本發(fā)明涉及地震定位技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙對(duì)雙差地震定位方法及裝置。

背景技術(shù)：

地震信號(hào)的精確定位對(duì)于監(jiān)測(cè)地震、研究活動(dòng)斷層、俯沖板塊、火山，以及其他與地震活動(dòng)相關(guān)的結(jié)構(gòu)有重要意義。

目前，最流行的地震定位算法是Waldhauser&Ellsworth(2000)提出的事件對(duì)雙差定位算法，該算法利用兩個(gè)相鄰事件到同一個(gè)臺(tái)站的地震目錄或者互相關(guān)走時(shí)差信息，消除源區(qū)外的速度模型影響，可以明顯提高地震間的相對(duì)位置。但該方法仍受到源區(qū)內(nèi)的速度模型影響，并且其絕對(duì)位置較差。

Zhang et al.(2010)提出了臺(tái)站對(duì)雙差定位算法。該方法利用同一個(gè)事件到兩個(gè)臺(tái)站的走時(shí)差數(shù)據(jù)，可以消除發(fā)震時(shí)刻以及源區(qū)內(nèi)的速度模型的影響，可以得到比較好的絕對(duì)位置。但該方法受源區(qū)外的速度模型影響很大，地震間的相對(duì)位置精度較差。

因此，當(dāng)前的地震定位方法得到的地震位置精度有限，需要進(jìn)一步的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種雙對(duì)雙差地震定位方法及裝置，利用地震事件對(duì)到臺(tái)站對(duì)的雙對(duì)雙差，消除發(fā)震時(shí)刻的影響，也無需引入臺(tái)站校正項(xiàng)，同時(shí)消除了源區(qū)外和源區(qū)內(nèi)的速度模型的影響，得到高精度的地震間相對(duì)位置；并通過聯(lián)合臺(tái)站對(duì)雙差以及雙對(duì)雙差來同時(shí)得到高精度的地震絕對(duì)位置和地震間相對(duì)位置。

具體技術(shù)方案如下：

一種雙對(duì)雙差地震定位方法，所述方法包括：

基于地震的初至波絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)或者地震波形的互相關(guān)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)規(guī)則，提取觀測(cè)的地震事件對(duì)(i,j)到同一臺(tái)站的到時(shí)差數(shù)據(jù)以及同一地震到臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取觀測(cè)的雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)；所述雙對(duì)為所述地震事件對(duì)(i,j)和所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的組合，其中，i和j分別表示地震事件對(duì)中的兩個(gè)地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相鄰，l和k分別表示臺(tái)站對(duì)中的兩個(gè)臺(tái)站；

計(jì)算所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差和所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差所述事件對(duì)雙差為所述地震事件對(duì)(i,j)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

或計(jì)算所述地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差和所述地震事件j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)雙差為所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

計(jì)算與的差值，或計(jì)算與的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述雙對(duì)雙差為所述雙對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)；

采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演得到各個(gè)地震事件的地震位置。

優(yōu)選的，所述計(jì)算所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差和所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差包括：

根據(jù)所述地震事件對(duì)(i,j)中地震事件i和地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站k的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站k的事件對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)為多個(gè)地震事件對(duì)中的任意一個(gè)地震事件對(duì)，

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站l的事件對(duì)雙差

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述計(jì)算所述地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差和所述地震事件j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差包括：

根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震i到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)(k,l)為多個(gè)臺(tái)站對(duì)中的任意一個(gè)臺(tái)站對(duì)；

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，計(jì)算與的差值，或計(jì)算與的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差包括：

計(jì)算地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差與地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差的差值，或計(jì)算地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差與地震事件j到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)與所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)組合為多個(gè)雙對(duì)中的任意一個(gè)雙對(duì)；

其中，和為雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)，包括：

所述臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

所述雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

其中，為地震事件i相對(duì)于地震初始位置在三個(gè)方向上的變化量；

將上述兩個(gè)線性關(guān)系公式以矩陣的形式表示，構(gòu)成反演系統(tǒng)：

其中，G為臺(tái)站對(duì)到時(shí)差與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)對(duì)地震位置的偏導(dǎo)數(shù)矩陣，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各個(gè)所述地震事件的初始位置計(jì)算得到，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣的維度是M*3N，M為所述臺(tái)站對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量的總和，N為所述地震事件數(shù)量，m是N個(gè)地震事件的位置在x,y,z三個(gè)方向上的變化量向量[dx,dy,dz]，d為各個(gè)所述臺(tái)站對(duì)雙差數(shù)據(jù)與各個(gè)所述雙對(duì)雙差數(shù)據(jù)，W為權(quán)重矩陣，λ為阻力因子，I為單位陣；

為所述臺(tái)站對(duì)雙差設(shè)置第一權(quán)重，為所述雙對(duì)雙差設(shè)置第二權(quán)重。

優(yōu)選的，所述采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演得到各個(gè)地震事件的地震位置，包括：

根據(jù)LSQR算法求解所述反演系統(tǒng)，得到各個(gè)所述地震事件的地震位置，并將各個(gè)所述地震事件的地震位置分別作為各個(gè)所述地震事件的新的初始位置，開始迭代求解各個(gè)所述地震事件的地震位置，具體為：在初期迭代中，使所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重大于所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；在后期迭代中，使所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重大于所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)，迭代結(jié)束，得到最終各個(gè)所述地震事件的地震位置。

一種雙對(duì)雙差地震定位裝置，所述裝置包括：

提取單元，用于基于地震的初至波絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)或者地震波形的互相關(guān)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)規(guī)則，提取觀測(cè)的地震事件對(duì)(i,j)到同一臺(tái)站的到時(shí)差數(shù)據(jù)以及同一地震到臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取觀測(cè)的雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)；所述雙對(duì)為所述地震事件對(duì)(i,j)和所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的組合，其中，i和j分別表示地震事件對(duì)中的兩個(gè)地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相鄰，l和k分別表示臺(tái)站對(duì)中的兩個(gè)臺(tái)站；

第一計(jì)算單元，用于計(jì)算所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差和所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差所述事件對(duì)雙差為所述地震事件對(duì)(i,j)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

第二計(jì)算單元，用于計(jì)算所述地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差和所述地震事件j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)雙差為所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

第三計(jì)算單元，用于計(jì)算與的差值，或計(jì)算與的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述雙對(duì)雙差為所述雙對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

構(gòu)建單元，用于根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)；

第四計(jì)算單元，用于采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演得到各個(gè)地震事件的地震位置。

優(yōu)選的，所述第一計(jì)算單元包括：

第一計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述地震事件對(duì)(i,j)中地震事件i和地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站k的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站k的事件對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)為多個(gè)地震事件對(duì)中的任意一個(gè)地震事件對(duì)，

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

第二計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站l的事件對(duì)雙差

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述第二計(jì)算單元包括：

第三計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震i到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)(k,l)為多個(gè)臺(tái)站對(duì)中的任意一個(gè)臺(tái)站對(duì)；

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

第四計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述第三計(jì)算單元具體用于：計(jì)算地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差與地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差的差值，或計(jì)算地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差與地震事件j到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)與所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)組合為多個(gè)雙對(duì)中的任意一個(gè)雙對(duì)；

其中，和為雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述構(gòu)建單元包括：

構(gòu)建子單元，用于將臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式以矩陣的形式進(jìn)行表示，構(gòu)成反演系統(tǒng)：

其中，G為臺(tái)站對(duì)到時(shí)差與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)對(duì)地震位置的偏導(dǎo)數(shù)矩陣，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各個(gè)所述地震事件的初始位置計(jì)算得到，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣的維度是M*3N，M為所述臺(tái)站對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量的總和，N為所述地震事件數(shù)量，m是N個(gè)地震事件的位置在x,y,z三個(gè)方向上的變化量向量[dx,dy,dz]，d為各個(gè)所述臺(tái)站對(duì)雙差數(shù)據(jù)與各個(gè)所述雙對(duì)雙差數(shù)據(jù)，W為權(quán)重矩陣，λ為阻力因子，I為單位陣；

所述臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

所述雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

其中，為地震事件i相對(duì)于地震初始位置在三個(gè)方向上的變化量；

設(shè)置子單元，用于為所述臺(tái)站對(duì)雙差設(shè)置第一權(quán)重，為所述雙對(duì)雙差設(shè)置第二權(quán)重。

優(yōu)選的，所述第四計(jì)算單元具體用于：根據(jù)LSQR算法求解所述反演系統(tǒng)，得到各個(gè)所述地震事件的地震位置，并將各個(gè)所述地震事件的地震位置分別作為各個(gè)所述地震事件的新的初始位置，開始迭代求解各個(gè)所述地震事件的地震位置，具體為：在初期迭代中，使所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重大于所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；在后期迭代中，使所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重大于所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)，迭代結(jié)束，得到最終各個(gè)所述地震事件的地震位置。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供的雙對(duì)雙差地震定位方法及裝置，基于地震的初至波絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)或者地震波形的互相關(guān)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)規(guī)則，提取觀測(cè)的地震事件對(duì)和臺(tái)站對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取觀測(cè)的雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)；計(jì)算各個(gè)地震事件對(duì)雙差、各個(gè)臺(tái)站對(duì)雙差，以及地震事件對(duì)到臺(tái)站對(duì)的雙對(duì)雙差；雙對(duì)雙差可以消除發(fā)震時(shí)刻的影響，無需引入臺(tái)站校正項(xiàng)，同時(shí)消除了源區(qū)外和源區(qū)內(nèi)的速度模型的影響，得到高精度的相對(duì)位置，而臺(tái)站對(duì)雙差可以得到高精度的絕對(duì)位置。因此，根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)，并采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演各個(gè)地震事件的位置，可以得到高精度的地震絕對(duì)位置以及地震間的相對(duì)位置。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種雙對(duì)雙差定位方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種雙對(duì)雙差定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種雙對(duì)雙差定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例公開的一種雙對(duì)雙差地震定位方法，需要說明的是，本實(shí)施例中的待處理地震數(shù)據(jù)為已發(fā)生地震的地震記錄數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

S101：基于地震的初至波絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)或者地震波形的互相關(guān)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)規(guī)則，提取觀測(cè)的地震事件對(duì)(i,j)到同一臺(tái)站的到時(shí)差數(shù)據(jù)以及同一地震到臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取觀測(cè)的雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

具體的，所述雙對(duì)為所述地震事件對(duì)(i,j)和所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的組合，其中，i和j分別表示地震事件對(duì)中的兩個(gè)地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相鄰，l和k分別表示臺(tái)站對(duì)中的兩個(gè)臺(tái)站；

需要說明的是，現(xiàn)有技術(shù)中的事件對(duì)雙差定位算法和臺(tái)站對(duì)雙差定位算法提供了構(gòu)建地震事件對(duì)和構(gòu)建臺(tái)站對(duì)的規(guī)則，根據(jù)實(shí)際需要，用戶也可以自定義構(gòu)建地震事件對(duì)和臺(tái)站對(duì)的規(guī)則，由于構(gòu)建地震事件對(duì)和臺(tái)站對(duì)的規(guī)則并不是本實(shí)施例研究的重點(diǎn)，在此不再贅述。雙對(duì)基于地震事件對(duì)和臺(tái)站對(duì)進(jìn)行組合，用戶也可以根據(jù)實(shí)際需要自定義構(gòu)建雙對(duì)的規(guī)則。

S102：計(jì)算所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差和所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差

具體的，所述事件對(duì)雙差為所述地震事件對(duì)(i,j)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；步驟S102的執(zhí)行過程如下：

根據(jù)所述地震事件對(duì)(i,j)中地震事件i和地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站k的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站k的事件對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)為多個(gè)地震事件對(duì)中的任意一個(gè)地震事件對(duì)，

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

具體的，地震事件i的體波到臺(tái)站k的到時(shí)可以表示為其射線路徑的積分：其中，地震事件位置,發(fā)震時(shí)刻τⁱ,射線路徑，慢度場(chǎng)u是未知數(shù)。到時(shí)與地震事件位置參數(shù)之間是非線性的，因此我們用一個(gè)截?cái)嗟奶├照归_式來線性表示公式觀測(cè)到時(shí)與預(yù)測(cè)到時(shí)的殘差可以與地震位置以及發(fā)震時(shí)刻參數(shù)建立線性聯(lián)系，即，

其中，s_k是臺(tái)站校正項(xiàng)，該公式假設(shè)了射線路徑上的速度模型是已知的。

根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站l的事件對(duì)雙差

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

S103：計(jì)算所述地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差和所述地震事件j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差

具體的，所述臺(tái)站對(duì)雙差為所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；步驟S103的執(zhí)行過程如下：

根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震i到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)(k,l)為多個(gè)臺(tái)站對(duì)中的任意一個(gè)臺(tái)站對(duì)；

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

可見，地震事件的發(fā)震時(shí)刻項(xiàng)被消除了。

S104：計(jì)算與的差值，或計(jì)算與的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述雙對(duì)雙差為所述雙對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

具體的，計(jì)算地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差與地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差的差值，或計(jì)算地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差與地震事件j到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)與所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)組合為多個(gè)雙對(duì)中的任意一個(gè)雙對(duì)；

其中，和為雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

可見，利用地震事件對(duì)到臺(tái)站對(duì)的雙對(duì)雙差，消除發(fā)震時(shí)刻的影響，也無需引入臺(tái)站校正項(xiàng)，同時(shí)消除了源區(qū)外和源區(qū)內(nèi)的速度模型的影響。

S105：根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)；

具體的，步驟S105的具體執(zhí)行過程如下：

所述臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

所述雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

其中，為地震事件i相對(duì)于地震初始位置在三個(gè)方向上的變化量；

將上述兩個(gè)線性關(guān)系公式以矩陣的形式表示，構(gòu)成反演系統(tǒng)：

其中，G為臺(tái)站對(duì)到時(shí)差與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)對(duì)地震位置的偏導(dǎo)數(shù)矩陣，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各個(gè)所述地震事件的初始位置計(jì)算得到，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣的維度是M*3N，M為所述臺(tái)站對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量的總和，N為所述地震事件數(shù)量，m是N個(gè)地震事件的位置在x,y,z三個(gè)方向上的變化量向量[dx,dy,dz]，d為各個(gè)所述臺(tái)站對(duì)雙差數(shù)據(jù)與各個(gè)所述雙對(duì)雙差數(shù)據(jù)，W為權(quán)重矩陣，λ為阻力因子，I為單位陣；

為所述臺(tái)站對(duì)雙差設(shè)置第一權(quán)重，為所述雙對(duì)雙差設(shè)置第二權(quán)重。

S106：采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演得到各個(gè)地震事件的地震位置。

具體的，根據(jù)LSQR算法求解所述反演系統(tǒng)，得到各個(gè)所述地震事件的地震位置，并將各個(gè)所述地震事件的地震位置分別作為各個(gè)所述地震事件的新的初始位置，開始迭代求解各個(gè)所述地震事件的地震位置，具體為：在初期迭代中，使所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重大于所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；在后期迭代中，使所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重大于所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)，迭代結(jié)束，得到最終各個(gè)所述地震事件的地震位置。

需要說明的是，初期迭代的第一預(yù)設(shè)次數(shù)以及后期迭代的第二預(yù)設(shè)次數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，第一權(quán)重和第二權(quán)重的值也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。

還需要說明的是，實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以選擇獲取事件對(duì)雙差或臺(tái)站對(duì)雙差計(jì)算雙對(duì)雙差。

本實(shí)施例提供的雙對(duì)雙差地震定位方法，基于地震的初至波絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)或者地震波形的互相關(guān)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)規(guī)則，提取觀測(cè)的地震事件對(duì)和臺(tái)站對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取觀測(cè)的雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)；計(jì)算各個(gè)地震事件對(duì)雙差、各個(gè)臺(tái)站對(duì)雙差，以及地震事件對(duì)到臺(tái)站對(duì)的雙對(duì)雙差；雙對(duì)雙差可以消除發(fā)震時(shí)刻的影響，無需引入臺(tái)站校正項(xiàng)，同時(shí)消除了源區(qū)外和源區(qū)內(nèi)的速度模型的影響，得到高精度的相對(duì)位置，而臺(tái)站對(duì)雙差可以得到高精度的絕對(duì)位置。因此，根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)，并采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演各個(gè)地震事件的位置，可以得到高精度的地震絕對(duì)位置以及地震間的相對(duì)位置。

基于上述實(shí)施例公開的一種雙對(duì)雙差地震定位方法，本實(shí)施例對(duì)應(yīng)公開了一種雙對(duì)雙差地震定位裝置，請(qǐng)參閱圖2，所述裝置具體包括：

提取單元101，用于基于地震的初至波絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)或者地震波形的互相關(guān)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)規(guī)則，提取觀測(cè)的地震事件對(duì)(i,j)到同一臺(tái)站的到時(shí)差數(shù)據(jù)以及同一地震到臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取觀測(cè)的雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)；所述雙對(duì)為所述地震事件對(duì)(i,j)和所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的組合，其中，i和j分別表示地震事件對(duì)中的兩個(gè)地震事件，地震事件i和地震事件j的位置相鄰，l和k分別表示臺(tái)站對(duì)中的兩個(gè)臺(tái)站；

第一計(jì)算單元102，用于計(jì)算所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差和所述地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差所述事件對(duì)雙差為所述地震事件對(duì)(i,j)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

第二計(jì)算單元103，用于計(jì)算所述地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差和所述地震事件j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)雙差為所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

第三計(jì)算單元104，用于計(jì)算與的差值，或計(jì)算與的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述雙對(duì)雙差為所述雙對(duì)的到時(shí)差數(shù)據(jù)的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差；

所述第三計(jì)算單元104具體用于：計(jì)算地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站k的事件對(duì)雙差與地震事件對(duì)(i,j)到臺(tái)站l的事件對(duì)雙差的差值，或計(jì)算地震事件i到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差與地震事件j到臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差的差值，得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)與所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的雙對(duì)組合為多個(gè)雙對(duì)中的任意一個(gè)雙對(duì)；

其中，和為雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

構(gòu)建單元105，用于根據(jù)臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系，構(gòu)建反演系統(tǒng)；

第四計(jì)算單元106，用于采取分級(jí)加權(quán)的方式來反演得到各個(gè)地震事件的地震位置。

所述第四計(jì)算單元106具體用于：根據(jù)LSQR算法求解所述反演系統(tǒng)，得到各個(gè)所述地震事件的地震位置，并將各個(gè)所述地震事件的地震位置分別作為各個(gè)所述地震事件的新的初始位置，開始迭代求解各個(gè)所述地震事件的地震位置，具體為：在初期迭代中，使所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重大于所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；在后期迭代中，使所述雙對(duì)雙差的第二權(quán)重大于所述臺(tái)站對(duì)雙差的第一權(quán)重，直到迭代次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)，迭代結(jié)束，得到最終各個(gè)所述地震事件的地震位置。

需要說明的是，實(shí)際計(jì)算時(shí)用戶可以選擇第一計(jì)算單元102或第二計(jì)算單元103計(jì)算得出計(jì)算單元104所需的數(shù)據(jù)。

請(qǐng)參閱圖3，所述雙對(duì)雙差地震定位裝置中的第一計(jì)算單元102包括：

第一計(jì)算子單元107，用于根據(jù)所述地震事件對(duì)(i,j)中地震事件i和地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站k的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站k的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站k的事件對(duì)雙差所述地震事件對(duì)(i,j)為多個(gè)地震事件對(duì)中的任意一個(gè)地震事件對(duì)，

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

第二計(jì)算子單元108，用于根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i和所述地震事件j到臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i和所述地震事件j到所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到所述地震事件對(duì)(i,j)到所述臺(tái)站l的事件對(duì)雙差

其中，dx為地震位置的變化量，dτ為發(fā)震時(shí)刻的變化量，為觀測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的事件對(duì)(i,j)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

第二計(jì)算單元103包括：

第三計(jì)算子單元109，用于根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件i到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震i到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差所述臺(tái)站對(duì)(k,l)為多個(gè)臺(tái)站對(duì)中的任意一個(gè)臺(tái)站對(duì)；

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)；

第四計(jì)算子單元110，用于根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)和的觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值的差，得到所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和并根據(jù)所述地震事件j到所述臺(tái)站k和所述臺(tái)站l的到時(shí)殘差和得到地震j到所述臺(tái)站對(duì)(k,l)的臺(tái)站對(duì)雙差

其中，s_k為所述臺(tái)站k的校正項(xiàng)，s_l為所述臺(tái)站l的校正項(xiàng)，為觀測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)的臺(tái)站對(duì)(k,l)到時(shí)差數(shù)據(jù)。

所述構(gòu)建單元105包括：

構(gòu)建子單元111，用于將臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式，以及雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式以矩陣的形式進(jìn)行表示，構(gòu)成反演系統(tǒng)：

其中，G為臺(tái)站對(duì)到時(shí)差與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)對(duì)地震位置的偏導(dǎo)數(shù)矩陣，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各個(gè)所述地震事件的初始位置計(jì)算得到，所述偏導(dǎo)數(shù)矩陣的維度是M*3N，M為所述臺(tái)站對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量與雙對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)數(shù)量的總和，N為所述地震事件數(shù)量，m是N個(gè)地震事件的位置在x,y,z三個(gè)方向上的變化量向量[dx,dy,dz]，d為各個(gè)所述臺(tái)站對(duì)雙差數(shù)據(jù)與各個(gè)所述雙對(duì)雙差數(shù)據(jù)，W為權(quán)重矩陣，λ為阻力因子，I為單位陣；

所述臺(tái)站對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

所述雙對(duì)雙差與地震位置相對(duì)于地震初始位置的變化量的線性關(guān)系公式為：

其中，為地震事件i相對(duì)于地震初始位置在三個(gè)方向上的變化量；

設(shè)置子單元112，用于為所述臺(tái)站對(duì)雙差設(shè)置第一權(quán)重，為所述雙對(duì)雙差設(shè)置第二權(quán)重。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。