﻿ VP垂直摆观测背景的功率谱密度特征分析
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 大地测量与地球动力学  2018, Vol. 38 Issue (10): 1080-1085, 1095  DOI: 10.14075/j.jgg.2018.10.017

### 引用本文

ZHAO Ying. Analysis of Power Spectral Density Characteristics of VP Vertical Pendulum Tiltmeter Observation Background[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2018, 38(10): 1080-1085, 1095.

### Foundation support

Scientific Research Fund of Institute of Seismology, CEA; Scientific Research Fund of Institute of Crustal Dynamics, CEA.

### 第一作者简介

ZHAO Ying, PhD, assistant researcher, majors in fixed point deformation data analysis and earthquake prediction, E-mail:zhaoying106@126.com.

### 文章历史

VP垂直摆观测背景的功率谱密度特征分析

1. 中国地震局地震研究所, 中国地震局地震大地测量重点实验室，武汉市洪山侧路40号，430071;
2. 中国地震局地壳应力研究所武汉科技创新基地，武汉市洪山侧路40号，430071

1 数据处理 1.1 功率谱密度PSD计算

 ${\rm{PSD}} = \frac{{\Delta t}}{N}{\left| {\sum\limits_{j = 1}^n {x\left( j \right){\rm{exp}}(2\pi i\left( {j - 1} \right)\left( {k - 1} \right)/N)} } \right|^2}$ (1)

 ${\rm{meanPSD}} = 1/M\sum\limits_{{k_1}}^{{k_2}} {{\rm{PSD}}\left( k \right)}$ (2)

1.2 日观测数据背景的PSD

 图 1 小庙台垂直摆NS分量PSD结果 Fig. 1 The PSD results of vertical pendulum(NS) at Xiaomiao station

1.3 数据处理方法

2 定点形变观测资料的功率谱密度响应特征

2.1 日变特征分析

 图 2 常熟台垂直摆EW分量分析结果 Fig. 2 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station
2.2 各类干扰的响应特征分析

2.2.1 地震波

 图 3 常熟台垂直摆EW分量2016-02-03~02-08分析结果 Fig. 3 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2016-02-03-02-08)

 图 4 常熟台垂直摆EW分量2016-07-24~07-30分析结果 Fig. 4 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2016-07-24-07-30)

2.2.2 曲线加粗

 图 5 常熟台垂直摆EW分量2016-05-01~05-07分析结果 Fig. 5 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2016-05-01-05-07)

 图 6 常熟台垂直摆EW分量2016-10-01~10-06分析结果 Fig. 6 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2016-10-01-10-06)

2.2.3 突跳、台阶

 图 7 常熟台垂直摆EW分量2016-01-05~01-11分析结果 Fig. 7 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2016-01-05-01-11)

 图 8 常熟台垂直摆EW分量2017-01-11~01-17分析结果 Fig. 8 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2017-01-11-01-17)

2.2.4 趋势改变

 图 9 常熟台垂直摆EW分量2015-06-21~06-28分析结果 Fig. 9 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2015-06-21-06-28)

 图 10 常熟台垂直摆EW分量2016-06-07~06-17分析结果 Fig. 10 The results of vertical pendulum(EW) at Changshu station(2016-06-07-06-17)

3 结语

1) 在未受到任何干扰的情况下，常熟台VP垂直摆EW分量每日PSD结果变化不大，能够记录到两类地脉动信号，其中，第2类地脉动较第1类地脉动信号清晰。此外，在时频图中背景噪声集中在0.15~0.3 Hz频段以及小于0.05 Hz频段，可见较为明显的条带。这一现象说明，该仪器主要噪声源是低频自然噪声，且每天情况类似，无明显日变规律。

2) 地震波和突跳(台阶)会引起相应时段的背景噪声升高。地震波引起的背景噪声增大表现为地震波影响时段出现较观测背景明显得多的纵向线状区域，最大值出现在0~0.15 Hz频段。背景噪声增大幅度、产生影响的频段范围均与地震震级呈正比。与地震波影响类似，突跳和台阶也会使噪声信号功率谱密度出现明显增大的纵向条带，但不同的是，地震波仅对地震波影响时段的功率谱密度造成影响，而突跳和台阶造成的影响范围要超过曲线畸变的时段，整体呈“V”型，在低频部分影响时间范围较大，而随着频率的升高，影响时间范围逐渐缩小，且低频部分背景噪声升高幅度最大。

3) 曲线加粗会导致0.2~0.3 Hz频段内受干扰时段背景噪声显著升高，出现较观测背景明显得多的圆形区域，且增大幅度自外向内递增，最大值出现在圆形区域中心。干扰结束后，背景噪声恢复至正常水平。

4) 趋势改变造成的背景噪声变化主要集中在低频区域，很好地反映了观测曲线在趋势上的变化，表现在小于0.05 Hz频段PSD在趋势改变时段显著增大，增大幅度及影响时间范围随频率增高而递减。

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Analysis of Power Spectral Density Characteristics of VP Vertical Pendulum Tiltmeter Observation Background
ZHAO Ying1,2
1. Key Laboratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, CEA, 40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China;
2. Wuhan Base of Institute of Crustal Dynamics, CEA, 40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China
Abstract: Power spectral density analysis of the VP vertical pendulum tiltmeter second sampling data on normal time and interference periods helps to further understand the normal observation background and interference characteristics of observation data, and it provides a more objective reference for identifying the seismic anomalies information and revealing the process of crustal change.
Key words: fixed-point deformation; power spectral density; background noise; interference