一种地震破裂模式识别方法及系统与流程

本发明涉及地震监测，更具体的说是涉及一种地震破裂模式识别方法及系统。

背景技术：

1、地震破裂过程的反演研究是震源运动学研究的核心，其研究成果为震源物理乃至地震物理的研究提供实证，逐渐成为认识震源动力学机制、进而减灾防灾的重要技术途径。

2、其中，地震破裂分为中小地震破裂与大地震破裂；且中小地震与大地震不同，虽然也可以采用线性反演方法，或非线性反演方法；但与大地震相比，其破裂过程持续时间更短、破裂面积更小；因此，在研究中小地震时，需要使用更高频率的观测资料，以及将断层面划分为更小的子断层；以保证破裂过程图像的时空分辨率，能够更清晰地看到破裂过程的细节和变化。

3、但高频率数据可能包含更多的噪声，这些噪声会影响反演结果的准确性；同时将断层面划分为更小的子断层意味着需要估计更多的参数，不仅增加了反演问题的复杂性，而且由于可用的观测数据有限，可能无法唯一确定所有参数的值，从而增加反演结果的非唯一性。

4、此外，在进行反演时，通常需要引入先验信息来约束解的范围。对于更小的子断层，可能需要更强的先验约束来稳定问题，但这些先验信息也可能会影响最终结果，从而使得结果更多地依赖于所选择的先验模型而不是实际的数据。

5、因此，如何克服上述问题是本领域技术人员当前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为降低反演结果的不确定性和非唯一性，本发明提供了一种适用于反演中小地震破裂过程且可用于破裂模式识别的新方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种地震破裂模式识别方法，包括：

4、确定裂纹模式下滑动率函数和脉冲模式下滑动率函数；

5、基于裂纹模式下滑动率函数和脉冲模式下滑动率函数，结合地震观测数据，对地震破裂过程进行反演，得到裂纹模式下子断层滑动率函数幅值和脉冲模式下子断层滑动率函数幅值；

6、根据裂纹模式下子断层滑动率函数幅值和脉冲模式下子断层滑动率函数幅值对地震破裂模式进行识别。

7、作为优选，按如下公式对地震破裂过程进行反演；

8、

9、式中，u(x,t)表示台站观测数据，gk(x,t)表示经验格林函数，表示裂纹模式滑动率函数，表示脉冲模式滑动率函数，表示裂纹模式下子断层滑动率函数幅值，表示脉冲模式下子断层滑动率函数幅值，k表示子断层个数。

10、作为优选，对地震破裂模式进行识别，包括：

11、根据裂纹模式下子断层滑动率函数幅值确定裂纹标量地震矩，根据脉冲模式下子断层滑动率函数幅值确定脉冲标量地震矩，并按如下步骤基于裂纹标量地震矩和脉冲标量地震矩识别地震破裂模式；

12、当裂纹标量地震矩与总标量地震矩的比值不小于2/3或脉冲标量地震矩与总标量地震矩的比值不大于1/3时，地震破裂为裂纹模式；

13、当裂纹标量地震矩与总标量地震矩的比值不大于1/3或脉冲标量地震矩与总标量地震矩的比值不小于2/3时，地震破裂为脉冲模式；

14、当裂纹标量地震矩与总标量地震矩的比值大于1/3且小于2/3，或脉冲标量地震矩与总标量地震矩的比值大于1/3且小于2/3时，地震破裂为混合型。

15、作为优选，对裂纹模式下滑动率函数与对应子断层滑动率函数幅值的乘积进行积分，得到裂纹标量地震矩；

16、以及对脉冲模式下滑动率函数与对应子断层滑动率函数幅值的乘积进行积分，得到脉冲标量地震矩。

17、其中，总标量地震矩是给定的先验信息，来自于震源机制解。

18、作为优选，对地震破裂过程进行成像，包括：

19、基于裂纹标量地震矩和脉冲标量地震矩对地震破裂分量进行成像；

20、以及根据裂纹模式下子断层滑动率函数幅值和脉冲模式下子断层滑动率函数幅值，确定地震破裂实时滑动率函数，基于所述地震破裂实时滑动率函数对断层面上滑动分布进行成像；

21、其中，对滑动分布进行成像时，是先对地震破裂实时滑动率函数进行积分，得到滑动量，而后根据滑动量对断层面上滑动分布进行成像；具体如下：

22、

23、式中，dk表示断层面上第k个子断层的滑动量，sk(t)表示第k个子断层的实时滑动率函数，μ表示介质剪切模量，ak表示第k个子断层的面积。

24、作为优选，根据如下公式确定地震破裂实时滑动率函数：

25、

26、式中，表示裂纹模式滑动率函数，表示脉冲模式滑动率函数，表示裂纹模式下子断层滑动率函数幅值，表示脉冲模式下子断层滑动率函数幅值，k表示子断层个数。

27、作为优选，通过yoffe函数确定裂纹模式下滑动率函数和脉冲模式下滑动率函数。

28、另一方面，本发明提供了一种地震破裂模式识别成像系统，包括：

29、滑动率函数预设单元，用于确定裂纹模式下滑动率函数和脉冲模式下滑动率函数；

30、地震破裂反演单元，用于基于所述裂纹模式下滑动率函数和所述脉冲模式下滑动率函数，结合地震观测数据，对地震破裂过程进行反演，得到裂纹模式下子断层滑动率函数幅值和脉冲模式下子断层滑动率函数幅值；

31、地震破裂模式识别单元，用于根据裂纹模式下子断层滑动率函数幅值和脉冲模式下子断层滑动率函数幅值对地震破裂模式进行识别。

32、作为优选，地震破裂反演单元中，按如下公式对地震破裂过程进行反演；

33、

34、式中，u(x,t)表示台站观测数据，gk(x,t)表示经验格林函数，表示裂纹模式滑动率函数，表示脉冲模式滑动率函数，表示裂纹模式下子断层滑动率函数幅值，表示脉冲模式下子断层滑动率函数幅值，k表示子断层个数。

35、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种地震破裂模式识别方法及系统，通过引入地震破裂具有的裂纹模式和脉冲模式的典型特征，对中小地震破裂过程进行反演，并根据反演结果识别地震破裂模式。本发明不仅可以大大降低反演结果的不确定性、减小反演结果的非唯一性，还可同时得到稳定可靠的中小地震破裂过程图像，以及中小地震的破裂模式。

技术特征：

1.一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，按如下公式对地震破裂过程进行反演；

3.根据权利要求1所述的一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，对地震破裂模式进行识别，包括：

4.根据权利要求3所述的一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，对裂纹模式下子断层滑动率函数幅值与裂纹模式下滑动率函数的乘积进行积分，得到裂纹标量地震矩；

5.根据权利要求4所述的一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，根据如下公式确定地震破裂实时滑动率函数：

7.根据权利要求1所述的一种地震破裂模式识别方法，其特征在于，通过yoffe函数确定裂纹模式下滑动率函数和脉冲模式下滑动率函数。

8.一种地震破裂模式识别系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种地震破裂模式识别系统，其特征在于，地震破裂反演单元中，按如下公式对地震破裂过程进行反演；

技术总结本发明系一种地震破裂模式识别方法及系统，涉及地震监测领域。本申请提出了考虑地震破裂动力学特征对中小地震破裂过程进行反演的方法，并依据反演结果公开了地震破裂模式的识别方法。本发明公开的地震破裂模式识别方法，用于判定中小地震的破裂模式，并能有效降低现有技术中反演结果的不确定性和非唯一性。技术研发人员：张旭,许力生受保护的技术使用者：中国地震局地球物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/5