[發(fā)明專利]基于地震波分解提取前兆信息的地震預測時域分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911214672.1
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN111443379A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何宗路
• 申請（專利權(quán)）人: 李想
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發(fā)明屬于地震預測技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于地震波分解提取前兆信息的地震預測時域分析方法，使用非線性自回歸整合NLARI過程對地震波在地殼介質(zhì)中傳播進行動力學建模，以及使用地震期全程數(shù)據(jù)對該動力學模型參數(shù)估計獲得反映該地震從開始的發(fā)育、中間的演化、直到結(jié)束的全過程的動力學參數(shù)時序列；基于NLARI過程建模地震波在地殼介質(zhì)中的傳播、通過模型參數(shù)分解地震波技術(shù)、提取先于應變的地殼應力和巖石摩擦力的初期變化信息，從時間和地點兩個層面進行地震預測。本發(fā)明提供了獲得反映地震期地殼動力學變化的參數(shù)時序列的地震波分解技術(shù)，為震后的地震發(fā)育和演化分析及余震預測提供了重要信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地震預測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于地震波分解提取前兆信息的地震預測時域分析方法。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：準確預測地震包括對地震發(fā)生的時間，地點上做到準確預報(下稱“準時準地預報地震”)，因為地點偏離，時間提前或延后，規(guī)模過大或過小的預報，都可能造成時間和財產(chǎn)上的浪費或傷亡人數(shù)增加。相關(guān)研究表明，提前3秒預警地震可以減少14％傷亡人數(shù)，提前10秒可減少39％傷亡，提前20秒可減少63％傷亡。地震是地殼中的被儲存的能量突然釋放產(chǎn)生的地震波所致。用地震儀測量的地震波是由P/S體波和面波組成的復合波，P波傳播速度最快，S波和面波傳播要慢一些，地震的破壞效應主要來自面波。利用P波預先到達的特性可以提前幾秒至幾十秒預警地震，但是靠近震中的區(qū)域震級很大卻沒有P波，使得這一方法的實際效果有限。目前，主流觀點認為地震預測是不可能的。

地震預測失敗的關(guān)鍵原因之一是地震波在介質(zhì)中傳播的動力學機制尚不清楚。目前地震模型主要是運動學模型，很少有動力學模型。動力學建模尚未取得實質(zhì)性進展有3個主要因素。一是地幔物質(zhì)流是否為板塊運動最可能的驅(qū)動力尚存在爭議。二是傳統(tǒng)地震學假設(shè)地震波是在固體連續(xù)的地殼介質(zhì)中傳播與事實不符。實際上地殼和地幔是由巖石層塊和其間斷層泥組成，這使得地震波在離散狀態(tài)的介質(zhì)中傳播。三是地震波傳播經(jīng)常被假設(shè)為完全彈性且無能量損失的過程。地震波傳播將導致摩擦，也可能產(chǎn)生熱消耗，所以地震波傳播是一個能量損失過程。最新的地震理論認為地震發(fā)生的機制不是地殼巖石破裂的彈性回跳，而是巖石的塑性滑移和巖塊運動的堵塞—解堵塞轉(zhuǎn)變。地震波在地下介質(zhì)傳播是一個非常復雜的非線性的時變過程，所以即使獲得地震波傳播模型，也難于獲得解析解。現(xiàn)有研究給出了無限平板中的波動方程的解只適用于遠離震中的地方。因此，很多研究只好在地震波傳播無能量損失這一不符合實際情況的假定下，對彈性波方程作各種數(shù)值方法(如有限元法)來獲得近似的震波場模擬和分析。

地震預測失敗的關(guān)鍵原因之二是如何正確測量地震大小還沒有答案。自Richter(1935)首次提出采用地震儀記錄的地震波振幅的對數(shù)作為地震(里氏)震級以來，震級如何定義吸引了眾多研究。一方面，地震震級被認為是地震本身大小的尺度，它由地震釋放出來的能量大小來決定，釋放出的能量愈大，則震級愈大。另一方面地震震級由地震儀記錄的震波的最大振幅來確定的，這實際上把不同概念的地震釋放的能量與地震波的振幅當成了一回事。地震大小很難由單一參數(shù)來完全表達。

地震預測失敗的關(guān)鍵原因之三是沒有找到正確提取地震前兆信息的方法。不僅正確理解地震孕育和演化過程及發(fā)生機理有助于地震預測，而且獲知地殼破裂開始前夕在斷層上的初始應力和摩擦力的重要參數(shù)將大幅提高地震預測能力。傳統(tǒng)的基于傅里葉變換的頻率分析并不能成功分解地震波來獲取地震前兆信息。

地震波在地殼介質(zhì)中傳播是一個典型的非線性非完全彈性的離散過程。近年基于牛頓運動第二定律在隨機非線性彈性系統(tǒng)的應用導出一類非線性自回歸整合(NLARI)過程。NLARI過程適用于完全或非完全彈性的離散過程。當一物體受到一個外力或外部干擾，一個與低速運動方向相反的阻力、具有一個1的時間延遲，一個使系統(tǒng)重返或重建平衡位置的恢復力。那么該物體的動態(tài)可由如下NLARI過程所描述：