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地震波时频谱分析及其在爆破识别中的应用

张帆

  由于爆破、地震、甚至坍塌等激发相同或相近频率范围的振动波,实际地震观测台站拾取、记录的震动波反映了爆破、地震、坍塌等各种激发源信息,通过记录波识别激发源,提取激发源信息,准确区分、识别地震和爆破等激发源类型对地震应急、地震资料的归类分析,评估区域性地震活动,了解区域地震工程的反应谱特征及地震预报是十分重要的。自开展地震波观测以来,如何区分地震及爆破就成为地震观测研究的基础课题,并已经产生了大量的科技成果,目前,波形图像经验性对比、记录波振幅与周期关系、频谱特征、P波初动特征、振幅比及尾波衰减等被广泛应用于地震及爆破识别。以前的相关研究虽然取得了一定的成果,但随着数字地震观测、计算机技术、数学算法等的发展,在最新的观测及算法条件下,通过相关指标定性、定量的识别地震及爆破仍有广阔的研究空间。譬如,以前广泛应用的波谱分析方法,把地震波作为是平稳信号,利用傅立叶分析处理;随着认识的深入,研究者发现地震波实际上是一种非平稳信号,而傅立叶分析不能描述地震波的这种非平稳特性,因而反映地震波非平稳特征的时频分析方法被应用地震及爆破识别研究中;时频分析能够表述地震信号的频率成分随时间变化的规律,在时间和频率上同时表示信号,使得在时间域内难以得到的信号特征在时频域内能十分清晰地显示出来,可以提取地震信号在特定时间特定频率所具有的特征信息。但同时,由于频带窄、动态范围小,人工方式进行数字化处理时采样率低的模拟地震记录的限制,很难利用时频分析方法来分析地震波的非平稳特性。随着仪器性能提高,现代数字地震观测的开展,测震仪器的高采样率、高分辨率、宽频带范围、大动态范围等保证了地震波记录质量,利用计算机可以方便地对地震波进行时频分析。本研究基于数字地震波分析理论及方法,介绍了傅立叶分析、小波分析等理论,阐述了时频分析方法的优点,通过具体数据运算评估时频分析方法进行地震及爆破识别的有效性。对比研究波恩—约旦(Born-Jordan)时频分布、乔伊—威……   
[关键词]:非平稳信号;时频分析;数字化地震波;地震;爆破;时频谱
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国科学技术大学2006年
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