極淺層震測資料之時頻譜分析

Abstract

極淺層震波數據本質上因受到空氣波(air wave)、空氣耦合波(air-coupled wave) 、地滾波(ground-roll wave)及折射波(refraction wave)等相參性雜波影響往往使反射的信號受到干擾。若是在都市中施測，伴隨而來的文化背景噪音如交通、施工等雜訊，更使得數據資料品質低落，增加資料處理上的困難。本研究擬以短視窗傅立葉轉換(Short time Fourier transform)、小波轉換(Wavelet transform)與希伯特-黃轉換(Hilbert-Huang transform，簡稱HHT)等方法對極淺層震波資料作時頻譜分析，並解析各轉換方法所得之時頻譜的優劣與可信度，了解信號所代表意義。 本研究先以模擬方法證實方法之可行性，並做實際的野外探勘案例測試。研究案例取車籠埔斷層南段之竹山槽溝震測數據，以各分析方法轉換比對，所得結果顯示：希伯特-黃轉換之時頻譜圖除了能夠更清楚的顯示能量與時頻之間的關係外，更能夠清楚具體的顯示信號的分佈。以波間頻率調制(interwave frequency modulation)及波內頻率調制(intrawave frequency modulation) 的概念去解釋非線性信號，避免使用無實際物理意義諧和波來表示非線性和非穩態的信號。以竹山槽溝共深點炸測法數據分析結果第十八炸點第十七條跡線為例，短視窗傅立葉轉換結果可以分出三個高區，即波間頻率調制，但解析度並不理想，而小波轉換之時間解析度較短視窗傅立葉轉換佳，在scale 64的附近還可以看出諧和波(harmonic wave)的存在。希伯特-黃轉換時間解析與頻率解析度皆優於上述兩種方法，在時間0.05秒處可以清楚分析出兩個頻率的存在稱之波內頻率調制，這是短視窗傅立葉轉換與小波轉換皆無法分辨的信號。希伯特-黃轉換在信號解析度表現出優越的解析能力，在實際野外案例中更可以清楚分析出真正成份波的存在。