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ISSN 2096-7780 CN 10-1665/P

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基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析

梁宏 朱永莉 李大虎 刘雪梅 陈学芬 黄雪影 赵晶

梁宏, 朱永莉, 李大虎, 刘雪梅, 陈学芬, 黄雪影, 赵晶. 基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析[J]. 地震科学进展, 2019, (7): 9-16. doi: 10.3969/j.issn.0253-4975.2019.07.003
引用本文: 梁宏, 朱永莉, 李大虎, 刘雪梅, 陈学芬, 黄雪影, 赵晶. 基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析[J]. 地震科学进展, 2019, (7): 9-16. doi: 10.3969/j.issn.0253-4975.2019.07.003
Hong Liang, Yongli Zhu, Dahu Li, Xuemei Liu, Xuefen Chen, Xueying Huang, Jing Zhao. Time-frequency analysis of Jiuzhaigou M7.0 seismic acceleration record based on Hilbert-Huang transform[J]. Progress in Earthquake Sciences, 2019, (7): 9-16. doi: 10.3969/j.issn.0253-4975.2019.07.003
Citation: Hong Liang, Yongli Zhu, Dahu Li, Xuemei Liu, Xuefen Chen, Xueying Huang, Jing Zhao. Time-frequency analysis of Jiuzhaigou M7.0 seismic acceleration record based on Hilbert-Huang transform[J]. Progress in Earthquake Sciences, 2019, (7): 9-16. doi: 10.3969/j.issn.0253-4975.2019.07.003

基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析

doi: 10.3969/j.issn.0253-4975.2019.07.003
基金项目: 四川省留学回国人员科技活动项目(201949)和四川省地震局地震科技创新团队(201804)共同资助。
详细信息
    通讯作者:

    梁宏,e-mail:583108668@qq.com

  • 中图分类号: P315.63

Time-frequency analysis of Jiuzhaigou M7.0 seismic acceleration record based on Hilbert-Huang transform

  • 摘要: 2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震是继2008年汶川M8.0地震和2013年芦山M7.0地震之后,青藏高原东缘在不到10年的时间内发生的第3个震级M7.0以上的强震,震中位于青藏高原巴颜喀拉块体东缘东昆仑断裂带东端的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇部位,四川省地震局的数字强震台网共有37个台站获取了主震的三分量强震加速度记录。由于傅里叶(Fourier)变换仅能提供强震记录的频域信息,故本文在对九寨沟M7.0地震的加速度记录进行时频分析时采用了一种基于聚类经验模态分解(EEMD)的希尔伯特-黄变换(HHT)方法提取信号时频特性,通过对震中附近台站的加速度记录进行EEMD分解和希尔伯特(Hilbert)变换及谱分析,最终有效获得了信号能量的时频分布特征,量化提取了中心频率、Hilbert能量、最大振幅对应的时间等特性,并与Fourier变换进行了对比研究。研究结果表明:对于非线性的强震记录采用EEMD能够有效抑制经验模态分解(EMD)中存在的模态混叠问题,FFT谱与Hilbert边际谱相比,它在低频处会低估地震动的幅值,随着频率的增加,FFT谱又会放大其幅值。

     

  • 图  1  区域地震构造与强震台站分布图

    图  2  九寨勿角台三分量加速度记录

    图  3  基于EEMD分解得到的IMF各个分量

    图  4  Hilbert边际谱与傅里叶谱对比

    (a)九寨勿角台EW向; (b)九寨勿角台SN向; (c)九寨勿角台UD向; (d)九寨白河台EW向; (e)九寨永丰台EW向

    图  5  不同震中距台站记录的HHT时频谱

    (a)九寨白河台; (b)九寨勿角台

    图  6  HHT瞬时能量谱

    (a)九寨白河台EW向; (b)九寨白河台SN向; (c)九寨白河台UD向; (d)九寨勿角台EW向; (e)九寨勿角台SN向; (f)九寨勿角台UD向

    图  7  HHT能量谱

    (a)九寨白河台EW向; (b)九寨白河台SN向; (c)九寨勿角台EW向; (d)九寨勿角台SN向

    表  1  IMF分量统计特征值

    模态分量平均周期/s最大振幅/cm•s–2中心频率/Hz最大振幅对应
    的时间/s
    IMF1(C1)0.208 561.769 14.309 327.655 0
    IMF2(C2)0.099 223.501 69.595 327.690 0
    IMF3(C3)0.128 241.770 88.106 028.670 0
    IMF4(C4)0.220 829.159 44.297 134.160 0
    IMF5(C5)0.335 017.057 32.704 031.575 0
    IMF6(C6)0.555 14.223 701.880 023.805 0
    IMF7(C7)1.201 13.444 501.196 432.105 0
    IMF8(C8)2.558 23.950 600.439 529.795 0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-08
  • 修回日期:  2019-01-24
  • 刊出日期:  2019-07-01

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