[发明专利]一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法

摘要

本发明公开一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法。包括：获取两台站的地震断层的滑动位错和滑动时间；在断层滑动时间内选择时间窗提取地震波，并对其进行短时傅里叶变换；确定具有相似性的两台站的短时傅里叶变换的变换对；确定当前具有相似性的两台站的短时傅里叶变换的变换对的断层滑动速度；确定断层位错与速度曲线下包围面积之间的相对误差；得到断层滑动速度函数。本发明无需掌握地壳介质参数，只需掌握震源位置、地震记录、记录台站位置信息，因此物理意义清晰。本发明增强了滑动速度时间定位、计算断层滑动速度的准确性，得到的地震断层的滑动速度具有突然上升，迅速下降的特点。

主权项

1.一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取两台站的地震断层的滑动位错和滑动时间；步骤2：在地震断层滑动时间内提取地震波，按时间分段进行短时傅里叶变换：在两台站的地震记录中，在断层滑动时间内选择时间窗提取地震波，并对全部断层滑动时间内的地震记录按时间顺序进行短时傅里叶变换，将两台站短时傅里叶变换结果成对按时间分段次序进行排列；步骤3：按时间分段次序成对选定两台站的地震波的短时傅里叶变换，在频域内选定窗宽，确定时间分段上的两台站地震波在选定窗宽内的相似性，确定当前具有相似性的两台站的短时傅里叶变换的变换对，具体过程如下：按时间分段次序成对选定两台站的地震波的短时傅里叶变换，在频域内选定窗宽，固定在第一个台站的短时傅里叶变换频谱上；在第二个台站的短时傅里叶变换频谱上以同样的窗宽，同样的步长进行滑动，计算两台站地震在该时间分段上的记录短时傅里叶变换频谱的相似性序列s_m，若当前时间分段上两台站地震波的相似性序列s_m的值小于等于相似性阈值时，则当前时间分段上两台站接收到的地震波地震记录有相似性；若当前时间分段上两台站地震波的相似性序列s_m的值大于相似性阈值时，以同样的窗宽，同样的步长继续在第二个台站短时傅里叶变换频谱上滑动，计算两台站地震记录短时傅里叶变换频谱的相似性序列s_m，直到在当前时间分段上第二个台站短时傅里叶变换频谱的全部滑动完成，若依然不具有相似性，选定下一时间分段的两台站的短时傅里叶变换的变换对，直至两台站地震记录短时傅里叶频谱的相似性序列s_m的值小于等于相似性阈值，即确定当前两台站地震波在选定窗宽内时间分段次序中是具有相似性的短时傅里叶变换的变换对；所述当前时间分段上两台站地震波的相似性序列s_m的计算公式如下所示：其中，A_i是台站A地震记录短时傅里叶频谱的第i个幅值，B_j是台站B地震记录短时傅里叶频谱的第j个幅值，p是台站A在选定窗宽内短时傅里叶频谱的序号，q是台站B在选定窗宽内短时傅里叶频谱的序号，p＝q，n是选定窗宽内地震记录短时傅里叶频谱的幅值的总数目；步骤4：确定当前具有相似性的两台站的短时傅里叶变换的变换对的断层滑动速度；所述当前具有相似性的两台站的短时傅里叶变换的变换对的断层滑动速度的计算公式如下所示：其中，V是当前具有相似性的时间分段的断层滑动速率，f_A是当前具有相似性的时间分段内台站A接收到的波源发出的地震波频率，∠A是当前具有相似性的时间分段内断层上的波源与接收台站A连线与断层上的波源运动方向之间的夹角；f_B是当前具有相似性的时间分段内台站B接收到的波源发出的同一地震波频率，∠B是当前具有相似性的时间分段内断层上的波源与接收台站B连线与断层上的波源运动方向之间的夹角，u为地震波传播速率；步骤5：判断是否计算完成全部地震记录时间分段的断层滑动速度，若是，执行步骤6，否则进行下一时间分段的两台站地震波在选定窗宽内的相似性判断，返回步骤3；步骤6：以断层滑动时间和短时傅里叶变换时间为约束，在相应的时间内随机排列计算得到的全部断层滑动速度，得到断层速度‑时间曲线，计算断层滑动速度‑时间曲线下包围的面积S，以及断层位错与速度曲线下包围面积之间的相对误差e；所述以断层滑动时间和短时傅里叶变换时间为约束，是指断层滑动速度对应的时间应限制在整个断层滑动时间内，短时傅里叶变换得到的断层滑动速度与短时傅里叶变换时间相对应；步骤7：若断层位错与速度曲线下包围面积之间的相对误差e大于相对误差的阈值，则返回步骤6，若断层位错与速度曲线下包围面积之间的相对误差e小于等于相对误差的阈值，得到断层滑动速度‑时间曲线，即断层滑动速度函数。