[發明專利]一種用小波變換識別地震中多普勒效應的方法

在審

• 申請號: 202110360164.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113050170A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李啟成;苑樹鵬;鄭新娟;席桂梅;閔也;賀翔;王明成;肖燕妃;吳奎;徐伊豪
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用小波變換識別地震中多普勒效應的方法，屬地震工程領域。原理是選擇地震臺站最初時段地震記錄進行小波變換，斷層滑動前方會使地震波在高頻部分疊加，從而使小波譜高頻幅值增大。選擇位于與某地震斷層垂直方位的若干臺站，隨著震中距的增加，其小波譜高頻幅值迅速降低，震中距大到一定程度小波譜低頻幅值會明顯大于小波譜高頻幅值，說明在該方向上，介質對地震波的高頻吸收衰減起主要作用，沒有發生多普勒效應；選擇位于上述地震斷層滑動前方若干臺站，發現隨著震中距增加，小波譜高頻幅值明顯大于小波譜低頻幅值，說明雖然存在介質對地震波的吸收衰減作用，但多普勒效應存在使得小波譜高頻幅值增大。該方法理論清晰，有實用價值。

技術領域

本發明屬于地震工程領域，具體涉及一種識別地震中多普勒效應的方法。

背景技術

地震斷層滑動時會產生多普勒效應， 卓鈺如，等和Douglas A，等用地震P波初至頻率在地震斷層周圍的分布規律證實了多普勒效應在地震發生過程中的存在。上述方法在理論上非常清晰、準確，對于斷層滑動速度較大的地震，多普勒效應明顯，所以在不同的方位接收的P波初至的頻率差異大，容易判斷多普勒效應的存在；如果地震斷層滑動速度較小，多普勒效應導致的處于不同方位的地震波P波初至差異不大，不易識別，若進一步考慮到地震記錄儀器的誤差和P波拾取工作人員的能力差異，所以用該方法確定多普勒效應的存在有局限性。Ge Jin，等研究了某地震記錄，用拐角頻率確定了多普勒效應的存在。他們確定了該地震斷層滑動左前方的拐角頻率為0.054Hz，而左后方的拐角頻率為0.050Hz，斷層滑動破裂前方的拐角頻率略大于后方的；還確定了地震斷層滑動右前方的拐角頻率為0.082Hz，而右后方的拐角頻率為0.072Hz，也是前方的略大于后方的。如果拐角頻率準確，這種方法用于判斷多普勒效應是否存在是可行的，但問題是拐角頻率的確定有一定的人為因素。見圖1，圖中畫出的兩條直線AB和BC的交點B對應的橫坐標就是拐角頻率，顯然B點的確定有人為因素。劉瑞豐，等在對某地震記錄研究后，從三方面證實地震過程中存在多普勒效應，第一，用面波震級在空間不同的分布來證實多普勒效應的存在，他們認為多普勒效應使得斷層破裂傳播前方振動加強，而使后方振動減弱，表現出來的就是前方測定的面波震級偏大，后方測定的偏小；第二，用地震烈度的空間分布判定多普勒效應的存在，他們認為多普勒效應使得斷層破裂傳播前方地震烈度衰減慢，后方衰減快；第三，用破裂的方向性效應確定多普勒效應的存在，他們認為多普勒效應使得在地震斷層破裂傳播方向上的能量快速聚集，同時在相反方向的能量密度迅速降低，因此地震動幅值在空間有規律的分布證實了多普勒效應的存在。上述用多普勒效應解釋地震動方向性效應的觀點已經存在多年，自1966年美國Parkfield地震第一次記錄到斷層破裂的方向性效應以來，陸陸續續記錄到了地震斷層破裂的方向性效應。比如，1979年美國Imperial Valley地震、1992年美國Landers地震和1999年的中國臺灣集集地震，此外還有多次大地震都記錄到了地震動的方向性效應。并且有很多學者都用地震動的方向性效應證實多普勒效應的存在，或者用多普勒效應解釋地震動的方向性效應。

面波震級和地震烈度都與地震動振幅有關，所以無論是用面波震級空間分布、還是用地震烈度空間分布判定多普勒效應，本質上都是用地震動振幅強弱的空間分布，即都在用地震動的方向性效應證實多普勒效應的存在，都在認為多普勒效應使得在斷層破裂前方的地震動加強。這是不正確的，因為多普勒效應是在運動物體的前方接收到的波的頻率增大，注意是頻率增大，而不是振幅增大，簡單認為多普勒效應使能量聚集是概念不清的表現。恰恰相反，如果考慮到地震波高頻衰減作用，僅僅由于地震波頻率的增大，不僅不會導致地震波傳播過程中的振幅加強，反而會導致高頻振幅的迅速衰減，當然低頻地震波幅值也會衰減。另外，有部分學者認為用多普勒效應可以確定斷層的破裂傳播速度，這是混淆了地震斷層滑動速度與斷層破裂傳播速度的區別，斷層破裂傳播時可以不滑動，類似于用剪刀剪布，剪得快，破裂傳播得快，但布沒有滑動，破裂傳播不會產生多普勒效應，只有斷層滑動，即產生位錯時，才會出現多普勒效應。