就是 地面运动记录是震源项、路径项以及仪器响应三者卷积得到的。 四个量中:
震源和结构是地震学研究的两个主要内容。因而理解仪器响应 原始地面运动有很多因素可以导致地面发生运动,比如地震波、长周期潮汐波、背景噪声,因而实际的地面运动是很复杂的。下图给出了COLA台站记录到的持续时间为22000s左右的地面原始运动记录,即 ![]() 图 1:原始地面运动;横轴代表时间,纵轴代表振幅。 整个地面运动最明显的地方是弯弯曲曲类似正弦的波形,其周期大概在6000s,也就是两个小时,这是潮汐波引起的地面运动[*]。波形的最大振幅大概是 这就是真实的地面运动,即便是如此大的地震,其引起的地面运动相对来说也是很小的。这样的记录因为有太多其它类型的地面运动的干扰,因而对于地震学来说是没有用处的,所以就需要设计合适的仪器尽量去除其它类型地面运动的干扰,也就是地震仪。 仪器响应从信号处理的角度来看,仪器本质上就是一个滤波器。每个仪器在出厂时都会提供准确的响应参数,但随着仪器的使用,可能会出现老化或其它偏差,因而仪器的实际响应参数需要定期测定、修改。 图1中的波形中包含了地震波、潮汐波以及背景噪声的信息,因而从低频到高频都有信号。而低频的潮汐波能量太强,正所谓功高盖主,压制一下还是有必要的。常见的地震仪是一个带通滤波器,可以有效压制超高频和超低频的信息。下图[?]给出了该台站的仪器响应,即 ![]() 图2:仪器响应频谱图。横轴为频率,上图为振幅谱,下图为相位谱。 从图2中振幅谱可以看出,频率在0.02Hz到8Hz内的信号具有相同的振幅增益(被增强),而小于0.02Hz、大于8Hz的信号则被压制。图1中的周期为1000s量级的信号被压制到了原来的千分之一。 地震仪的真实记录图1中的原始地面运动 ![]() 图 3:COLA台站的地震记录 与图1相比,长周期的正弦信号没了,地震信号被凸显出来了,最大振幅约为 小结原始的地面运动 实际在使用地震数据的时候,我们直接从seed文件中解压得到的是类似图3的波形。由于不同台站的仪器响应可能不同,比如有长周期、短周期、宽频带等等。为了使得波形数据具有可比性,所有台站需要将各自的仪器响应去除(有时候需要将所有台站再卷积上某个特定的仪器响应)。 去仪器响应一般使用SAC的transfer命令,形式为transfer from xxx to none。显然,直接从地震仪的真实记录 最终得到的地震图如下: ![]() 图4:理想的地震图,由原始数据经过transfer之后得到。 备注
脚注
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