數字地震學中地震相識別方法的研究

劉立波

摘要：本文概述了地震相識別用于地震預測方面的進展，提出了一種由地震相分類以區別沉積相的方法，在此基礎上著重討論了地震相識的分類識別問題，其中包括數據獲取，特征抽取以及分類方法。

關鍵詞：地震識別應用幾何形態地震剖面解釋沉積相識別

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，振幅、頻率、相位、同相軸以及反射結構等所限定的三維地震反射單元，它是特定沉積相或地質體的地震響應。地震相的分析和識別法有兩種，第一種是用“經典”識別法來判斷屬于何種地震相。第二種就是應用地震數據處理技術、計算機技術以及一定的數學公式計算方法對地震數據體進行分析和計算，提取出能夠反映沉積相變化的屬性參數，依據地震屬性參數空間變化來區分地震相。

2地震相劃分標準

2.1外部幾何形態外部幾何形態是一個重要的地震相標志。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構，因為外形的不同，也往往反映了完全不同的沉積環境。目前常見的外部形態包括席狀、席狀披蓋、楔形、灘形、透鏡狀、丘形、充填型等。

2.2內部反射結構根據內部反射結構又分為平行與亞平行反射結構（a）、發散反射結構（b）、前積反射結構（c）亂崗狀反射結構、雜亂狀反射結構、無反射。

3地震相識別法

3.1走時法在數字地震學中，運用走時法識別地震相是一個重要的方法，與模擬地震記錄不同的是，數字地震記錄可以很方便地在計算機上面繪出。而將地震記錄按照不同的比例畫出，并將其“疊映”在走時曲線上，或者依據走時數據庫，在地震圖上自動標出一些震相的可能位置，將使震相的識別變得極為方便。

3.2偏振分析法許多震相的識別依賴于偏振分析。對于三分量數字地震記錄，可以方便地進行偏振分析，并依據三分量地震圖畫出質點運動圖。在數字地震記錄中，這種操作方法不但變得簡便易行，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多的情況下，波形疊加的行為很難用直觀的方法來把握。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，可以有效地幫助進行震相識別。

合成地震圖方法的應用有兩種方法。定量方法和定性方法。“定量方法”就是通過調節震源參數和結構參數，使合成的震相的走時、振幅、波形都與觀測相符。在確切地論證一個震相的性質時往往需要這么做?！岸ㄐ苑椒ā眲t是用一系列合成地震圖組成一個地震剖面。在這一剖面上的地震圖的走時、振幅、波形等的細節未必都與實際地震圖相同，但是通過對這一剖面的整體的分析以及與實際地震圖的對照，仍可準確地指出實際記錄圖上哪個震相在什么位置。由于在分析實際地震圖時，對于地球內部結構、震源過程、場地效應和地震波傳播效應常常并沒有詳細的知識，所以在震相識別的工作中，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字地震記錄的分析中可以方便地進行地震波形的頻譜分析以對地震波形進行濾波處理，這對震相識別帶來極大的方便。因為很多震相都有它的優勢頻率，如一些在短周期地震儀上發育的震相在長周期地震儀上并不明顯；在長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，對寬頻帶地震記錄進行適當的濾波處理，就可以針對不同的頻段，研究不同的震相的性質。

通過濾波進行震相識別的研究包括兩方面。一方面是對數字地震記錄進行一系列帶通濾波，對濾波后的地震記錄進行分析。濾波往往可以起到突出的震相壓制其他信號的作用。另一方面是將每一時刻的地震記錄的頻譜成分畫出來，將單一的一道地震記錄畫成時間-頻譜坐標系中的三維圖。濾波方法中一個值得注意的問題是，在突出要研究的震相，壓制其他信號的同時，往往使要研究的震相發生畸變。其中影響最大的畸變是對一些非因果性的濾波器，濾波之后形成人為的“前驅震相”，這些人為的非因果性的信號并沒有任何物理意義。在有些情況下，這種非因果性對震相的識別和到時的量取影響很大，是分析中必須給予關注的。

3.5智能化方法由于數字地震記錄是以數字的形式存儲在計算機中的，通過對這一離散時間序列的分析和建模，以一些“智能化”的計算工具作為輔助，可以進行一些復雜震相的識別和一些簡單震相的快速常規識別。后者在地震快速反應中非常有用。用作輔助的計算工具，從模式識別方法到人工神經網絡方法，近年來的發展比較訊速。

4結語

地震相分析是進行沉積相研究的一種強有力的方法，震相的識別是地震學的一個重要問題。在目前一段時間內，它的研究工作具有非常重要的意義。從世界范圍說，地震預報仍處于探索階段，尚未完全掌握地震孕育發展的規律，因此地震相分析研究工作的突破對防震減災具有更大的意義。

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