根据台站测震工作的实际需要,本软件设置了4种打开波形文件的方式:

方式一:单击“文件”菜单下的“打开”菜单项,使用“打开文件对话框”打开任一地震波形文件。

方式二:单击工具栏上的 “打开前一个文件”、“刷新当前打开文件”或 “打开下一个文件”按钮可以顺序打开当前打开波形文件所在文件夹中的每一个波形文件,特别适宜打开小时文件。

方式三:单击“文件”菜单下的“打开一段波形”菜单项并在弹出的对话框中设置好要打开波段的起止时间(软件限定长度不超过3 h),软件就会根据给定的起止时间自动从一个或几个小时文件中合成这段波形,此方式特别适宜分析跨小时的地震波形,省去传统的剪辑、合并、删除波形的一系列烦琐操作。

方式四:单击“文件”菜单下的“连接两段波形”功能并在打开的对话框中指定要连接的两段波形的文件名,软件可以将两段时间上连续波形连接在一起甚至两段时间上不连续在10 min以内(地震P波与S波最大到时差不超过12 min)的波形跨接在一起来分析定位地震,适用于由于仪器记录故障造成地震波形文件成两截且时间不连续这种极端情形。

本软件采用双线性变换法(王洪体,2006; 李万金,邓存华,2011)将原始记录波形快速仿真成短周期模拟仪器(DD-1、WA)波形、中长周期模拟仪器(SK、DK-1)波形、长周期模拟仪器(763)波形。采用MATLAB滤波技术(宋建锁,2006)进行滤波。软件波形窗口可同时显示多种波形,波形既可按仪器排序,也可按分向排序。

一个小时地震数据文件经常会连续记录到多次地震,本软件通过“震相”菜单下的“震源”菜单弹出的“震源管理对话框”来管理地震,软件设置对每个小时波形文件最多能分析20个地震,完全满足了多地震事件分析的需要。对于同一个地震事件,不管复制或剪辑保存成几个文件都只对应着共同的一个小时震相文件,这样既不产生数据冗余,又保证了震相数据的一致性和唯一性。

该软件的震相标注功能具有严格、高效、完整优势。严格,即将测震观测规范中有关震相、振幅的规范要求设定在软件中,使软件对震相标注进行实时检查,对于严重违反标注规定的(如规定LN振幅只能在仿真后的中长周期的NS分向上标注),弹出警告并禁止标注; 对于轻度的违反(如振幅的周期不满足范围的),先给予标注并弹出要求测震人员调整的提示。高效,就是简化了震相标注,如振幅的标注,只要单击鼠标左键并拖动鼠标拉一个方框将所要量取的波形振幅框住,并确保所要量取振幅的波峰和波谷是此框内的最高点和最低点,软件就能自动收缩此框到刚好框住最大振幅; 如标注或调整初动,三个向一起标注或调整。完整,例如针对震级m_b和m_B的振幅名称都是使用垂直向纵波振幅PMZ的问题,本软件用sPMZ 表示在仿真后的短周期波形上量取的用来计算m_b的PMZ,用lPMZ表示在仿真后的长周期波形上量取的用来计算m_B的PMZ,这样在定位时就可以同时计算出这两个震级,在生成观测报告时sPMZ和lPMZ又被还原成PMZ。这样既保证了震相分析工作的科学严谨,又可以对每个地震一次完成全面分析。

单击“地震”—“批量计算”—“编辑地震目录”菜单项并按规定的格式把地震目录存入一个文本文件中; 再单击同级“计算理论参数”菜单项,软件就能根据地震目录中每个地震的发震时间(国际标准时间)、震中经纬度、震源深度和当前打开波形文件中隐含的台站经纬度来反推计算每个地震的基本定位震相的理论到时(采用北京时间)(图2); 最后选中“标注理论震相”菜单项,软件就会将每个地震的理论到时以虚竖线的形式标注在对应时段的波形上。软件还能在已经标注的实际的基本定位震相定位后算出的发震时刻、震中距、深度的基础上,自动计算其他震相的理论到时并标注在波形上,测震分析人员只需对照波形特征来调整震相,再也不需要靠人工费时地查找纸质走时表,震相分析精确、高效。

图2 地震定位震相理论到时计算结果
Fig.2 The calculation results of phase theory arriving time in earthquake locating

在地震波初动前面,按一下A键并在波形上单击鼠标左键即完成开始时间的拾取; 拖动滚动条到地震波形结束,按一下B键并在波形上单击鼠标左键即完成结束时间的拾取; 然后单击工具栏上的剪辑按钮,弹出波形剪辑对话框,软件已经将自动拾取的时间填入到时间框中并自动命名文件名,最后单击对话框上的“确定”按钮,即可轻松的完成波形剪辑。

“地震”菜单下的“批量剪截”子菜单能根据地震目录文件中各地震的基本信息(发震时刻、震中经纬度、震源深度、震级)计算出地震波到达台站的理论时间以及地震波要保存的理论时间长度,再从小时文件中快速自动剪辑出地震波形并保存为事件文件。

不同的地震数据实时记录软件或同一地震数据实时记录软件的不同版本,所记录的EDAS格式小时文件的命名方式会不同。本软件默认SRTS_NET记录软件所采用的小时文件命名方法,即XXXX(年占4位)XX(月占2位)XX(日占2位)XX(时占2位)(后跟台站代码).dat。为了使其他EDAS格式地震记录软件记录的非上述方式命名的小时文件也能完全用本软件的各种功能来分析,可以借助“文件”菜单下的“文件正名”菜单功能将文件名转换成上述命名方式。如果小时文件名不是采用上述文件名格式,必须在分析地震前使用此项功能来转换,因为上述“文件”菜单下的“打开一段波形”功能以及“地震”菜单下根据地震目录自动剪辑地震事件功能都需要统一文件名的小时文件。

地震分析软件窗口波形显示长度一般调整为30、60或120 s三档最适合辨别震相,按此计算要用鼠标单击滚动条翻屏30～120次才能浏览完一个小时文件,用鼠标拖动滚动条太快会漏过地震波形。针对这个情况,软件设计了波形自动滚屏功能,滚屏速度为每秒1屏,可以通过按键随时停止滚屏或继续滚屏。测震人员就可以专心盯住滚动的波形来辨别地震,既减轻了测震人员负担又不会遗漏地震。打开一个波形文件后,按检测键就能根据幅度变化粗略检测波形中是否有显著的地震。

本软件使用在IASPEI91二进制走时表文件结构基础上改进后的走时表文件结构(李万金,2012)来存储走时表数据,配置了J-B走时表、IASPEI91走时表、中国地区走时表、华南地区走时表、以及多种区域平均地壳模型(包括全球模型、中国地区模型、川滇地区模型、甘青地区模型、华南地区模型、西藏高原模型)(图3),使本软件具有适应性强、灵活、完整的定位功能。先根据标注的基本定位震相间的走时差在震相走时表文件中采用逐步搜索法确定震中距、深度以及发震时刻,再采用单台方位角法(孟晓春,2005)或偏振法(周彦文等,2010)来确定震中方位角和经纬度。本软件完成地震定位所使用的震相:地方震用Pg、Sg定位; 近震用 Pn、Pg与Sn、Sg组合定位; 远震用P、S和pP、sP、sS深度震相之一定位; 极远震用PKP、PP震相和pPKP、sPKP深度震相之一定位。

图3 震相走时表设置
Fig.3 The set of the phase travel time table

为了使全球任何地方发生的地震的震中位置都能精确的显示在定位地图上,本软件精心制作配置了130多幅位图型地图,囊括了世界地图、南北极地图、世界各国地图、中国各省地图、云南各地州地图和个旧市地图。还通过链接方式将数量庞大的地图组织在一起,切换相当便捷,单击地图上次一级行政中心所在地位置就自动切换到下一级地图,单击“返回上级地图”按钮就切换到上一级地图。

单台地震定位精度有限,与台网测定的震中位置不可能完全一致,为此本软件还增加了根据点的经纬度值在地图上标出位置的功能,便于很直观地测算定位精度。在地图上单击鼠标,地图下方就显示出此点的经纬度以及此点与上一次单击位置的距离、方位角数据。对2011年3月11日发生在日本近海的9级地震进行定位,虚线圆圈圆点为公布的震中位置,本台单台测定的震中位置时伴随着同心圆圈闪烁放大,两点相距约30 km,方位角约为286°(图4)。

图4 地震定位结果
Fig.4 Earthquake location result

3.10 观测报告自动生成、格式错误查找、自动查漏功能

运用“定位”菜单下的“单台报告生成”功能,软件就根据震相文件和地震定位结果文件,自动生成5日地震观测报告(图5)和月地震观测报告(图6)。

“定位”菜单下的“报告编辑格式检查”功能,能对报告中存在的各种格式错误进行排查并记录在错误结果文件中。根据错误提示人工修改和软件修改相结合来改正错误,可生成格式正确的报告。

根据每个月完整的地震目录文件和没有错误的观测报告,运行“定位”菜单下的“报告分析质量检查”功能,软件就会计算出每个地震的理论到时、震中距,再查找地震报告中是否已经正确分析过此地震。

图5 生成观测报告操作
Fig.5 Operation of creating observation report

图6 软件生成的观测报告
Fig.6 Observation report generated by the software

3.11 地震目录生成功能

本软件“定位”菜单下的“地震目录生成”功能,能从地震定位结果文件中提取出每个地震的发震时刻、震中经纬度、震源深度,震中地名(由于地理信息数据库不完整,因此查询出的国内地震地名为中文,国外大陆上及近海的地名为英文,发生在远海中的地震无地名,需人工添加),并统计出每月分析地震的总数和各种类别震级的个数,从而形成月地震目录(图7)。虽然此地震目录与台网公布的地震目录有偏差,但它对于台站掌握每月的地震分析情况很有帮助。

图7 软件生成的的地震目录(部分)
Fig.7 Earthquake catalog generated by the software(part)

3.12 细致精确的地震波形断记统计功能

国家数字测震台使用的SSDCS断记统计软件只能对地震波形断记做粗略的统计,仅能给出本月中每天的断记秒数和本月总的断记秒数,断记的起止时间要人工来查找。本软件“定位”菜单下的“小时文件断记统计”功能,先对本月地震波形进行逐段断记统计,并详细给出每段断记的起止时间和本月总的断记时间,然后统计出每天的断记时间,最后统计出本月记录的连续率(图8)。

图8 软件统计断记结果
Fig.8 Interrupt recording result statisticed by the software

3.13 震灾粗略估计功能

破坏性地震发生后,台站除了快速准确测定地震三要素之外,还迫切希望知道地震成灾的级别和范围,为此本软件添加了震灾估测功能。根据震级、震源深度、震中距、震中情况来综合估测地震释放的能量、震中区烈度、不同震中距的烈度等。此项功能极大的提升台站地震监测的功能,定性和定量估测灾害。

以2011年3月24日21时55分13.8秒发生在缅甸(20.8°N,99.8°E)的7.2级地震为例(图9)。震中烈度为9度,地震波及距震中约429 km外的个旧引发的震感为4度,相当于个旧地下10 km深处发生一次3.4级地震引发的震感。测算结果与灾情调查结果一致。

图9 估测地震震感
Fig.9 Estimation of earthquake sensing range