IMS兰州台阵勘测数据处理与台阵设计

【摘要】： 全面禁止核试验条约(CTBT)于1996年9月10日由联合国大会通过。CTBT议定书附件1列出了国际监测系统(IMS)中构成基本网络的全球50个地震台站(阵)的清单，其中包括我国兰州台阵(PS13)。中国是CTBT缔约国之一，根据全面禁止核试验条约组织(CTBTO)建立IMS的计划，经我国有关部委批准，中国地震局地球物理研究所作为兰州台阵建设项目的法人和总承建单位。1999年8月，中国地震局地球物理研究所台阵建设技术实施组经过实地考察，从几个候选阵址中选中兰州地震台西南方向18km的大尖山作为IMS兰州台阵阵址，在中国地震局分析预报中心的支持下，投入了8套地震仪器以同心圆分布和直线分布方式在兰州大尖山阵址对18个测点进行了为期18天的野外观测，取得了约3GB的地震数据。论文的研究内容为台阵勘测数据处理与台阵设计。 CTBTO规定IMS台阵应配置9台短周期垂直向地震仪加一台宽频带地震仪。为了达到全方位均匀监测的目的，IMS台阵最实用的设计，通常采取同心圆布局方案，即在内环和外环分别基本等距地部署3个和5个子台，还有一个则落在圆心上。两个圆上的子台应避免放射状排列方式。根据这种设计方式，兰州台阵的设计主要是依据各测点间地震信号的最大相干性和噪声的最小相干性的原则来确定两个同心圆的半径。 为了检验台阵阵址的背景噪声是否达到了IMS规定的标准和分析各测点背景噪声的变化规律，采用了Welch平均周期图法(P．D．Welch，1967)对台阵阵址各测点的噪声功率谱进行了计算与分析并对各测点的噪声均方根值做了计算，结果表明台阵的背景噪声达到了IMS要求的标准(即在5Hz处噪声功率谱要小于-135dB)，多数测点的噪声有明显的日变化规律，这与大尖山顶的TV发射塔有关。为了求解两个同心圆的半径，必须计算分析各测点对之间的噪声相干性和信号相干性。传统的相关分析是计算各测点对间信号与噪声的相关值曲线并找出信噪比最大的距离值作为台阵的半径距离。作者对比了各测点对之间的噪声和信号的相干函数并找出了信噪比最大的距离值，结合传统的相关值曲线理论得出了兰州台阵内外圆的半径分别为380m和1500-1750m。结果证明，只要台阵各勘址子台能够组合出较连续的距离值，则利用相干函数所求得的半径将更加精确。相干函数方法早有人提出(Ota Kulhanek，1973)，但没有人利用它作为测定台阵半径的依据。 作者根据勘址数据处理结果(内外圆半径)对18个测点进行了筛选，得到了初步符合要求的9个测点作为初选台阵。此外还计算了该台阵的台阵响应，发 现台阵响应的主瓣高而尖；旁瓣很小，这歪姐钮远宣腔挝踏数公镀壁韶逼上拢唆 精确啻应：有关此台阵的检测能力，只能给出一个粗略的估计，因为评价一个台 阵对地震事件的检测能力需要获得为期一年的观测资料，才能给出一年内噪声 场变化的相关值曲线，最终给出更加符合实际的台阵检测能力。 论文可对兰州台阵的建设提供参考，对今后中国用国产地震仪器进行台阵 设计提供了勘测数据处理软件和经验。