بخشی از مقاله
چكيده
تعيين زمان رسيد امواج P و S براي انواع كاربردهاي لرزهنگاري، از جمله تعيين مكان زلزله و توموگرافي لرزهاي استفاده مي-شود. تشخيص سريع و برداشت دقيق اولين ورود موج P اهميت زيادي در تعيين مكان رويداد، شناسايي رويداد و تجزيه و تحليل مكانيزم منبع به ويژه زماني كه دادههاي ديجيتالي و لرزهاي برخط باشند، دارد. آناليز دستي لرزهنگار و برداشت فاز زمانگير و وابسته به تصورات ذهني تحليلگر است.
تكنيكهاي مختلفي براي تشخيص و برداشت وروديهاي مختلف امواج لرزهاي تك مولفهاي و سه مولفهاي ارائه شده است. در اين مطالعه از تبديل موجك براي تشخيص و برداشت فاز لرزهاي استفاده شده است. زيرا تبديل موجك براي تجزيه و تحليل سيگنالهاي غير ثابت در فرمت چند بعدي مورد استفاده قرار مي-گيرد. به منظور تعيين زمان رسيد موج P، تبديل موجك بر مولفه عمودي لرزهنگار اعمال شده است. در اين مطالعه با استفاده از پوش ضرايب موجك و روش تشخيص لبه، زمان رسيد موج P تعيين شده است.
١ - مقدمه
بسياري از كاربردهاي زلزله شناسي مانند تعيين كانون زلزله]٢،١[، تجزيه و تحليل مكانيزم زلزله]٣[، توموگرافي لرزهاي]٤[، تصوير برداري از مخازن هيدروكربني]٥[ نياز به برداشتي دقيق از زمان رسيد موج P دارند. روشهاي تشخيص اتوماتيك فاز بسيار مورد اهميت هستند؛ به طوري كه از دهه ١٩٨٠، تكنيكهاي زيادي براي تشخيص و برداشت وروديهاي امواج مختلف لرزهاي ارائه شده است. اولين ايده و تلاش در جهت برداشت اتوماتيك براساس نسبت انرژي ميانگين كوتاه مدت به انرژي ميانگين بلند مدت بود، كه ميتوان بر روي نگاشت يا برخي توابع مشخصه دادههاي لرزهاي اعمال شود
علاوه بر اين، تكنيكهاي ديگري مانند نظريه منطق فازي، آمار مرتبه بالاتر و تبديل موجك براي تعيين زمان رسيد فاز لرزهاي تعيين شدهاند. از تبديل موجك براي تشخيص و برداشت زمان رسيد چند فاز لرزهاي استفاده ميشود. آنانت و دووال]٧[ با اعمال تبديل موجك گسسته بر روي لرزهنگاشت سه مؤلفهاي براي شناسايي وروديهاي فاز P و S از رويدادهاي لرزهاي با استفاده از اطلاعات قطبش و دامنه موجود در ضرايب موجك استفاده كردند، هيراين و تايبيوليك ]٨[ از تبديل موجك پيوسته براي تعيين زمان رسيد سيگنالLg استفاده كردند
با اينكه پيشرفتهاي قابل توجهي در تئوري و جنبههاي رياضي تكنيكهاي تشخيص اتوماتيك فاز وجود دارد، اما هنوز يك روش جامع كه دقت مورد نياز را براي مطالعات لرزهاي به خوبي و با انواع دادههاي لرزهاي نشان دهد ارائه داده نشده. در اين مطالعه از تبديل موجك براي محاسبه زمان رسيد موج P استفاده شده است.
٢ روش تحقيق
آناليزه موجك روشي جديد در تحليل سيگنالها مي باشد در اين روش مسئله تقسيم سيگنال به بخشهاي مختلف با استفاده از مقياس گذاري و انتقال دادن يك تابع مادر حل ميشود. فرم تبديل موجك به صورت زير است:
در اينجا s و τ به ترتيب پارامترهاي مقياس و انتقال ميباشند. براي محاسبه زمان رسيد موج فشاري، تنها مؤلفه عمودي لرزهنگاشت در نظر گرفته ميشود. اولين موج فشاري تغيير ناگهاني را در دامنه، فاز و محتواي فركانسي ثبت شده توليد ميكند. مناسبترين موجك براي استفاده، موجكي است كه با شكل اولين رسيد در ركورد زلزله شباهت داشته باشد تا بتواند به بهترين نحو آن را تشخيص دهد، يك شروع ناگهاني با استفاده از يك موجك تيز بهتر شناسايي ميشود. بنابراين موجك انتخاب شده در اين مطالعه دابيچيز٢ است كه به اولين زمان رسيد موج P شبيهتر است. براي ارزيابي برداشت اتوماتيك فاز P اغلب از برداشت دستي استفاده ميشود زيرا زلزله شناسان هنوز بر اين اعتقاد هستند كه قابل اطمينانترين روش برداشت، برداشت دستي است
در اين مطالعه ابتدا بر روي يك ديتا مصنوعي تبديل موجك را اعمال و از آن پوش گرفته ميشود، و با روش گراديانگيري پنجرههاي متحرك جاي را كه تغييرات در ضرايب به وجود آمده محاسبه شده است. اين روند براي نگاشت مورد نظر با سطح S/N مختلف محاسبه شده است. نويز اعمال شده در اين مطالعه نويز سفيد است، با افزايش نويز مشاهده ميشود كه امكان تشخيص زمان رسيد كاهش مييابد - شكل١ و جدول ١ - . براي چنين مطالعهاي ابتدا تابع DF با انباشته سازي از پوش چند مقياسي از ضرايب تبديل موجك به صورت زير محاسبه ميشود:
كه در رابطه - ٣ - ws تبديل هيلبرت از ضرايب تبديل موجك است. گراديانگيري با استفاده از نسبت انرژي پنجره فعلي
نسبت به انرژي پنجره قبل و با استفاده از تابع DF و با استفاده از رابطه - ٤ - محاسبه ميگردد:
كه در رابطه - ٤ - l طول پنجره برهمبارش قبل و بعد از نقطه آزمون در τ است. در انتها براي بهينه كردن زمان رسيد اتوماتيك از ER1 بدست آمده مشتق گرفته شده در نتيجه تغييرات ناگهاني نشان دهنده زمان رسيد مي باشد - شكل
جدول١: ماكزيمم پيكها و اختلاف زمان رسيدها در نويزهاي مختلف شكل١: نمودار ماكزيمم پيكها بر حسب نويزكه با افزايش نويز يك روند كاهشي را دنبال ميكند.
الگوريتم برداشت اتوماتيك بر روي دادههاي كه شامل پنج زمينلرزه از شبكه Fnet ژاپن ميباشد، اعمال شده است. اين دادهها حدود ٤٠٠ نگاشت ميباشند كه مورد بررسي قرار گرفتهاند، كه ١٣٤ نگاشت عمودي از روي آنها انتخاب شده است. شرط انتخاب اين تريسها عدم گاف زماني بين آنها ، عدم اشباع دامنههايشان و قابليت برداشت دستي فازP جهت مقايسه ميباشد.
پس از انتخاب دادهها متوسط و روند خطي از آنها حذف ميگردد. براي جلوگيري از اثر فيلتر و همچنين در نظر گرفتن باند فركانسي گسترده در برداشت فاز هيچ فيلتري بر روي دادهها اعمال نشده است. تبديل موجك بر روي ١٣٤ نگاشت مولفه عمودي با استفاده از موجك مادر دابيجيز٢ اعمال شده و نتايج برداشت آن با برداشت دستي ارزيابي گشته است و نتايج به صورت نمونه در شكل - ٢ - آمده است.
همچنين خطاي برداشت دستي و برداشت اتوماتيك محاسبه شده است، كه نشان مي-دهد خطاي بين برداشت دستي و برداشت اتوماتيك توزيع گاوسي با متوسط صفر دارد ولي شايان ذكر است اين توزيع داراي تغييرات جانبي به سمت مثبت ميباشد كه اين نشان دهنده تأخير در تشخيص زمان رسيد فاز با استفاده از اين روش است كه يك خطاي سيستمي قابل تصحيح است. هيستوگرام اختلاف خطاي دستي و اتوماتيك را در شكل - ٣ - نمايش داده شده است. بيشينه مقدار در زمان رسيد موج P كه با موجك دابيچيز2 تجزيه و تحليل شده داراي مقداري كمتر از ٤.٠ ميباشد كه نشان دهنده يك آستانه براي تنظيم فاز برداري اتوماتيك با استفاده از اين روش ميباشد.
شكل ٢: الف- سيگنال اصلي ب- برداشتهاي دستي - خط چين - و اتوماتيك - نقطه چين - . ج- مقداربيشينه. د- CF ه- تبديل موجك
