数字地震学中地震相识别方法的研究

刘立波

摘要：本文概述了地震相识别用于地震预测方面的进展，提出了一种由地震相分类以区别沉积相的方法，在此基础上着重讨论了地震相识的分类识别问题，其中包括数据获取，特征抽取以及分类方法。

关键词：地震识别应用几何形态地震剖面解释沉积相识别

1地震相的定义

地震相是指沉积物（岩层）在地震剖面图上所反映的主要特征的总和。地震相是由地震反射参数，振幅、频率、相位、同相轴以及反射结构等所限定的三维地震反射单元，它是特定沉积相或地质体的地震响应。地震相的分析和识别法有两种，第一种是用“经典”识别法来判断属于何种地震相。第二种就是应用地震数据处理技术、计算机技术以及一定的数学公式计算方法对地震数据体进行分析和计算，提取出能够反映沉积相变化的属性参数，依据地震属性参数空间变化来区分地震相。

2地震相划分标准

2.1外部几何形态外部几何形态是一个重要的地震相标志。不同的沉积体或沉积体系，在外形上是有差别的，即使是相似的反射结构，因为外形的不同，也往往反映了完全不同的沉积环境。目前常见的外部形态包括席状、席状披盖、楔形、滩形、透镜状、丘形、充填型等。

2.2内部反射结构根据内部反射结构又分为平行与亚平行反射结构（a）、发散反射结构（b）、前积反射结构（c）乱岗状反射结构、杂乱状反射结构、无反射。

3地震相识别法

3.1走时法在数字地震学中，运用走时法识别地震相是一个重要的方法，与模拟地震记录不同的是，数字地震记录可以很方便地在计算机上面绘出。而将地震记录按照不同的比例画出，并将其“叠映”在走时曲线上，或者依据走时数据库，在地震图上自动标出一些震相的可能位置，将使震相的识别变得极为方便。

3.2偏振分析法许多震相的识别依赖于偏振分析。对于三分量数字地震记录，可以方便地进行偏振分析，并依据三分量地震图画出质点运动图。在数字地震记录中，这种操作方法不但变得简便易行，而且精度和可靠性也是很高的。

3.3合成地震图方法在相当多的情况下，波形叠加的行为很难用直观的方法来把握。在一相震相“混杂”在一起的情况下就更是如此。使用合成地震图方法，可以有效地帮助进行震相识别。

合成地震图方法的应用有两种方法。定量方法和定性方法。“定量方法”就是通过调节震源参数和结构参数，使合成的震相的走时、振幅、波形都与观测相符。在确切地论证一个震相的性质时往往需要这么做。“定性方法”则是用一系列合成地震图组成一个地震剖面。在这一剖面上的地震图的走时、振幅、波形等的细节未必都与实际地震图相同，但是通过对这一剖面的整体的分析以及与实际地震图的对照，仍可准确地指出实际记录图上哪个震相在什么位置。由于在分析实际地震图时，对于地球内部结构、震源过程、场地效应和地震波传播效应常常并没有详细的知识，所以在震相识别的工作中，定性方法以及介于定性方法和定量方法之间的方法，反而有更广泛的用途。

3.4频谱分析方法和滤波方法在数字地震记录的分析中可以方便地进行地震波形的频谱分析以对地震波形进行滤波处理，这对震相识别带来极大的方便。因为很多震相都有它的优势频率，如一些在短周期地震仪上发育的震相在长周期地震仪上并不明显；在长周期地震仪上一些很清楚的震相在短周期地震仪上振幅很小。这样，对宽频带地震记录进行适当的滤波处理，就可以针对不同的频段，研究不同的震相的性质。

通过滤波进行震相识别的研究包括两方面。一方面是对数字地震记录进行一系列带通滤波，对滤波后的地震记录进行分析。滤波往往可以起到突出的震相压制其他信号的作用。另一方面是将每一时刻的地震记录的频谱成分画出来，将单一的一道地震记录画成时间-频谱坐标系中的三维图。滤波方法中一个值得注意的问题是，在突出要研究的震相，压制其他信号的同时，往往使要研究的震相发生畸变。其中影响最大的畸变是对一些非因果性的滤波器，滤波之后形成人为的“前驱震相”，这些人为的非因果性的信号并没有任何物理意义。在有些情况下，这种非因果性对震相的识别和到时的量取影响很大，是分析中必须给予关注的。

3.5智能化方法由于数字地震记录是以数字的形式存储在计算机中的，通过对这一离散时间序列的分析和建模，以一些“智能化”的计算工具作为辅助，可以进行一些复杂震相的识别和一些简单震相的快速常规识别。后者在地震快速反应中非常有用。用作辅助的计算工具，从模式识别方法到人工神经网络方法，近年来的发展比较讯速。

4结语

地震相分析是进行沉积相研究的一种强有力的方法，震相的识别是地震学的一个重要问题。在目前一段时间内，它的研究工作具有非常重要的意义。从世界范围说，地震预报仍处于探索阶段，尚未完全掌握地震孕育发展的规律，因此地震相分析研究工作的突破对防震减灾具有更大的意义。

参考文献：

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