شناسايي و استخراج امواج ريلي از شتاب‌نگاشت‌هاي سه مولفه‌اي براساس مشخصات قطبيدگي در حوزه زمان-فركانس

Identification and extraction of Rayleigh waves from three-component accelerometers based on polarization characteristics in time-frequency domain

معمولا در زمين‌لرزه‌ها، امواج سطحي تغيير‌مكان‌هاي بيشتري نسبت به امواج حجمي در سطح زمين ايجاد مي‌كنند. از طرف ديگر، تغيير مكان ناشي از امواج ريلي به صورت بيضي مي‌باشد. در نتيجه، امواج ريلي اثرات مخرب‌تري نسبت به ساير امواج بر روي سازه‌ها واقع در سطح زمين دارند. بنابراين، يكي از وظايف مهم در لرزه‌شناسي و ژئوفيزيك كاربردي، شناسايي و استخراج امواج سطحي به خصوص امواج ريلي مي‌باشد. مطالعات متعددي به اين منظور صورت گرفته است. در اكثر مطالعات، شناسايي و استخراج امواج سطحي صرفأ در حوزه زمان و يا حوزه فركانس انجام شده است. ولي با توجه به محدوديت‌هاي موجود در حوزه زمان يا فركانس، در مطالعات اخير، شناسايي امواج سطحي در حوزه تركيبي زمان‌-فركانس صورت گرفته است. تبديل‌هاي متعددي براي انتقال سيگنال‌ها به حوزه زمان-فركانس معرفي شده است. با توجه به اينكه شتاب‌نگاشت‌هاي زلزله‌ها غير ايستا و نامنظم مي‌باشند، دقت استخراج امواج از سيگنال‌ها بسيار وابسته به تبديل زمان-فركانسي مورد استفاده مي‌باشد. در اين مطالعه، از تبديل موجك پيوسته همگام‌سازي شده (SSCWT)، براي انتقال سيگنال به حوزه زمان-فركانس استفاده شده است. اين تبديل از رزولوشن بيشتري نسبت به ساير تبديل‌ها برخوردار مي‌باشد و پراكندگي اين تبديل نسبت به ساير تبديل‌ها كمتر مي‌باشد. در اين مطالعه به منظور استخراج امواج ريلي از شتاب‌نگاشت‌هاي سه مولفه‌اي هر ايستگاه، از مشخصه اصلي امواج ريلي كه حركت بيضوي مي‌باشد، استفاده شده است. پارامتر مورد استفاده براي استخراج امواج ريلي، نسبت قطر كوچك به قطر بزرگ بيضي مي‌باشد. بدين منظور از نرم افزار متلب براي كدنويسي روش ارائه شده استفاده شده است. در اين مقاله، ابتدا با استفاده از يك سيگنال مصنوعي غير ايستا، اهميت تبديل ذكر شده، نسبت به ساير تبديل‌ها ارزيابي شده است. سپس، سيگنال‌هاي مصنوعي سه مولفه‌اي ايجاد شده‌اند كه صحت تحليل‌ها براساس آن‌ها ارزيابي شده است. در نهايت، پس از اطمينان از صحت الگورينم و كد‌ها، امواج ريلي چند زلزله واقعي استخراج و ارائه شده است.

Usually surface waves, compared to other types of waves, cause more displacements on ground surface. In addition, Rayleigh waves create elliptical motions. Consequently, Rayleigh waves have the most destructive effects on structures located on ground surface. Therefore, identification and extraction of surface waves, especially Rayleigh waves, are among the most important tasks in seismology and applied geophysics. Many studies have been carried out on this topic. In most cases, identification and extraction of surface waves are carried out entirely in time domain or entirely in frequency domain. Since these kinds of studies have some limitations, recent studies on surface waves have been carried out in time-frequency domain. Recently, new time-frequency transforms have been presented to transfer signals from time domain to time-frequency domain. Earthquake signals are nonstationary, thus precision of extracting surface waves from signals depends noticeably on time-frequency transform. In this study, synchrosqueesed continuous wavelet transform has been used to transfer signals to time-frequency domain. This transform has higher resolution than other transforms, and also, it is less dispersive than other transforms in timefrequency domain. In this study, the main polarization characteristic of Rayleigh waves, which is elliptical motion, has been used to filter and extract Rayleigh waves from three-component accelerometers. Reciprocal ellipticity parameter has been used as the polarization characteristic parameter. MATLAB software package has been used for programming and analysis in this study. First, significance of the mentioned transform compared to other transforms has been investigated by a synthetic signal. Then, a three-component signal has been created and the presented algorithm in this study has been verified by it. Finally, Rayleigh waves from several real signals have been extracted.