Orientation variations of the seismometers in the Aleutian Islands and their impacts on shear wave splitting analyses
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摘要:
利用瑞雷波极化分析法计算了阿留申群岛上AK，AT，AV，IM，TA和XJ台网共59个地震台站的方位角及其随时间的变化。结果显示：阿留申群岛大部分台站的方位角与地理北极均存在一个小角度的偏差，极个别台站的偏差角度极大；部分台站的地震仪在摆放过程中受重新定北、安装新仪器等人为因素的影响，方位角大小在前后时段内并不一致。这充分说明台站方位角对横波分裂研究具有重要作用，当方位角偏离地理北极度数较大时，其对横波分裂研究的影响则不可被忽略，需要对地震数据分时段进行相应台站方位角的校正。
Abstract:Rayleigh wave polarization analysis is adopted to calculate the seismometer orientations of 59 seismic stations in the Aleutian Islands including networks AK, AT, AV, IM, TA, and XJ. For most stations, the orientations deviate slightly from the geographical north pole while a few stations show strikingly large misorientations. The misorientations can be caused by many anthropogenic factors, such as the re-orientation after the deployment or the installation of new instruments, which leads to the variations of seismometer orientations during the station operation period. The orientations of the seismometer plays a significant role in seismology studies. For example, if the deviation of the orientation from the geographical north pole is large, it will affect the obtained values of fast orientations of splitting shear waves. Therefore the orientation of the stations need to be corrected for the seismic data by time interval.
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图 1 本文所用阿留申群岛台站的分布
Figure 1. Distribution of seismic stations on the Aleutian Islands used in this study
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图 2 选取信号样本的示例
台站AK_UNV接收到2017年7月13日ML6.4地震，经0.02—0.04 Hz频带滤波后的波形，t1为信号起始点，t2为截止点
Figure 2. An example of selecting signal points
The figure shows the waveforms of the earthquake on July 13，2017 received by the station AK_UNV and filtered in the 0.02−0.04 Hz band. t1 and t2 are the initial point and cut-off point of the signal，respectively
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图 3 台站位置示意图（修改自 Stachnik et al，2012）
Figure 3. The station location diagram （modified from Stachnik et al，2012）
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图 4 AT台网SDPT台站的方位角
（a） 玫瑰图显示方位角偏西；（b） 方位角及对应相关系数$C_{zr}'$值统计图
Figure 4. The azimuth distribution for the station SDPT of the network AT
（a） The rose diagram；（b） The statistics of the orientations and their corresponding correlation coefficient $C_{zr}'$
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图 5 AK台网FALS （a），SPIA （b）和UVN （c）台站的方位角随年份的变化
图中数字分别代表虚线左、右两边时段内方位角的平均值
Figure 5. Azimuths against years for the stations FALS （a），SPIA （b） and UVN （c） of the network AK
Numbers represent the average value of azimuths in the time period on the left and right of the vertical dashed line，respectively
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图 6 方位角校正前后基于切向能量最小化法所获取的AT台网SDPT台站2009年9月2日地震的横波分裂结果
图（a）和（c）是直接用原始波形切向能量最小化方法进行横波分裂校正前、后的波形图和质点运动轨迹图；图（b）和（d）为台站方位角校正后再用同样的方法进行横波分裂校正前、后的波形图和质点运动轨迹图
Figure 6. The splitting results of an event occurred on September 2，2009 recorded by the station SDPT of network AT by the transverse component minimization method
Fig. （a） shows the original and corrected radial and transverse components. The two upper panels of Fig. （c） exhibit the original and corrected fast and slow components，while the two lower panels display the original and corrected particle motions. Figs. （b） and （d） are the same as Figs. （a） and （c），but after the seismometer orientation correction
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图 7 根据AK台网SPIA台站不同时段内的方位角均值分别在方位角校正前、后对两个地震进行切向能量最小化得到的横波分裂结果
图（a）和（b）是对2015年4月16日地震分别按10.80°和0.57°进行方位角校正前、后的横波分裂的快慢波和质点振动对比图；图（c）和（d）是对2018年9月10日地震分别按10.80°和0.57°进行方位角校正前、后的横波分裂的快慢波和质点振动对比图。对于这两个校正方位角，10.8°是安装新仪器前求得的台站实际方位角，0.57°是安装新仪器之后求得的台站实际方位角
Figure 7. The shear wave splitting results before and after seismometer orientation correction according to the average orientation at different time interval for the station SPIA from network AK
Figs. （a） and （b） show the orientaion-corrected results using an azimuth of 10.80° and 0.57°，respectively，for an event occurred on April 16，2015. Figs. （c） and （d） are the same as Figs. （a） and （b），but for another event occurred on September 10，2018. The right value of 10.80° was utilized for orientation correction before August 2015 in Fig.（a），and the right value of 0.57° was applied for orientation correction after August 2015 in Fig. （d）. Note that new seismometer was installed in August of 2015
表 1 阿留申群岛宽频带地震台站方位角的瑞雷波极化分析结果
Table 1 The azimuths of broadband seismic stations in the Aleutian Islands determined by Rayleigh wave polarization analyses
台网 台站 时段 方位角/° 方差 事件个数 台网 台站 时段 方位角/° 方差 事件个数 AK ATKA 2004—2018年 3.46 0.18 174 AV MCIR 2017—2018年 5.06 0.17 19 AK CHI 2017—2018年8月 3.87 0.27 55 AV MGOD 2014—2018年 10.84 0.18 34 AK FALS 2004—2011年10月 18.50 0.18 50 AV MNAT 2014—2018年 2.74 0.16 40 AK FALS 2011年10月—2018年 6.51 0.23 64 AV MSW 2012—2018年 −2.58 0.23 91 AK NIKH 2008—2018年 4.74 0.19 215 AV OKCE 2014—2018年 4.18 0.22 37 AK NIKO 2004—2008年 9.55 0.29 57 AV OKFG 2009—2012年 8.48 0.23 38 AK SII 2012—2019年 4.66 0.30 105 AV OKNC 2014—2018年 6.29 0.18 21 AK SPIA 2004—2015年8月 10.79 0.21 95 AV OKSO 2010—2011年 8.55 0.23 13 AK SPIA 2015年8月—2018年 0.57 0.21 19 AV PLBL 2018年 4.76 0.21 11 AK UNV 2004—2015年7月 16.35 0.16 116 AV PLK1 2018年 2.75 0.17 14 AK UNV 2015年7月—2018年 2.58 0.15 25 AV PLK2 2018年 0.99 0.15 14 AT OHAK 2007—2018年 9.14 0.26 165 AV PLK3 2018年 −3.52 0.12 14 AT SDPT 2005—2018年 −85.14 0.23 251 AV PLK5 2018年 5.85 0.11 11 AT SMY 2005—2018年 −6.41 0.20 179 AV PN7A 2017—2018年 −1.74 0.18 22 AV ACH 2017—2018年 10.10 0.14 44 AV PS1A 2018年 −3.66 0.24 24 AV AHB 2018年 −0.60 0.09 5 AV SSLN 2018年 175.36 0.13 8 AV AKBB 2014—2018年 4.50 0.18 25 AV SSLS 2015—2018年 −22.87 0.31 16 AV AKGG 2007—2018年 14.56 0.21 82 AV WEBT 2018年 −5.04 0.18 21 AV AKLV 2011—2017年 2.21 0.20 57 AV WECS 2015—2018年 −20.93 0.19 19 AV AKMO 2013—2018年 −2.39 0.31 45 AV ZRO 2018年 −5.19 0.12 4 AV AKRB 2006—2018年 −10.52 0.21 98 IM ATTUB 2008—2009年 −15.16 0.19 17 AV AKSA 2014—2018年 −1.17 0.15 33 TA P08K 2018年 −1.74 0.17 18 AV AMKA 2017—2018年 0.64 0.36 3 TA Q16K 2016—2018年 8.35 0.17 55 AV ANCK 2017—2018年 4.66 0.23 44 TA Q18K 2016—2018年 4.97 0.24 37 AV BOGO 2018年 14.70 0.08 12 TA Q20K 2016—2018年 3.81 0.30 61 AV CLCO 2015—2018年 9.10 0.22 39 TA R16K 2016—2018年 1.78 0.15 25 AV ISLZ 2015—2018年 1.68 0.26 26 TA R17K 2016—2017年 −0.65 0.16 34 AV KABU 2006—2013年 7.96 0.25 112 TA R18K 2017—2018年 0.93 0.12 34 AV KAKN 2009年 26.49 0.27 22 TA S12K 2017—2019年 −1.14 0.30 31 AV KAKN 2010—2018年 3.57 0.23 21 TA S14K 2016—2018年 −4.13 0.21 28 AV LVA 2017—2018年 2.44 0.16 21 XJ BNG 1998—1999年 −1.25 0.19 7 AV MAPS 2014—2018年 0.30 0.15 51 
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