地震模型

1. 地震模型

我记得安徽大学计算机系以前做过一个“神经网络”的地震模型，有数学建模、编程的部分，但是都是根据地震三要素做的，没有使用到前兆数据。不过你可以参考一下。
目前还没见过根据前兆数据写的数学模型，根据地震三要素写的倒是有，地震自律性（震级序列门限建模）、拟合多项式建模

2. 地震地质建模

淮南顾桥勘探区域新生界第四系地层的胶结程度较差，吸收作用严重，比较接近黏弹性介质。地震波在黏弹性介质中传播时，高频部分被强烈吸收，地表附近激发的地震波在地球介质较深处传播时表现为低频，即长波长。野外地震观测和实验室研究发现，层状介质中传播的地震波的波速呈现出明显的各向异性现象。最明显的表现为，地球介质中平行岩层面的波速在许多情况下都要高于垂直于岩层分界面传播的速度。
对于类似于煤系地层的沉积地层来说，在沉积物胶结成岩的过程中，会形成很多具有薄互层结构的沉积岩体，如砂泥岩薄互层、煤矸互层等。这些薄层在测井的分辨率上可以看成是一种各向同性的介质；但是在地震频带内，一个地震波长范围内包括了多个薄层，此时用基于各向同性的常规地震技术对地质体进行研究必然会导致认识上的误差，所以建立接近煤系地层的地震地质模型必须基于各向异性理论。由于成层的沉积与重力压实作用，煤系地层可以看成一种特殊的各向异性介质：横向各向同性介质，简称TI（Transverse Isotropy）介质。由于受到区域构造应力的作用，TI介质可以根据对称轴的方向划分为图1.6所示的3种类型：具有垂直对称轴的VTI（Vertical Transverse Isotropy）介质、具有水平对称轴的HTI（Horizontal Transverse Isotropy）介质和具有倾斜对称轴的TTI（Tilt Transverse Isotropy）介质。

图1.6 不同对称轴的TI介质示意图

当研究沉积岩体时，TI介质可以近似地用来表示水平层状介质中周期性沉积的薄互层所表现的各向异性，所以这种介质也可称为各向异性介质PTL（Periodic Thin-Layer）。在VTI介质中，地震波的传播速度与方位无关，可称为方位各向同性介质。当地层中存在较强的水平应力时，岩层中会发育定向排列的垂直裂缝，这种岩层可以用HTI介质来描述。由于介质中裂缝诱导的TI特性反映了水平地应力的方位与强度信息，这种TI介质也被称为泛张各向异性介质EDA（Extensive Dilatancy Anisotropy）或方位各向异性介质。如图1.7所示，煤层是一种抗压（抗拉）程度较差的介质，地应力的存在会导致煤层中裂隙的广泛发育，所以煤层是一种典型的EDA介质。

图1.7 具有EDA特征的煤层

综合以上分析，本次试验区的地层可以用黏弹性、VTI、EDA以及各向同性介质的组合进行描述，建立的模型如图1.8所示。松散的第四系覆盖层近似黏弹性介质，对地震高频的吸收作用强；整套煤系地层可以看成VTI介质与EDA介质的互层，各向异性特征较为复杂；1煤下方的灰岩与砂岩较厚，岩性单一，可以看成是各向同性介质。在这种各向异性地震模型中，地震波会发生复杂的波形转换与极化偏振；而基于各向同性地震理论的常规三维地震采用单分量检波器接收反射波场，获得的只是三维空间局部振动的投影，难以记录真实、足够反映地下各向异性信息的波场。所以解决这种复杂各向异性地质体的勘探难题需要立足于各向异性地震理论。
3D3C地震勘探在三维观测系统中，用3个分量接收地下的反射波场，能够获得完整的地震波矢量信息，为研究地下的各向异性提供了充分的数据来源。对3D3C地震数据进行解释与反演时，才能够提取真实可靠的各向异性信息，为煤系地层地震地质模型的重构提供依据。

图1.8 试验区典型地震地质模型

3. 地震地质模型基本分类

地震勘探的区域主要是沉积岩地区，相对火成岩、变质岩地区而言，沉积岩具有沉积稳定，横向变化缓慢，成层性好的特点。经多次地壳运动，使地层出现各种各样的褶皱、断裂、剥蚀、风化等地质现象，从而导致相对简单的地质结构有时会变得异常复杂。为使问题可解，有必要从实际地质介质的性质、结构、成分、形状等特征出发，在不同假设条件下，对地质结构分类，建立不同的地震地质模型，使问题得以简化。
8.1.1 理想弹性介质、粘弹性介质和塑性介质
理想弹性介质：当介质受外力后立即发生形变，而外力消失后立即完全恢复为原来状态的介质称为理想弹性介质，也称为完全弹性介质，或完全弹性体。波在完全弹性介质中传播时无能量损耗，有能量损耗则为非理想弹性介质。
粘弹性介质：当地震波在非理想弹性介质中传播时，要发生能量转换，如动能变成热能。这时地震波的能量要损耗，这种现象称为介质对弹性波的吸收作用。其原因主要是介质颗粒间的内摩擦力，这种内摩擦力也称为粘滞力，因此称这种非理想弹性介质为粘弹性介质。当粘弹性介质受外力后不是立即发生形变，而是在一定时间内发生形变，外力消失后也不是立即恢复原状，而是通过一段时间才能恢复原状。在自然界中这种介质是大量存在的。
塑性介质：当介质受外力后发生形变，而外力消失后不能完全恢复原状，这种现象称为塑性形变，能发生塑性形变的介质称为塑性介质（注：是否为塑性介质主要与外力大小、力的作用时间和介质弹性限度有关）。
8.1.2 各向同性介质和各向异性介质
凡介质的弹性性质与空间方向无关的介质称为各向同性介质，反之则称为各向异性介质。岩石弹性性质的方向性取决于组成岩石的矿物质点的空间方向性及矿物质点的排列结构和岩石成分，矿物质点的方向性又由矿物结晶体的结构决定。由于矿物晶体的粒度远远小于地震波波长，因此晶体引起的各向异性可被忽略，而引起介质各向异性的主要因素是矿物质点的排列结构。
8.1.3 均匀介质、层状介质和连续介质
介质的均匀性和非均匀性取决于弹性性质随空间的分布，特别是表现在由弹性性质决定的波传播速度的空间分布上。
均匀介质：指在空间每个点上速度相同的介质，亦即速度不随空间坐标的变化而变化的介质为均匀介质。反之，若速度随空间坐标的变化而变化的介质为非均匀介质。
层状介质：当非均匀介质中介质的性质表现出成层性，在层内是均匀的，则称为层状介质。层状介质模型具有很大的实际意义，因为沉积岩地区岩石一般都具有很好的成层性。
连续介质：当层状介质中的层厚度无限减小，层数无限增加，这时速度随深度连续变化。这种介质称为连续介质。如果地下存在好几套岩性不同的地层，而每一套地层又为连续介质，则称这种介质为层状连续介质。
8.1.4 单相介质和双相介质
单相介质：仅考虑单一性质岩相的介质称为单相介质。
双相介质：实际上许多岩石往往由两部分组成，一部分是构成岩石的骨架，称为基质；另一部分是由各种流体（或气体）充填的孔隙。同时考虑岩石骨架和孔隙中的充填物两种相态构成的岩石称为双相介质。

4. 地震分析 地震原因分析

1、地震是由于地球在无休止地自转和公转，其内部物质也在不停地进行分异，所以，围绕在地球表面的地壳，或者说岩石圈也在不断地生成、演变和运动，造成了地震。
 
 2、构造地震：是由于岩层断裂，发生变位错动，在地质构造上发生巨大变化而产生的地震，所以叫做构造地震，也叫断裂地震。
 
 3、火山地震：是由火山爆发时所引起的能量冲击，而产生的地壳振动。火山地震有时也相当强烈。但这种地震所波及的地区通常只限于火山附近的几十公里远的范围内，而且发生次数也较少，只占地震次数的7%左右，所造成的危害较轻。
 
 4、陷落地震：由于地层陷落引起的地震。这种地震发生的次数更少，只占地震总次数的3%左右，震级很小，影响范围有限，破坏也较小。

5. 地震原因 地震原因分析

1、引起地震的主要原因是地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿以及板块内部产生错动和破裂。地震是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震开始发生的地点称为震源，震源正上方的地面称为震中。
 
 2、极震区是破坏性地震的地面振动最烈处，一般是震中所在的地区。
 
 3、地震通常造成严重人员伤亡，可能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还有可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。