一种近断层地震动永久位移的基线校正方法技术

本申请涉及一种近断层地震动永久位移的基线校正方法，包括以下步骤：使用加速度记录仪记录地震动的原始加速度，然后积分得到初始化速度和初始化位移；选取t1,t2的取值范围并定义t1,t2的初始值，使用线性函数拟合进行基线校正，用平滑斜坡位移函数模型拟合校正后的位移时程，获得校正后的加速度、速度和位移时程。根据本申请的基线校正方法可以有效地校正近断层地震动的基线漂移，合理表征近断层地震动的永久位移，校正结果与通过例如GPS设备观测到的同震位移吻合度很高。测到的同震位移吻合度很高。测到的同震位移吻合度很高。

【技术实现步骤摘要】
一种近断层地震动永久位移的基线校正方法


[0001]本申请涉及一种近断层地震动永久位移的基线校正方法，适用于防灾减灾的


技术介绍

[0002]断层破裂的向前方向性效应和滑冲效应可能使近断层地震动产生大速度脉冲和永久地面位移，因此对原始地震记录的处理中，基线校正方法不仅要去除记录中的噪声，还要最大限度保留其真实的永久位移。如图1所示，实际观测表明，近断层地震动的基线漂移误差在速度和位移中被急剧放大，致使速度时程尾段明显偏离平衡位置并大致呈一条直线，位移时程严重偏离平衡位置向外发散，如图1虚线所示。合适的基线校正方法可以最大限度还原真实的加速度记录，校正后的速度时程将回归平衡位置并最终收敛于零，校正后的位移时程将逐渐收敛并最终稳定在永久位移，如图1实线所示。如何通过合理的基线校正方法保留真实的永久位移信息，是目前地震记录基线校正中需要解决的关键问题。

技术实现思路

[0003]本申请提出了一种近断层地震动永久位移的基线校正方法，该方法不仅可以去除记录中的噪声，还可以合理保留真实永久位移。
[0004]根据本申请的一种近断层地震动永久位移的基线校正方法，包括以下步骤：
[0005](1)使用加速度记录仪记录地震动的原始加速度，计算原始加速度记录的P波到时t
P
，从整个加速度时程中减去P波到达前10
‑
15s的加速度均值，移除事件前的误差得到初始化加速度，然后积分得到初始化速度和初始化位移；
[0006](2)选取t1,t2的取值范围并定义t1,t2的初始值；
[0007]其中，t2的取值范围为max(t
PGA
,t
d0
)≤t2≤t
end
，t1的取值范围满足t
P
≤t1≤t2；t1为强震段瞬时偏移的起始点，t2为永久偏移的起始点，t
end
为截取记录的结束时刻，t
PGA
为未校正加速度峰值时刻对应的时间，t
d0
为未校正位移与平衡位置最后的零交时刻；
[0008](5)进行基线校正；
[0009]使用线性函数拟合速度时程的尾段t2～t
end
，通过式(1)得到t2～t
end
段的偏移量a
f
；
[0010]V
f
(t)＝V0+a
f
t(1)
[0011]通过式(2)确定t1～t2段的偏移量a
m
；
[0012][0013]从初始化加速度的t1～t2段中减去a
m
，t2～t
end
段中减去a
f
，得到校正后的加速度Acc_new，积分得到校正后的速度和位移；
[0014]式中，V
f
由速度时程t2～t
end
段的线性最小二乘拟合得到，V0为对应于t2的速度值V
f
(t2)，a
f
为拟合斜线的斜率，a
m
是强震段复杂基线漂移的平均值；
[0015](6)拟合位移时程；
[0016]用式(3)表示的平滑斜坡位移函数模型拟合校正后的位移Disp_new，式中，β1表示位移偏离平衡位置的起始时刻，β2表示位移首次达到永久位移值的时刻，β3表示永久位移值，D(t)表示位移时程；然后计算位移模型与校正位移间的误差rms，rms如式(4)所示；
[0017][0018][0019]式中，T为总时长，D(t)为位移函数模型，disp(t)为校正后位移；
[0020](5)获得校正后的加速度、速度和位移时程
[0021]以δt作为时间增量循环迭代t1，t2的所有可能取值，选择使式(4)的位移函数模型与校正后位移间的拟合误差rms最小的t1，t2作为最终取值，再重复步骤(3)的校正程序得到最终校正后加速度、速度和位移时程，取位移的尾段均值作为永久位移。
[0022]其中，在步骤(5)的迭代过程中，t2的初始值可以选为max(t
PGA
,t
d0
)，t1的初始值选为t
P
，rms的初始值可以选为200；如果rms(i)<rms，则令rms＝rms(i)，保存此时的t1和t2以及校正后的加速度Acc_new，再进行下一步；
[0023]如果rms(i)≥rms，则直接进行下一步；如果t1<t2，则令t1＝t1+δt，继续循环，直到t1＝t2，跳出t1循环，进行下一步；如果t2<t
end
，则令t2＝t2+δt，t1＝t
P
，继续循环，直到t2＝t
end
，跳出t2循环，结束计算；此时内存中的Acc_new即为最终校正后的加速度时程，对Acc_new积分得到校正后的速度和位移时程。
[0024]根据本申请的基线校正方法可以有效地校正近断层地震动的基线漂移，合理表征近断层地震动的永久位移，校正结果与通过例如GPS设备观测到的同震位移吻合度很高。
附图说明
[0025]图1是集集地震某台站的加速度、速度和位移时程曲线在校正前后的对比图。
[0026]图2是本申请的基线校正方法的步骤流程图。
[0027]图3是本申请的基线校正方法中使用的平滑斜坡位移函数模型图。
[0028]图4是集集地震某台站的UD方向校正结果。
具体实施方式
[0029]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0030]参照图1，首先对本申请的基线校正方法中用到的主要参数进行定义：
[0031]校正参数：t1为强震段瞬时偏移的起始点，t2为永久偏移的起始点；
[0032]校正辅助参数：t
P
为P波到时，即P波初动的时刻，t
end
为截取记录的结束时刻，t
PGA
为未校正加速度峰值时刻对应的时间，t
d0
为未校正位移与平衡位置最后的零交时刻。
[0033]具体地，根据本申请的基线校正方法包括以下步骤：
[0034](1)使用加速度记录仪记录地震动的原始加速度，并对原始加速度进行初始化处理；
[0035]强震仪观测是获取高精度地表形变的有效手段，强震仪易于获取高分辨率加速度，但因加速度基线漂移误差的存在，其积分后的速度和位移存在偏差。
[0036]本申请使用强震仪记录地震动的原始加速度Acc，计算原始加速度记录的P波到时t
P
，从整个加速度时程中减去P波到达前10
‑
15s的加速度均值，移除事件前的误差得到初始化加速度，然后积分得到初始化速度和初始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近断层地震动永久位移的基线校正方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)使用加速度记录仪记录地震动的原始加速度，计算原始加速度记录的P波到时t
P
，从整个加速度时程中减去P波到达前10
‑
15s的加速度均值，移除事件前的误差得到初始化加速度，然后积分得到初始化速度和初始化位移；(2)选取t1,t2的取值范围并定义t1,t2的初始值；其中，t2的取值范围为max(t
PGA
,t
d0
)≤t2≤t
end
，t1的取值范围满足t
P
≤t1≤t2；t1为强震段瞬时偏移的起始点，t2为永久偏移的起始点，t
end
为截取记录的结束时刻，t
PGA
为未校正加速度峰值时刻对应的时间，t
d0
为未校正位移与平衡位置最后的零交时刻；(3)进行基线校正；使用线性函数拟合速度时程的尾段t2～t
end
，通过式(1)得到t2～t
end
段的偏移量a
f
；V
f
(t)＝V0+a
f
t(1)通过式(2)确定t1～t2段的偏移量a
m
；从初始化加速度的t1～t2段中减去a
m
，t2～t
end
段中减去a
f
，得到校正后的加速度Acc_new，积分得到校正后的速度和位移；式中，V
f
由速度时程t2～t
end
段的线性最小二乘拟合得到，V0为对应于t2的速度值V
f
(t2)，a
f
为拟合斜线的斜率，a
...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞瑞芳，陈科旭，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：