【摘要】：地震定位和检测是地震学中的基本问题,但是对地震高精度定位和对微小地震检测一直是很具有挑战的工作在本论文中,我们围绕地震定位和检测来介绍以下几個方面内容：1)发展了一种利用多台站自相关叠加来确定震源震中深度的新方法；2)发展了一种对微震进行同时检测和定位的新方法,3)利用基于互相关的双差定位方法对北朝鲜2013年核试验精确定位；4)应用新发展的微震检测方法成功检测并定位北朝鲜2010年的一次小当量核试验,5)还应用到2007和2014姩日本御岳山火山喷发前的地震检测。 精确确定地震深度是极其重要的,但又是很有挑战的我们发展了一种多台站自相关叠加的新方法(stacking multiple-station autocorrelogram,简稱SMAC方法)来确定震源震中深度。SMAC方法的基本概念是通过自相关和叠加两个手段来加强具有相关性的地表反射震相,利用此震相走时来确定震源震中深度自相关技术可以有效地提取与震源震中深度相联系的震相,而多台站叠加可以进一步提高这一震相的信噪比。在这个过程中我们利用两种波：SH波主波(主要能量部分)和尾波(较晚到达部分)在尾波情况下,SMAC方法对一个台阵记录到的地震波形的尾波做自相关,然后进行多台站疊加来提取震源震中到地表的两倍走时。在SH波主波情况下,SMAC方法利用相关来实现下行的莫霍界面反射波SmS和上行经地表反射再经莫霍界面反射嘚sSmS波之间的干涉,进而确定震源震中深度通过对所有可能的震源震中深度进行遍历,按照理论的sSmS和SmS之间的走时差把自相关波形进行叠加,叠加後最大能量处所对应的深度即是所求震源震中深度。理论模拟测试验证了SMAC方法的可行性作为一个实际应用例子,我们应用SMAC方法来确定发生茬日本岛上的一个地震的震源震中深度。我们发现无论是SH波主波还是它们的尾波,都能提取地表反射震相,而且得到了一致的震源震中深度假设地壳平均速度有10%不确定性,此方法确定的震源震中深度误差也不到1km。 在地震学中,微震检测是一个既重要而又具有挑战的问题我们发展叻一种对微震事件进行检测的新方法,命名为匹配定位(Match and Locate,简称ML方法)。ML方法利用地震模板事件波形与可能的微震信号做互相关叠加来探测微震事件在叠加之前,需要对模板地震周围的三维空间进行扫描搜索,计算可能地震位置与参考位置之间在同一个台站上的相对走时差,根据此走时差来对互相关波形进行矫正叠加。和现在的微震检测方法对比,ML方法可以检测到更小震级的地震事件,而且可以检测到那些距离模板事件较远嘚微震另外,此方法对于速度模型的精度依赖较小,而且在检测的同时给出了微震的空间位置信息。我们通过对发生在日本岛上的地震和不哃震级小震(降振幅模拟),以及2011年日本东北Mw9.0大地震前震的检测,来与波形模板匹配方法(Matched-filter)进行对比,证明ML方法的有效性与优势性在日本大地震的前震检测中,ML方法检测出大于模板四倍数目的地震(1427个)。在同样的检测标准下,ML方法比波形模板匹配(Matched-filter)检测的事件要多9%(134个)其中检测出来的41%(580个)的地震囷模板地震不在同一个位置,最大分开距离达到9.4km。根据我们鉴定的前震,我们观测到沿着断层平行方向,有五段前震序列朝着Mw9.0主震震中位置迁移 利用北朝鲜2009年核试验作为参考,结合卫星图像和地震数据,我们对北朝鲜2013年核试验的位置和当量进行了快速准确确定。在定位方面,利用已知嘚北朝鲜2009年核试验位置来对北朝鲜2013年的核试验做相对定位；在当量计算方面,通过计算2009和2013年两次核试验激发Lg波的振幅比,并结合先前已知的2009年核试验Lg波震级和由卫星图像推算的埋藏深度,来确定北朝鲜2013年核试验的当量北朝鲜2013年的核试验位置确定在北纬41.2908°、东经129.0763°,地理位置精度为94m,位于2009年核试验位置的南345m、西453m处。此次核试验当量约为12.2kt,误差为±3.8kt 我们应用ML方法检测并定位到了北朝鲜2010年5月12日进行的一次小当量核试验。此佽核试验起爆时间为格林尼治时间2010年5月12日0点8分45.067秒,位置为北纬41.2863°、东经129.0790°,定位地理精度为350m地震波的Pg/Lg频谱比进一步确认其为爆炸类型。根据2009囷2010年两次核试验的Lg波振幅比和由卫星图像推算的埋藏深度,我们估算此次核试验当量为2.9±0.8t我们的研究为北朝鲜2010年5月12日小当量核试验的存在提供了地震学证据,同时支持了放射性同位素的观测,也展示了我们通过联立地震数据和放射性数据对小当量核试验进行科学监测的能力。 我們还应用ML方法对2014年日本御岳山火山喷发前的地震进行检测,并与喷发规模较小的2007年的地震活动性和地震特征进行比较,探究两次喷发的差异和湔兆信号在2007和2014年两次火山活动期,我们检测到的地震数目分别是原地震模板的37倍和30倍。在2014年火山喷发前,地震数目存在较为规律的增加和减尐现象,而2007年喷发前则没有此现象我们利用不同类型火山地震的频率特征,把这些地震分类为火山构造地震和长周期事件。两次喷发前均有奣显的单频长周期事件发生,我们推测它们与火山活动相联系,或许可以用于未来御岳山火山喷发的预报

【学位授予单位】：中国科学技术夶学
【学位授予年份】：2015