[发明专利]一种地震动摇摆分量获取方法

说明书

本发明公开了一种地震动摇摆分量获取方法，本发明引入地震摇摆转角位移的傅里叶幅值谱与地面竖向速度的傅里叶幅值谱形状相似的原理，作为改进的谱比法中阈值选取的约束条件，从而进一步优化改进的谱比法；本发明利用优化后改进的谱比法获取的摇摆分量的低频成分，依据弹性波动理论的推导公式，确定P波与SV波的位移势函数之间的比例系数；最终利用弹性波动理论的推导公式，得出包含全频率成分的地震摇摆分量。该发明有效的结合两类获取地震摇摆分量方法的优势，克服了彼此的缺陷，实现了地震摇摆分量的有效获取。

技术邻域

本发明属于地震探测技术领域，涉及一种地震动摇摆分量获取方法，具体涉及一种基于改进的谱比法和弹性波动理论的地震动摇摆分量获取方法。

背景技术

当地震发生时，地面不仅会产生三个平动分量，还会产生三个转动分量。三个转动分量中，绕Z轴方向转动的称为扭转；绕X、Y轴转动的称为摇摆，如图1所示。由于地震动摇摆分量时程实测困难等因素，当下还没有可供实际应用的地震动摇摆分量时程的实测记录，因此，如何确定地震动摇摆分量时程是亟待解决的问题。

目前，对于如何获取地震动摇摆分量时程这一问题形成了两类比较有代表性的方法。一类是基于单摆式地震仪响应差异性的傅里叶变换分析方法，即通过对比未修正的水平和竖向地震波的傅里叶谱来确定截断频率，并根据其过滤水平地震波，最终得到地震动摇摆分量时程，此类方法称为谱比法。而后有学者对该方法进行了改进，在此基础上采用时频局部化特性更好的小波分析和小波阈值处理从未修正的地震动水平分量中获取摇摆分量。另一类是根据弹性波动理论，从记录的地震动水平与竖向分量中推算出地震动摇摆分量。

两类方法都具有合理性，但也都存在不足。利用改进的谱比法获取的地震动摇摆分量仅含低频成分，而缺乏高频成分，并且存在阈值不易确定的问题。基于弹性波动理论的方法存在P波与SV波的位移势函数之间的比例关系难以确定的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于改进的谱比法和弹性波动理论的地震动摇摆分量获取方法，能够进一步优化改进的谱比法，并且有效的结合两类方法的优势，克服彼此的缺陷，为最终实现包含全频率成分的地震动摇摆分量的获取提供了一种有效的方法。

本发明所采用的技术方案是：1.一种地震动摇摆分量获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对地震时单摆式地震仪记录的未修正地震动水平和竖向加速度时程进行分解；并根据地震水平和竖向加速度时程的各低频部分小波系数的差异性确定阈值；

步骤2：采用软阈值函数，根据已确定的阈值，对水平分量小波系数进行阈值处理，处理后重构出受地震摇摆转角位移时程影响的分量除以g得到该地震的地震摇摆转角位移时程

步骤3：将步骤2中获取的地震摇摆转角位移时程的傅里叶幅值谱与记录的竖向速度时程的傅里叶幅值谱进行对比，观察二者的形状与走势是否相似；若不相似，则返回步骤2，重复上述步骤；若相似则进行下一步骤；

步骤4：对获得的地震摇摆转角位移时程进行两次求导，获得摇摆转角加速度时程；

步骤5：将步骤4中获得的摇摆转角加速度时程进行快速傅里叶变换，由于此摇摆分量主要含低频成分，因此选则一频率，使得摇摆转角加速度时程的各频率分量的能量主要集中在该频率以下，并将小于该频率的各频率分量用于后续计算；从而得到摇摆转角加速度时程各低频分量对应的振幅值，记频率为ω_i的分量的振幅值为

步骤6：对未修正地震动水平和竖向加速度时程进行快速傅里叶变换，并记水平和竖向加速度时程频率为ω_i的分量的振幅值分别为和

步骤7：利用步骤5中摇摆转角加速度时程各频率分量的振幅值以及步骤6中对应频率的竖向加速度时程分量的振幅值根据弹性波动理论的推导公式进行数值求解，求得各频率条件下的比例系数ε，而后对所求的各频率条件下的比例系数取平均值，记为