[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

说明书

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。

技术领域

本发明属于地震学、地震工程学技术领域，尤其涉及一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法。

背景技术

目前计算理论地震图经常使用的断层滑动速度函数主要有Haskell函数、钟形函数、指数函数、三角形函数等，Hisada的理论研究认为滑动速度函数具有迅速上升，相对缓慢地下降的特点。以上这些滑动速度函数的共同特点都是理论研究结果，都没有得到实测资料证实。

没有实测资料的原因是无法直接测定。如果用地面测得的资料反推地震断层地震时的滑动速度，需要知道地壳介质参数，而地球的不可入性阻碍了人类对地壳细节信息的掌握，欲得到较准确的地震时断层滑动速度，需另辟蹊径。

2014年在《地球物理学进展》发表的“用多普勒效应计算汶川余震断层滑动速度函数”以及2016年在《地球物理学进展》发表的“断层滑动速度的研究”两篇文章中提出可以用多普勒效应可以计算地震时断层滑动速度。该方法仅仅需要地震台站的记录、位置、震源位置和地震波传播速度等信息，无需掌握地壳介质信息，是值得研究的方法。

多普勒效应是当波源和接收器之间发生相对运动时，接收器接收到波的频率与波源发出频率不同的现象。日常生活中交通工具行驶速度的测定就是利用了多普勒效应。

多普勒效应可以这样进一步说明，当波源向接收器运动时，接收器接收到的频率比实际的高；当波源远离接收器运动时，接收器接收到的频率比实际低。实际上波源发出的频率是一定的，根据接收器接到的频率和波源发出的频率就可以计算出波源运动速度。

地震发生时，断层发出的某一频率地震波，由于断层的滑动使得接收到的地震波频率不同于实际发出的频率，根据多台站接收到的频率，可以计算出断层滑动速度。

采用多普勒效应计算断层滑动速度，具体计算了某余震断层滑动速度，证实了用多普勒效应确定断层滑动速度的有效性。但对该方法的运用上存在四方面的问题，首先对震源发出的某一频段、被二个接收台站接收到的地震波，在两台站表现出的特征缺乏理论分析；其次是如何具体确定二个接收台站接收到的地震波是由同一频段地震波发出的；再次是如何减少反射波和折射波干扰的问题；最后对断层滑动速度时间定位的准确性需要提高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法。

本发明的具体技术方案是：

一种基于多普勒效应的地震断层滑动速度计算方法，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；

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；