鹤岗地震台地震观测干扰分析

姜 博 常金龙 胡宝慧 李大伟张 震 张 浩

（中国哈尔滨 150090 黑龙江省地震局）

0 引言

鹤岗地震台（以下简称鹤岗台）创建于1972年5月，地处郯庐断裂北延（依兰—伊通地堑）西缘，位于依舒断裂、青黑山断裂和黑龙江断裂的三角形区域构造单元内。台基岩性为花岗岩，海拔高程188.3 m，为国家Ⅱ类测震台。测震观测系统于1974年1月1日正式投入观测，2007年CTS-1E型甚宽频带地震计开始运行观测。

地震台站使用宽频带或甚宽频带地震计记录各种信号，如地脉动，海浪，爆破，汽车干扰等（焦旭霞等，2010）。随着城市建设和工业的快速发展，鹤岗台周边观测环境越来越差，存在采矿区、采石场、伐木场、砖厂等振动和环境噪声的干扰，对台站的原始记录数据影响较大。在分析研究地震数据时，需要对振动干扰、噪声干扰等进行滤波，否则影响地震数据分析的准确性（白占孝等，2011）。数字信号处理是近年来发展迅猛的学科之一，已在多个学科技术领域获得广泛应用（万永革，2012）。为了更好地发挥仪器特性，提高地震观测资料质量精度，运用Matlab软件，分析干扰源频谱特性，根据干扰源的不同频率范围，设计相应滤波器，解决实际工作中存在的问题，效果良好。

1 干扰源频谱分析

1.1 干扰源析

通过对鹤岗台周边环境的实地调查和走访（肖攀等，2013），并结合台站长期地震观测资料，发现主要存在4类干扰源：①爆破干扰：采石场距台站1.4 km，定期爆破开采石头。由于距离较近，爆破能量较大，能明显感到地面振动，对观测干扰较大（图1）；②载重运输车干扰：通往采石场、木材厂的公路，距台站地震计摆房约0.2 km，大型运输车辆过往，产生诸多高频振动干扰（图2）；③木材厂干扰：木材厂紧邻台站，在木头装卸过程中，受到大型铲车和汽车干扰，且因装卸时间较长，振动不连续，产生诸多低频振动干扰（图3）；④环境干扰：台站季节变化明显，有降雨、降雪、大风等天气，尤其春、秋季风大，对测震观测干扰明显，地震信号淹没在高频大风干扰中（图4）。

图1 爆破干扰Fig.1 Blasting

图2 运输车辆干扰Fig.2 Transport vehicles disturbance

图3 木材厂干扰Fig.3 Wood factory interference

图4 大风干扰Fig.4 The wind disturbance

1.2 频谱分析

噪声干扰信号与某个具体的地震波信号往往占有不同的频率范围（宋建锁，2006），根据不同干扰源的特性，运用Matlab软件，对各干扰源进行快速傅里叶变换，得出其优势频率，并根据该频率范围，设计合适的滤波参数进行滤波，排除干扰，得到真实的地震信息（表 1）。

表1 干扰源频率范围Table 1 The source of interference frequency range

2 滤波器设计

2.1 低频干扰剔除

针对鹤岗台的干扰源，截取2014年4月13日13时05分的地震数据UD向记录进行处理，见图5。由图5(a)可见，在原始波形上，有一组低频波浪式背景干扰波与该高频地震波形叠加，需要设计高通滤波器，把低频干扰波剔除。根据滤波器频率响应，只有f＜ 0.2 Hz的信号才能被滤除，故设计高通滤波器的阻带边界频率为0.2 Hz，通带边界频率为0.5 Hz，通带波纹为1 dB，阻带衰减为30 dB，采用Butterworth滤波器（万永革，2012）进行滤波处理，见图5(b)，可见清晰、完整的地震信息。

图5 高通滤波器滤波前后对比(a)滤波前信号；(b)滤波后信号Fig.5 The comparison between before and after filter high pass filter

2.2 高频干扰剔除

（1）运输车辆干扰。公路距鹤岗台地震计摆房0.2km，路面破损严重，车辆经过产生高频干扰。选取较为典型的波形记录为例，见图6(a)曲线，长周期地震信号中叠加高频汽车干扰，主要集中在10—15 Hz，可以运用低通滤波器滤除高频干扰。根据低通滤波器的频率特性，设计其通带边界频率为4 Hz，通带波纹为1 dB，阻带起始频率为6 Hz，阻带衰减为25 dB，采用Butterworth滤波器（万永革，2012）进行滤波，见图6(a)。由图6(a)滤波前后对比曲线可见，运输车辆产生的高频干扰被剔除。

（2）爆破干扰。选取鹤岗台记录的2014年5月05日04时21分UD向地震数据，此数据存在一个爆破干扰，见图6(b)。爆破相对地震波的频率较高，为了剔除爆破干扰，根据滤波器频率响应，低于1.5 Hz的频率成分即可满足要求。因此，设计通带边界频率为1.5 Hz，通带波纹为1 dB，阻带边界频率为2.5 Hz，阻带衰减为30 dB，采用Butterworth滤波器（万永革，2012）进行滤波。对比滤波前后信号发现，低通滤波效果明显，见图6(b)。

3 结论

通过对鹤岗地震台干扰源信息分析，结合干扰源信号滤波测试，找出地震台自身干扰频率和特点，作为台站的干扰信号背景资料，结合台站的正常背景噪声信号，最大限度地保留地震信号，达到较好的滤波效果，对提高台站地震资料分析质量有较大帮助，实际应用效果良好。

白占孝，罗自浩.湟源地震台数字地震记录的环境干扰分析及滤波器制作[J].高原地震，2011，23（3）：38-41.

肖攀，宋国华，李露露，等.蚌埠地震台测震干扰分析及处理[J].华南地震，2013，33（1）：86-91.

焦旭霞，马克博，韩英，等.Matlab在地震记录日常分析中的应用初探[J].地震地磁观测与研究，2010，31（1）：118-122.

宋建锁.滤波在地震分析中的应用[J].防灾技术高等专科学校学报，2006，8（1）：75-79.

万永革.数字信号处理的Matlab实现[M].北京：科学出版社，2012.