數(shù)字地震學(xué)中地震相識(shí)別方法的研究

劉立波

摘要：本文概述了地震相識(shí)別用于地震預(yù)測(cè)方面的進(jìn)展，提出了一種由地震相分類以區(qū)別沉積相的方法，在此基礎(chǔ)上著重討論了地震相識(shí)的分類識(shí)別問(wèn)題，其中包括數(shù)據(jù)獲取，特征抽取以及分類方法。

關(guān)鍵詞：地震識(shí)別應(yīng)用幾何形態(tài)地震剖面解釋沉積相識(shí)別

1地震相的定義

地震相是指沉積物（巖層）在地震剖面圖上所反映的主要特征的總和。地震相是由地震反射參數(shù)，振幅、頻率、相位、同相軸以及反射結(jié)構(gòu)等所限定的三維地震反射單元，它是特定沉積相或地質(zhì)體的地震響應(yīng)。地震相的分析和識(shí)別法有兩種，第一種是用“經(jīng)典”識(shí)別法來(lái)判斷屬于何種地震相。第二種就是應(yīng)用地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及一定的數(shù)學(xué)公式計(jì)算方法對(duì)地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行分析和計(jì)算，提取出能夠反映沉積相變化的屬性參數(shù)，依據(jù)地震屬性參數(shù)空間變化來(lái)區(qū)分地震相。

2地震相劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.1外部幾何形態(tài)外部幾何形態(tài)是一個(gè)重要的地震相標(biāo)志。不同的沉積體或沉積體系，在外形上是有差別的，即使是相似的反射結(jié)構(gòu)，因?yàn)橥庑蔚牟煌餐从沉送耆煌某练e環(huán)境。目前常見(jiàn)的外部形態(tài)包括席狀、席狀披蓋、楔形、灘形、透鏡狀、丘形、充填型等。

2.2內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)根據(jù)內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)又分為平行與亞平行反射結(jié)構(gòu)（a）、發(fā)散反射結(jié)構(gòu)（b）、前積反射結(jié)構(gòu)（c）亂崗狀反射結(jié)構(gòu)、雜亂狀反射結(jié)構(gòu)、無(wú)反射。

3地震相識(shí)別法

3.1走時(shí)法在數(shù)字地震學(xué)中，運(yùn)用走時(shí)法識(shí)別地震相是一個(gè)重要的方法，與模擬地震記錄不同的是，數(shù)字地震記錄可以很方便地在計(jì)算機(jī)上面繪出。而將地震記錄按照不同的比例畫(huà)出，并將其“疊映”在走時(shí)曲線上，或者依據(jù)走時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，在地震圖上自動(dòng)標(biāo)出一些震相的可能位置，將使震相的識(shí)別變得極為方便。

3.2偏振分析法許多震相的識(shí)別依賴于偏振分析。對(duì)于三分量數(shù)字地震記錄，可以方便地進(jìn)行偏振分析，并依據(jù)三分量地震圖畫(huà)出質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圖。在數(shù)字地震記錄中，這種操作方法不但變得簡(jiǎn)便易行，而且精度和可靠性也是很高的。

3.3合成地震圖方法在相當(dāng)多的情況下，波形疊加的行為很難用直觀的方法來(lái)把握。在一相震相“混雜”在一起的情況下就更是如此。使用合成地震圖方法，可以有效地幫助進(jìn)行震相識(shí)別。

合成地震圖方法的應(yīng)用有兩種方法。定量方法和定性方法。“定量方法”就是通過(guò)調(diào)節(jié)震源參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，使合成的震相的走時(shí)、振幅、波形都與觀測(cè)相符。在確切地論證一個(gè)震相的性質(zhì)時(shí)往往需要這么做。“定性方法”則是用一系列合成地震圖組成一個(gè)地震剖面。在這一剖面上的地震圖的走時(shí)、振幅、波形等的細(xì)節(jié)未必都與實(shí)際地震圖相同，但是通過(guò)對(duì)這一剖面的整體的分析以及與實(shí)際地震圖的對(duì)照，仍可準(zhǔn)確地指出實(shí)際記錄圖上哪個(gè)震相在什么位置。由于在分析實(shí)際地震圖時(shí)，對(duì)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、震源過(guò)程、場(chǎng)地效應(yīng)和地震波傳播效應(yīng)常常并沒(méi)有詳細(xì)的知識(shí)，所以在震相識(shí)別的工作中，定性方法以及介于定性方法和定量方法之間的方法，反而有更廣泛的用途。

3.4頻譜分析方法和濾波方法在數(shù)字地震記錄的分析中可以方便地進(jìn)行地震波形的頻譜分析以對(duì)地震波形進(jìn)行濾波處理，這對(duì)震相識(shí)別帶來(lái)極大的方便。因?yàn)楹芏嗾鹣喽加兴膬?yōu)勢(shì)頻率，如一些在短周期地震儀上發(fā)育的震相在長(zhǎng)周期地震儀上并不明顯；在長(zhǎng)周期地震儀上一些很清楚的震相在短周期地震儀上振幅很小。這樣，對(duì)寬頻帶地震記錄進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波處理，就可以針對(duì)不同的頻段，研究不同的震相的性質(zhì)。

通過(guò)濾波進(jìn)行震相識(shí)別的研究包括兩方面。一方面是對(duì)數(shù)字地震記錄進(jìn)行一系列帶通濾波，對(duì)濾波后的地震記錄進(jìn)行分析。濾波往往可以起到突出的震相壓制其他信號(hào)的作用。另一方面是將每一時(shí)刻的地震記錄的頻譜成分畫(huà)出來(lái)，將單一的一道地震記錄畫(huà)成時(shí)間-頻譜坐標(biāo)系中的三維圖。濾波方法中一個(gè)值得注意的問(wèn)題是，在突出要研究的震相，壓制其他信號(hào)的同時(shí)，往往使要研究的震相發(fā)生畸變。其中影響最大的畸變是對(duì)一些非因果性的濾波器，濾波之后形成人為的“前驅(qū)震相”，這些人為的非因果性的信號(hào)并沒(méi)有任何物理意義。在有些情況下，這種非因果性對(duì)震相的識(shí)別和到時(shí)的量取影響很大，是分析中必須給予關(guān)注的。

3.5智能化方法由于數(shù)字地震記錄是以數(shù)字的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的，通過(guò)對(duì)這一離散時(shí)間序列的分析和建模，以一些“智能化”的計(jì)算工具作為輔助，可以進(jìn)行一些復(fù)雜震相的識(shí)別和一些簡(jiǎn)單震相的快速常規(guī)識(shí)別。后者在地震快速反應(yīng)中非常有用。用作輔助的計(jì)算工具，從模式識(shí)別方法到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，近年來(lái)的發(fā)展比較訊速。

4結(jié)語(yǔ)

地震相分析是進(jìn)行沉積相研究的一種強(qiáng)有力的方法，震相的識(shí)別是地震學(xué)的一個(gè)重要問(wèn)題。在目前一段時(shí)間內(nèi)，它的研究工作具有非常重要的意義。從世界范圍說(shuō)，地震預(yù)報(bào)仍處于探索階段，尚未完全掌握地震孕育發(fā)展的規(guī)律，因此地震相分析研究工作的突破對(duì)防震減災(zāi)具有更大的意義。

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