从IRIS( https://www.iris.edu/ )上下载的原始地震波形数据，一般认为，(转为) SAC 格式的单位类型为速度(VEL, nm/s)。但用软件 sac( http://ds.iris.edu/files/sac-manual/ )查询其单位时，IDEP 显示为空或 Unknown，造成一些理解上的错误。

以下 SAC 数据的单位为速度(VEL, nm/s)的求证过程：

0. 数据

通过Web Service Fetch scripts方法，从IRIS DMC上下载到波形数据II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC及 polezero 类型的仪器响应文件SACPZ.II.TLY.00.BHZ。

$ sac
SAC> r II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC
SAC> lh IDEP
 
  FILE: ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC - 1
 -------------------------------------------

SAC> q

发现 SAC 数据单位未知。其波形显示如下：

既然类型未知，用 transfer 命令去除仪器响应，分别转为位移、速度和加速度，三种已知单位的波形。

$ sac
SAC> r II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC
SAC> transfer from polezero subtype SACPZ.II.TLY.00.BHZ to none
 Using polezero response for TLY, BHZ, II, 00...
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._disp.SAC

SAC> r II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC
SAC> transfer from polezero subtype SACPZ.II.TLY.00.BHZ to vel
 Using polezero response for TLY, BHZ, II, 00...
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._vel.SAC

SAC> r II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC
SAC> transfer from polezero subtype SACPZ.II.TLY.00.BHZ to none
 Using polezero response for TLY, BHZ, II, 00...
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._acc.SAC

SAC> r II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._*.SAC
./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._acc.SAC
./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._disp.SAC
./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._vel.SAC
SAC> mul 1.0e9
SAC> lh IDEP

  FILE: ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._acc.SAC - 1
 ------------------------------------------------

     IDEP = ACCELERATION (NM/SEC/SEC)

  FILE: ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._dis.SAC - 2
 ------------------------------------------------

     IDEP = DISPLACEMENT (NM)

  FILE: ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._vel.SAC - 3
 -----------------------------------------------------------

     IDEP = VELOCITY (NM/SEC)

SAC> q

波形显示如下，从下至上，依次为原始波形，去仪器响应的加速度、速度和位移波形。

1. 证明A

其实从上面波形大致可以看出，原始波形和速度波形有最高的相似度，但由于速度波形去除了仪器响应，在振幅上差半个数量级(101)。

参考SAC 中文教程关于仪器响应的描述，地震台站记录的波形，超低频和超高频的信号被压制，留下地震学感兴趣的频段。即是说，我们的原始波形II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC是被地震仪处理过，只在一定频段的波形；而刚才去除过仪器响应的三个文件，应包含了地震仪所能探测到的所有频段的记录。

那我们可以推测，将去除了仪器响应的三个文件按照合适的频带范围滤波，然后在波形相似度及量级上与原始波形相比较，最接近的哪一个，即与原始波形是同种类型。这个滤波频带范围和地震仪压制超低频和超高频的信号的频带有关，这儿我暂且将其定为0.02-8 Hz，将原始波形和三个去仪器响应的波形都在此频段滤波。

$ sac
SAC> r II.TLY.*_/SAC
./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._acc.SAC
./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._disp.SAC
./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._vel.SAC

SAC> bp co 0.02 8 p 2
SAC> w over
SAC> q

上图自下而上，依次为滤波后的原始波形和三个去除仪器响应的波形。明显可以看出，速度波形与原始波形最相似，下面将两个波形放在同一坐标系下比较，蓝色为原始波形，红色为速度波形。

比较发现，两个波形相似度极高，而位移和加速度波形基本可以排除。所以，原波形就是速度波形。

2. 证明B

利用 transfer 命令基本原理，也可以判断数据类型。

首先我们做两个比较，把已知的位移波形通过 transfer 转为速度波形，以及把已知的速度波形通过 transfer 转为位移波形。这儿已知的位移和速度波形采用前面去仪器响应后的文件。

$ sac
SAC> r ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._disp.SAC
SAC> transfer from none to vel
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._disp-to-vel.SAC

SAC> r ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._vel.SAC
SAC> transfer from vel to none
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624._vel-to-disp.SAC
SAC> q

点击图片放大。左图为位移波形（上）和其转化的速度波形（下，黑色）及原速度波形（下，红色）；右图为速度波形（上）和其转化的位移波形（下）。

接下来，我们首先将原始波形（下图从上到下第一个）假设为速度波形，将其转化为位移波形（下图从上到下第二个）；然后将原始波形再假设为位移波形，将其转化为速度波形（下图从上到下第三个）。

$ sac
SAC> r ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC
SAC> transfer from none to vel
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.disp-to-vel.SAC

SAC> r ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.SAC
SAC> transfer from vel to none
 Station (TLY), Channel (BHZ)
SAC> w ./II.TLY.00.BHZ.M.2011.070.054624.vel-to-disp.SAC
SAC> q

未发现第一个假设（速度－位移）有异常，与先前已知的速度波形转位移波形表现一致，比如两者的速度波形变化率都比较大，反映在位移波形上时，变化率变小。但第二个假设（位移－速度）转化完成的速度波形的变化幅度过大，将已知的加速度波形（上图从上到下第四个）放在一起比较，发现相似度很高，说明此假设错误，原波形是速度波形，我们将它假设为位移波形，强行去位移响应再卷积上速度响应，相当于对时间域微分，实际效果是把它转化为了加速度波形。

备注：

  • A. 当使用 evalresp 类型仪器响应时，对原文件的rmean; rtrend; taper操作不可少。
  • B. 证明A过程中滤波操作有待修正。
  • C. 以上波形图件由 GMT-4 搭配 pssac 命令绘制。

参考：