地震方法研究

‘壹’ 什么是地震危险性分析，它包含哪些主要研究内容

地震危险性分析是指在未来不同年限下，对工程建设场地可能遭受到的地震影响程度作出科学评价的工作。该项工作实在对工程建设场地所在的地震与地质环境条件进行详细研究分析的基础上，综合考虑场地及周临地区可能发生的所有地震影响，采取严格饿数理统计分析方法，给出在未来不同年限下场地遭遇到不同地震影响程度的概率水平。地震影响程度可以用烈度、加速度峰值、加速度反应谱值、地震动持续时间等来表述。地震危险性分析，是地震安全性评价的工作之一。
地震危险性分析包含潜在震源识别、地震发生概率、地运动衰减规律、场地条件影响和小区划、震害预测和抗震防灾工程决策等诸方面。

潜在震源识别 识别指定地区或建设场地的邻近地区内可能发生强烈地震的潜在震源，主要根据地震地质对发震断层的调查结果，同时也借助于历史地震资料和当前地震活动仪器记录资料的分析。并根据对每个震源的了解程度，给出合理的震源模型。例如，对已知断层确切位置和长度的震源可模拟为点源；已知断层主要走向但确切位置不详的震源可模拟为线源；以及断层位置和方向都不清楚的震源可模拟为面源。

地震发生概率 对于每一个潜在震源，一般都是从这个地区地震历史记录数据进行统计分析，确定在未来一定时期内不同震级的地震发生的概率分布。同时，把对这个地区从地震地质角度得到的地震活动性的知识运用到分析中，使所得结果更为可靠。对于地震发生的概率模型，一般采用波桑模型，即假定地震的发生在时间和空间上都是互相独立的。目前已有许多新的模型出现。

地运动衰减规律 指定地区或建设场地的地运动，随潜在震源距离的不同，可能发生地运动强度衰减的规律。不同强度的地运动，可用地震烈度或地面运动参数表达，它们可根据已知潜在震源的不同震级、地震发生概率和震源距离的概率分布求得。影响地震作用强度的因素很多，诸如震源情况、地震波的传播情况等，因此，有很大的不确定性。

场地条件影响 主要是场地土的地质以及地形地貌对地震作用的影响。考虑场地影响的途径大体上有两种：①对场地土进行分类，并对每类场地土给出不同的地运动参数衰减公式。②用解析的方法分析场地土对地震运动的影响。如先求得基岩上的地运动参数，再考虑覆盖层土的震动反应，从而得到地面上包含场地土影响的地运动参数。

震害预测 在预期的不同强烈程度的地震作用下，对可能导致的各种工程破坏、经济损失、人员伤亡和其他灾害作出合理的估计。地震灾害可分为原生灾害、次生灾害，以及再次生灾害。震害预测就是要建立以概率形式给出地震作用同这些地震灾害之间的关系，为制订减轻地震灾害计划提供依据。预测方法分为两种：①经验方法。主要通过大量历史震害资料的分析得出建筑物破坏与强度的关系、某类结构倒塌率和地运动反应谱的关系等。②理论方法。主要是将地运动输入到结构计算模型中计算结构反应，分析这种反应与结构破坏的对应关系。关于经济损失、人身伤亡数目的预测，都已建立了一定的分析模型。

抗震工程决策 对一个地区或建设场地在已知可能遭遇的地震作用或破坏、损失发生的概率的情况下，从安全和经济的角度出发，对工程结构设防标准、防震措施选择最优方案。

‘贰’ 地震地层学的研究方法

地震地层学的研究方法有两大趋向。首先，着重考虑沉积体的外形、侧向接触关系及其岩相环境等方面的对应关系，将地震剖面上的反射同相轴视为接近于理想的地质体的反映而较少考虑畸变。这种方法常用于区域地震资料的地层解释，称为区域地震地层解释。
其次，利用物探的理论分析以及改变参数扯理和模拟方法，详细地研究地震剖面中局部反射产生变化的地质原因。由于这种研究涉及具体岩性的解释，常称为岩性地震研究。又因此种研究常牵涉复杂的计算过程，往往只能限于局部地区的分析，也被称为局部地震地层研究。

‘叁’ 古地震研究

第33届国际地质大会为古地震方面的研究设立三个议题进行分组讨论：关于古地震的一般性论述提交论文摘要17篇，关于寻找古地震并测算其发生期次的议题提交论文摘要23篇，关于应用古地震学重建地震历史推断地震灾害影响提交论文摘要3篇。

有三十余个国家的地震和地质学者以口头发言或展板形式进行了有关的学术交流。其中包括美国、英国、法法、意大利、日本、俄罗斯和挪威等发达国家以及印度、伊朗、阿尔及利亚、哥伦比亚、约旦、尼泊尔等发展中国家，可见人们对地震灾害的强烈关注。

有关地质灾害的研究中，活动断层、陆表断层、走滑断层、深部断层、隐伏断层调查分析等为主要的关注对象。在深度上，古地震研究已到洋底地区，如对冰岛南部转换断层活动地区洋壳古地震的研究。

借助近、现代沉积物和新构造运动的观察在地震研究分析起了重要作用。如对日本东北部地区海滩沉积物的位移变形的观察研究揭示了其地下的隐伏断层；委内瑞拉地震研究机构Franck Audemard首次通过近现代沉积和构造演化来完善南加勒比海转换边缘地质灾害的评估；阿尔及利亚学者通过古地震特征的研究推测古地震的震源和能量。当然也有相当数量的文章对全球各地受地震影响而产生的地质灾害的描述及环境影响的评估。俄罗斯地球物理研究所的Ruben Tatevossian阐述了对比地震学中地震期次与古地震时间的工作方法。比利时Renard海洋地质中心的Jasper Moernaut和Marc De Batist通过智利南部中央地区高精度地震剖面研究，揭示了大规模地震在湖泊内形成的流动构造。美国阿肯色州立大学小石城的Haydar Al-Shukri和Hanan Mahdi通过物探手段反演古地震的特征。西班牙IG-ME的Miguel Angel Rodríguez-Pascua从沉积学、古地震学、考古学等方面，研究了西班牙东南部地震发生区的古地震记录。意大利Insubria大学的Alessandro Maria Michetti对地震的环境影响进行了综述。哥伦比亚的Hans Diederix认为，哥伦比亚全新世时期陆表断层活动对小型拉分盆地沉积物特征的影响为古火山活动的研究提供了证据。法国LGCA, CNRS UMR Christian Beck通过对委内瑞拉西北加勒比海断层的研究认为，湖相沉积地层是古地震研究的又一新的佐证。挪威Bergen大学Kuvvet Atakan指出了古地震数据对地震危害评估的重要性。土耳其Suleyman Demirel大学Fuzuli Yagmurlu对该国西南部爱琴海古地震板块多发区和Fethiye-Burr断层地区的地震构造特征进行了综合研究。

下列研究值得我们关注。

一、阿拉斯加Yakutat微板块全新世断裂活动与复杂的重力滑塌作用的研究

基于“Saint Elias剥蚀和构造”项目（NSF大陆动力项目），美国地质灾害咨询公司的James Mc Calpin和西班牙Zaragoza大学的Francisco Gutierrez-Santolalla针对太平洋板块与北美板块之间的Yakutat微板块开展了地震地质调查研究。该微板块的海岸部分由一系列小的山脊组成，沿小山脊断续分布有数百个年轻的小崖岸；他们选择代表性的崖岸从3个区间进行了填图和槽探工作。

James Mc Calpin和Francisco Gutierrez-Santolalla发现，Yakutat微板块以ca.40 mm/yr的速率向阿拉斯加处的大陆汇聚，并产生了压性断裂和褶皱作用。Yakutat微板块的西部边缘是Regged山断裂（RMF），以往研究认为它在全新世以正断层的形式滑移了150米，断面西倾、倾角为8°。而这一解释与该断裂的新近纪逆冲断裂活动相反。James Mc Calpin和Francisco Gutierrez-Santolalla的填图和槽探工作表明，Regged山断裂（RMF）在第四纪晚期依然延续以往逆冲断裂的构造带特征，而以往认为的山麓前缘正断层崖岸，实际上是由逆冲断裂前缘的重力垮塌作用所形成的。

二、现代沉积物和构造演化提高南加勒比海转换边界的地质灾害评估

加勒比海南缘的东西向边界为一条右旋的活动转换板块边缘，经历了变形和强地震活动。其所带来的相关活动包括环境变化和气候事件，如1999年12月的Vargas灾害。为了更好地评价那些可能影响北部和东北部沿岸的不同类型的“地质灾害”如地震、海啸和洪水等，2001年，在安第斯Mérida，针对Bocon6断裂开展了一个合作研究项目。

通过海相和湖相沉积物资料，他们进一步了解目前地震地质过程和晚第四纪演化。在实施钻孔取心前，确定了实施高分辨率地震剖面（sparker and single channel streamer,3.5千赫integrated system）的合适网度。2006年1月，CARIELPS航程应用两种工具对这个深88米、东西拉长的盆地（6015千米）进行了调查。沿El Pilar断裂发育而成的加勒比海湾，与转换系统最东部断面一致。地震地层学分析证实一个复杂的驱动机制：海平面波动、三角湾增长、沉降、变形滑移等。液体（气、水、泥）逃逸，重力再作用、后期剪切等均可见到。

该项研究计划以后将涉及：边缘区高分辨地震网度加密沿中央断面；横跨加勒比盆地获得几个剖面；短重力取心、高分辨多谱调查。

三、2007年7月16日日本中部地震评估核电站地震风险

2007年7月16日，里氏6.6级冲击了日本中部的日本海。距离震中10千米的Kashi-wazaki-Kariwa核电站（KK NPP），紧急关闭了7个反应堆中的4个，尽管关闭过程成功了，但强烈的地面变形和随后的火灾导致了公众的极大忧虑。

2007年地震断裂为一条倾向陆地的远岸逆冲断层，在原层沉积物覆盖之下识别地震构造是关键点（问题）。这个断裂位于5千米厚的强烈变形新近纪早期沉积物之下。海洋调查表明伴随褶皱和单斜倾覆的间断活动是诸多小地震（小于6级）的根源。断层之间的褶皱以前从未被当做地下盲断层的标志。由此断层的连续活动仅以特定的分支为依据。延伸小的断层在经验模式下仅会导致小地震。同样的方式来推测大地震KK NPP东30千米的断层系统。地震研究促进会2004年明确表示依据古地震数据有一条长83千米的断裂有8级地震的可能。然而，KK NPP公司坚持认为不连续间断断裂系统仅能产生短小分支和小地震。另一个关键问题是评估第四纪晚期微小的变形。Shin-estu油田褶皱和断裂带在第四纪非常活跃。晚—中更新世变形明显而连续。晚更新世—全新世的褶皱和断裂作用仅仅由于短的经历和表生地质作用的而非构造运动的扰动而连续性和明显性差。在2007年预测失败后，核工业公司和许多人才认同HERP的预测是合理的。

四、同震环境影响评估钋平原的地震可能性

意大利Insubria大学的Alessandro Maria Michetti等学者，在Monte Netto靠近古代（公元1222年）震中区域附近研究发现，同震的“古液化作用”和近期地表断裂事件是应用古地震事件评估地震灾害的良好例证。Monte Netto事件的发生史对于在活动的挤压构造环境下识别潜在的活动断层具有重要意义。尤其是在诸如核电站等关系重大的基础设施附近。依据文字资料、区域地貌分析以及详细的填图工作，他们确认位于Garda湖南西数千米的三个独立的丘陵（Castendol和Monte Netto）是第四纪晚期背斜作用的地貌表现。Ales-sandro Maria Michetti等学者发现，在几何学和近期变形速率方面，上述三个孤立的背形构造受控于东西向的对冲断层。两个十米级别的背斜构造被识别。背斜的核部地层为中更新统连续沉积的冰水堆积物和古土壤。其上为厚约6米的中—晚更新统黄土和古土壤所覆盖。北部褶皱的顶端以弯曲断裂组成的“地堑式”构造为特征，断层波及到顶部全新世土壤层。地层之间的关系清楚表明，地堑式构造由至少两个独立的地表断裂形成。地表发掘发现，靠近地堑中心，由砂和砾石组成的“岩脉”切穿了厚360厘米、具有液化特征的中更新统沉积物。横穿Monte Netto的地震反射剖面清晰表明，地表的褶皱和断裂作用与2千米深的次级断裂密切相关；而这个次级断裂受控于5千米深的Capriano del Colle逆冲主断裂。

此外，在地质灾害的调查研究中，有关地震发生机制、活动规律等理论探索也是一个重要议题——“地震、流体和变质作用”分组讨论的主要内容。

德国Steinmann研究所Stephen Miller在《脱/去挥发作用、地震和余震》的论述中指出，脱水和脱碳形式的去挥发作用能够在地壳内产生巨大的超高压流体带。一旦系统失去平衡，圈闭在地壳深部的超高压流体可能通过向雏形裂隙的扩散影响地震的开始过程。随着裂隙网络连贯性的形成，这个扩散过程可达数月至数年。当地震发生时，靠近狭窄滑动面的岩石会出现明显的破损带。相关的地震破裂过程包括微小和巨大裂隙的产生、生长以及接合等复杂作用；野外研究证实破损程度随着与滑动面距离的大小呈现指数式衰减。包括多重渗透裂隙网络的新生破损带，为圈闭在地壳深处的流体外泄提供了主要通道。经由新生裂隙的高压脉冲流体的传播很大程度地减少了作用于初始滑移面的正压力，进而引发地震或余震。依据震源区域的压力减少速率以及正的Clapyron斜面，压力的减少能够反作用于去挥发作用并促使额外流体的产生。这个假定基于一个非线性流体扩散模型。模拟结果呈现了上述过程，并以此模型对余震发生区域和几个特定构造环境下流体压力扩散区域进行了对比。Omori法则表明余震随着时间衰减的自然规律，这一点在裂隙系统的非线性扩散模型得到了充分证实。

挪威奥斯陆大学Haakon O.Austrheim在进行“地震抽吸导致的洋壳岩石圈水合作用”研究认为，延伸到海平面下29千米的转换断层是地震的发生地。这些断层也与广泛蛇纹石化的缺失有关。Leka地幔断面的橄榄石在断层和韧性剪切带表现为不同尺度的变形特征。目前，针对这些构造的调查显示其中的橄榄石发生了强烈的破碎和断裂。这些碎裂的橄榄石相互间旋转形成了“书斜式”构造。充填在橄榄石的旋转碎块之间蛇纹石和透辉石，这一构造表明断裂造成的虚脱空间促成了此类矿物的生长。次级矿物的生长说明这些变形带曾经有大量流体通过。断裂作用形成空间估计约为50%(Ca50）。主滑移面上发育有条带状的蛇纹石。每个蛇纹石条带表现为一个滑动事件，在1厘米宽的断层带内记录了10个滑动事件。碎裂的橄榄石与碎块之间的开放空间，以及次生矿物生长和反复的断裂作用的综合效应共同形成了一个高效的地震抽吸系统。研究表明它是转换断层带洋壳岩石圈水合作用以及蛇纹石化和变质作用的有效机制。

挪威奥斯陆大学Torgeir Bjørge Andersen,Haakon O.Austrheim,Timm John论述了“中等深度地震地质和高压下的岩石受力”。他们在高压和超高压下，对挪威西部地区岩石进行长期的实验观测得出了几项关于古地震位置和高压变质岩是的新发现。这些地震遗迹以榴辉岩相和蓝片岩相的假玄武岩玻璃断裂脉为特征。在加里东山系和阿尔卑斯山的科西嘉，这一发现证实，变质条件下的相关地震变形常常为韧性形变；而有关脆—韧性转换和如此高压下的岩石受力问题并未得到深入理解。有几处发掘出的地形显示了相关古地震遗迹的证据。它们是目前板块边缘收敛处常见地震的化石事例。结合理论与模型的建立，对古地震的野外研究和矿物学分析表明，蓝片岩相—榴辉岩相条件下的地震断裂活动通常与高温至超高温断裂有关。观察还发现即使在位移小于1厘米的非常小的断裂上，也会产生基性岩石和超基性岩石的加热和相关的熔融。橄榄岩中最小可视断裂的熔融作用表明，地幔岩石非常强硬而且断裂作用提高了温度（δT）并且熔蚀了一定体积难熔的物质，如橄榄岩。如果能够确定δT、熔蚀体积和位移，某一古地震所释放的最小应力便可得出。在科西嘉，针对穿越地幔橄榄岩的Ca 50古地震的详细工作能够计算这些相关断裂的最小应力下降。我们发现，当一个非常小的断层（45毫米位移）转变为450℃和25亿帕的硬柱石—榴辉岩相时，能够释放出580百万帕的应力（最小估计值）。这一数值小于冷地漫流体的理论计算值，但远远大于通常状况下由地震数据得出的应力值。我们研究发现，幔源橄榄岩能够耐受地质历史时期100百万帕的应力，而在如此高压条件下即使十分微小的偏移也可能导致富橄榄石的幔源岩石在极高温度下的熔融。我们推测高压下的地震断裂与蓝片岩相—榴辉岩相条件相一致（如绝大多数中等深度的地震），并可形成假玄武岩玻璃；而明显缺少假玄武岩玻璃的地表暴露断裂复合体可相当于全球采样深度。

日本东京大学Kazuhito Ozawa，京都大学Tadamasa Ueda,Masaaki Obata等通过“上地幔的摩擦熔化和形变：Balmuccia超基性假玄武玻璃中铬—铝尖晶石的记录”认为，超基性假玄武玻璃是上地幔地震破裂残留的象征，能够为更好地认识深源地震提供潜在的有价值信息。玻璃质出现在超基性假玄武玻璃可以为摩擦熔融作用提供明确的证据；但它同时也暗示着较低的环境温度不至于引起广泛的结晶作用和脱玻化作用，即对上地幔条件下是否真的发生碎裂事件提出疑义。2006 JPGU会议上Ueda等汇报了一个例外，他们在意大利Balmuccia橄榄岩中发现一个窄的超糜棱岩具有假玄武玻璃状的形态特征，如从断层脉体分支出去的注入式脉体；但其中的矿物组成却不具有玻璃物质或淬火结构。在2007 JPGU会议上，Obata等人进一步论述了700～800℃下橄榄岩相的尖晶石假玄武玻璃的重结晶作用，并讨论了韧—脆性转换所致地震破碎和摩擦熔融过程中“H2O-CO2流体”的作用。然而，这些研究并未给出有关熔融迹象和熔融程度估算的结论；关于摩擦熔融作用前后的形变史也未能全面澄清。通过观察全晶质假玄武玻璃之中和边缘的铬—铝尖晶石，我们得出了“假玄武玻璃形成和冷凝过程中熔融作用和应力转换”的明确证据。铬—铝尖晶石发育于所有假玄武玻璃的内部和边缘微相之中。在不同的产出状况下，尖晶石的形态、铬—铝条带和内部构造等表现出巨大的差异性。清晰的熔融作用证据来自注入脉体内细小的尖晶石颗粒。它们多数被拉长而平行于周边辉石和橄榄石构成的叶理。脉体还具有一个由细小的共生斜辉石和尖晶石组成的薄边，边缘的共生尖晶石的铬含量比内部的尖晶石高。脉体内的尖晶石由类似晶轴方向的一些亚颗粒构成。这些结构和组成明确说明，铬—铝尖晶石经历了由短暂热事件和熔融下形变而造成的部分解体。目前的研究证实，在极高压力导致的韧性变形处、剪切热事件的不稳定性可能成为幔源条件下（700～800℃和10亿帕）深部地震的动力机制。

在进行地震调查、预测、研究中，上述理论探索具有重要的指导意义。我们应当借助33届地质大会有关地质灾害方面的科技成果，结合四川汶川大地震的发生开展相关的调查、实验研究以及理论探索，把我国的地震预防工作提高到一个新的水平。

（陈树旺执笔）

‘肆’ 人类现代对地震有什么研究

进入现代以来，人类对地震的认识得以从科学的角度出发，从而开辟出了一片完全崭新的研究天地。研究地震，最基本的是研究地震的发震时间、震中位置和地震强度。随着地质勘探技术的进步，人类对地球构造的认识加深，形成了以地球内部构造结构为基础，地球板块运动为模型的地壳形变引起地震的理论。与之相关地，地壳形变运动发生时，地下水水位的升降变化，以及地下水的化学组成的突变也成了预测地震的重要参考指标。随着有记录的地震观测数据的积累，人们发现地震的发生与地磁、地电的变化也存在着一些联系，通过对地磁地电的观测来预测地震也成为一个可以考虑的突破口。

地震活动性研究

早期的地震学主要研究地震发生后的各种现象，多局限于研究较大地震的地理分布和时间分布。20世纪60年代起，地震预报被提上日程，人们迫切需要知道强震发生前的诸种现象，强震前观测到的大量中小地震，为人们寻求地震前兆提供了信息。目前关于前兆性地震分布图像的研究已经比较深入，形成了地震活动空区和地震活动条带两个地震前兆模型。

在强震发生前的一定时期内，在未来的震源区附近，地震活动水平有下降趋势，从而形成地震活动空区。通过寻找地震空区预测未来强震的地点、大小和时间，是利用前兆性地震活动图像预报地震的一个有希望的方法。通过多次强震的对比分析，发现空区基本上都位于具有较强地震活动背景的地区。空区不仅有其平静的一面，还有外围地震活动增强的一面。通过对大量震例的分析，研究空区面积、长轴、空区持续时间等与未来地震强度的统计关系，在实际预报中可以发挥一定的效用。

地震活动条带是指在区域地震活动不断增强的背景下，地震震中由分散、凌乱状态转化为集中分布的过程中形成的，未来强震往往发生在这个条带上。通过条带内外地震强度、能量等的对比分析，可提高判定条带的准确性。

地壳形变测量法

地震大部分是发生在地壳的中上部，而地震发生时一定会伴随地壳形变的发生。因此，地壳形变与地震关系的研究，是地震预报中很重要的一项基础研究。地壳形变测量是大地测量的一部分，它是研究地震过程的重要手段。地壳形变测量工作主要是在活动构造带、多震地区和具有一定潜在地震危险的重点地区，以及大型水库区等要害地区进行的。地壳形变的测量周期比大地测量周期短得多，并经常视需要进行加密观测，还要特别注意大地震前后的及时测量。

地壳形变测量主要有垂直形变测量、水平形变测量、跨断层测量和定点形变测量几种。

垂直形变测量的目的，是测定地壳的升降运动，其主要方法是精密水准测量。在地壳形变监测区按一定计划布点，在每个观测点将水准标石（水准点）牢固地埋在地下或出露于地表的基岩上，从而组成垂直形变网。定期测量各条水准线上水准点之间的高差，经过适当处理就可以确定地壳是否发生了垂直形变。垂直形变监测网应布设在以活断层为主的构造带，大城市、大厂矿、大水库和交通枢纽为主的重点保卫区，以及地震活动区和地壳形变异常区。

资料表明，大多数浅源地震震源区均以水平错动为主，水平位移的幅度往往比垂直位移大。因此，研究水平形变也和垂直形变一样具有重要意义。地壳的水平运动是通过测定地面上一些点的平面位置变化来描述的，为此需要布设水平形变观测网。构成水平形网的基本图形是三角形，所以也称三角网。按照观测元素的不同，可以分为测角网、测边网和边角同测网。测网的布设原则和复测周期与垂直形变网的要求相同。

自从地震的断层成因说提出以来，断层位移与地震的关系受到了地学工作者的特别关注。为了了解产生地震的断层力学过程，捕捉地震前兆，地学工作者布置了各种跨断层测量。跨断层测量与获得断层两测点之间的产状、断层运动方式、两侧岩体力学性质及测点距断层面和距离有关。测值中还包含某些干扰因素的影响，应予以排除。

为了重点监测某个地区的地震发生情况，可以建立地壳形变台站来进行短水准和短基线观测。前者是用精密水准测量方法测定地面的垂直运动；后者则是用精密测距方法测定地面之间的水平位移。它们一般布设在活动断裂带上以监视断层活动。一般每时日观测一次，长期连续观测。

地下水观测

对地下水的观测和研究，主要是针对地下水的水位、水温、流量及气体—化学成分随时间变化的动态规律进行总结，研究地下水的动态规律发生异常与地震的关系，是探索地震预报的重要课题之一。经过实践检验，地下深井水网观测效果良好，对监视区内发生的强震均能观测到地下水异常，对一些地震作了一定程度的预报。在广泛开展实际观测的同时，科技工作者还对地下水前兆的物理机制进行了探讨，进一步认识到地下水动态变化与地壳岩石受力变形之间的关系，并且由于封闭性较好的深井水位灵敏度高，能很明显地反映地下含水岩体的微小变形，对地震的预测有很现实的意义。

由于水具有易流动性、不可压缩性，气具有易穿透性，因此水和气对力的作用特别敏感。地下水在地壳中的分布深度达20～30千米，这正是大多数震源分布的范围。因此，在地震孕育、岩体受力变形及破裂的过程中，含水围岩的应力—应变变化将造成地下水物理性质和化学成分的明显变化，并通过水的流动将变化信息传递到浅部来。因此，通过测定地下水（气）物理性质、化学成分随时间和空间的变化来预测地震成为地震预报的有效方法之一。

地磁地震关系的研究

国内外多次大震发生前，均在震中及其邻区发现过大量与电磁波有关的异常现象。现在世界各国都组织开展系统的观测和研究工作，已经或计划进行的研究课题非常广泛，有的已经取得了一定成果。例如，对震前电磁波异常进行了分类，指出存在两种不同起因的电磁波异常：一类是在孕育过程中，由震源体产生的某种电磁辐射，称之为辐射异常；另一类是由于震源体及其邻区介质物理性质的变化，导致该区电磁波传播特性的变化引起的电磁波异常，称之为传播异常。前者可能发生在孕育直到发震的整个过程中，压电效应、动电效应、热电效应等均能导致岩石在微破裂时产生电荷的积累与释放，从而使震源区辐射出频谱很宽的电磁波。

地震孕育过程中，经常伴有地下介质电阻率的变化及大地电流和自然电场的变化。观测研究这些变化（主要是地壳上部介质电阻率的变化），提取地震前的电信息，并探讨其与地震之间的关系，以进行地震预报，是地电观测的主要任务。地震预报中的地电研究与应用主要为地壳浅层介质电阻率的变化和地壳深部介质的电性变化两个方向。同其他地球物理手段一样，用地电方法预报地震仍处于经验性阶段，离预报地震目标还相差很远，有待于继续努力探索。

地球重力场是地球的一种物理属性，重力随观测点空间位置和地球介质密度状况而变化，因此，观测重力场的变化反过来可以研究地壳的变形、介质密度的变化或质量的迁移，从而探讨与地震预报研究和现代地壳运动有关的地球动力学问题。重力场的时间变化主要反映地球的变形、地球内部质量运动，以及地球在空间运动中一些动力学要素的变化，它与现代地壳运动、地震预报研究和基础天文学等密切相关。重力场的时间变化又可分为潮汐变化和非潮汐变化两类。前者起因于外部天体（主要是太阳和月球）对地心和地球表面的引力作用；后者则主要是地球自身的变化，如地球自转速度的变化、地极移动、地壳运动、地壳变形和深部物质变异等引起的。观测地震前重力变化的较好的实例是1976年唐山地震。这次地震发生的前半年，重力场就出现了趋势性的变化，震后异常恢复。

利用卫星监测地震

随着空间卫星技术的发展，卫星在地震预报研究和应用上的作用也越来越大。我国在“九五”期间就开始了卫星预报地震的研究和应用，并取得了初步成果。我国有关专家认为，发展地震监测卫星十分必要。我国建成了相当数量的地基电磁监测台网，但我国幅员辽阔，地震多发区多，已建和筹建的电磁监测台还不能满足预报需求。而在空间轨道运行的卫星对地电磁观测覆盖范围大，不受地面自然条件限制，且空间电磁的场动态信息强于地面的信息。利用卫星实现空间电磁监测，将对地震预报起到积极的推动作用。此次汶川地震，如果我们事先有该地区连续的空间电磁监测图像，就可能会做出预报。

发展我国的地震电磁卫星对地观测技术，将空间手段与地基监测相结合，建立天地一体化的立体地震电磁监测系统，将明显增加地震前兆的信息量，为地震预测预报提供重要的科学判据。我国航天发展“十一五”规划中，明确提出了开展地震电磁监测卫星研究。汶川震后，国家国防科技工业局组织召开的航天技术应对当前地震灾害的专题研讨会上明确提出，要进一步加快包括地震电磁监测试验卫星在内的关键技术的攻关研制，不断增强航天技术服务国家防灾救灾事业的能力。

地震监测卫星的计划是20世纪90年代初，在多年研究的基础上，前苏联科学家提出的建立地震前兆全球监测卫星系统的设想。该系统的目标是对特定地区上空的电磁波、电离层等离子体特征等进行长期监测，在震前2小时～48小时做出预报。俄罗斯先后于1999年、2001年、2006年发射了3颗卫星，用来探测与地震有关的电离层变化信息，探索地震预报信息和预报技术，研究与地震等自然灾害有关的电离层、磁和等离子体变化等前兆。另外，美国、法国、乌克兰、意大利和我国的台湾地区也进行了地震电磁监测卫星的相关研究或有这方面的研究计划。

与传统的地面地震监测站相比，利用卫星监测并且预报地震的方法无疑为人们提供了新的预报的依据。虽然利用地震电磁卫星预报地震目前还处于探索阶段，但是这一方法已得到了许多科学家的认同。未来，随着科技水平的提高和科学研究的深入，地震电磁卫星有望在地震预测中发挥重要的作用。

地震研究相关学科蓬勃发展

对地震的研究直接促进了地球物理学的蓬勃发展。地球物理学自20世纪初形成以后，进入60年代后发展迅速，包含许多分支学科，涉及海、陆、空三界，是天文、物理、化学、地质学之间的一门边缘学科。地球物理学是以地球为研究对象的一门应用物理学，现已发展成为包含地震学、重力学、地电学、地磁学等多个学科及其形成的交叉学科的多分支学科。地震学与重力学、地电学、地磁学、地热学、地质学、天文物理学等学科都有着密切的关系，各学科已经形成了相互促进的关系。

‘伍’ 叠前地震数据重建方法研究

霍志周

（中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

摘 要 地震勘探的目的是为了获得地下构造的精确成像。由于人为因素和环境原因，地震数据在空间方向上往往是不规则采样或缺失采样的，因此经常需要在空间方向对缺失的地震数据进行重建。最小范数傅立叶重建方法是基于估算非规则采样地震数据傅立叶系数的方法，一旦准确求得这些系数，就可以通过傅立叶反变换将地震数据重建到任何合适的空间位置。该方法的主要优点是既可以处理规则采样数据有空道的情况，也可以处理非规则采样的数据；该方法的缺点是无法重建含空间假频以及含空隙过大的地震数据。针对含空间假频的地震数据重建问题，本文通过将最小范数傅立叶重建方法和多步自回归方法相结合，较好地克服了最小范数傅立叶重建方法的缺点。通过对不同的理论和实际地震数据算例的验证，表明了该重建方法的有效性和实用性。

关键词 地震数据重建 最小范数反演 傅立叶变换 多步自回归

Research on Pre－stack Seismic Data Reconstruction Method

HUO Zhizhou

（Exploration and Proction Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）

Abstract The objective of exploration seismology is to obtain an accurate image of the subsurface.Due to human－related reasons and environmental circumstances，more often than not the seismic data can be irregularly sampled or missing sampled in spatial direction.Therefore，it often needs to reconstruct missing seismic data along spatial direction.Fourier reconstruction with minimum norminversion is based on estimating the Fourier coefficients that describe the irregularly sampled seismic data，and once these coefficients have been obtained， seismic data can be reconstructed on any suitable spatial location via inverse Fourier transformation.The main advantages of Fourier reconstruction are flexible，as it can not only handle regularly sampled data with gaps，but also can handle irregularly sampled data.The disadvantage of this method is that the method can’t handle spatially aliased seismic data and seismic data with large gaps.In this article，for reconstruction question of spatially aliased seismic data，Fourier reconstruction with minimum norminversion and multi－step autoregressive method is combine.This method overcomes the shortcomings of the Fourier reconstruction method.Several different theoretical and practical seismic data would be reconstructed using multi－step autoregressive method，that prove the effectiveness and practicality of this method。

Key words seismic data reconstruction；minimum norm inversion；Fourier transforms；multistep autoregressive

众所周知，地震数据的采集严重影响地震数据最终的成像结果，而地震数据采集中很常见的一个问题就是地震数据沿着空间方向是非规则采样或是稀释采样的。地震数据在空间方向上稀疏采样的原因主要是出于经济因素的考虑，稀疏采样比较经济，但意味着采集到较少的数据，而且会导致地震数据中含有空间假频，尤其是在3D地震勘探中。引起地震数据在空间方向上非规则采样的原因主要有：地表障碍物的存在（建筑物、道路、桥梁等）或地形条件因素（禁采区和山区、森林、河网地区等）、仪器硬件（地震检波器、空气枪、电缆等）问题引起的采集坏道以及海洋地震数据采集时电缆的羽状漂流等。在地震数据处理过程中，非规则采样和稀疏采样不但会引起人为误差，而且会对基于多道技术的DMO、FK域滤波、速度分析、多次波衰减、谱估计和波动方程偏移成像等方法的处理结果带来严重的影响，因此通过对原有的地震数据进行重建，使其包含的地球物理信息更加真实地反映地下地质体的地球物理特征，使得后续地震数据处理能够更好地满足对复杂地质构造进行精细刻画的要求，为油气勘探提供更有效的指示和帮助等具有重要的现实意义^［1，2］。

基于傅立叶变换的地震数据重建方法不需要地质或地球物理假设，只要求地震数据是空间有限带宽的，并且计算效率高。傅立叶重建方法利用最小二乘反演估算非规则采样数据的傅立叶系数，如何更好地估算傅立叶系数是该方法的核心。一旦傅立叶系数被正确估算出来，数据可以重建到任意采样网格上。Duijndam等^［3］将傅立叶重建方法应用于非规则采样地震数据的规则化上，并成功解决了参数选择等一系列问题。Hindriks和Duijndam^［4］将该方法扩展到3D地震数据重建中。Liu和Sachhi^［5］提出了最小加权范数插值的傅立叶重建方法，该带限重建方法利用自适应谱加权范数的正则化项来约束反演方程的解，将数据的带宽和频谱的形状作为带限地震数据重建问题的先验信息，因此得到了比传统的带限数据傅立叶重建方法更好的解，但没有给出好的反假频方法。Zwartjes和Sachhi^［6］提出了使用非二次型正则化项的稀疏约束傅立叶重建方法，以改善地震数据含较宽的空道时的重建效果，并较好地解决了含有空间假频的地震数据的重建问题。傅立叶重建方法不但可以重建规则采样的地震数据，而且可以重建非规则和随机采样的地震数据，但是不能很好地重建含有空间假频的地震数据。

本文对基于最小范数解的傅立叶地震数据重建方法的研究分析，通过最小二乘反演方法得到傅立叶域的系数来进行地震数据重建。为了改进最小范数傅立叶重建方法不能重建空道间距过大的地震数据和无法重建含有空间假频的地震数据的缺点，本文采用了最小范数傅立叶重建方法和多步自回归方法相结合的思想进行地震数据重建，该方法不但能重建空道间距大的地震数据，而且可以重建含有空间假频的地震数据。

1 最小范数傅立叶重建方法

傅立叶重建是从非规则采样数据上恢复信号的一种方法，它是基于采样定理的，也就是说一个带限的连续信号能够从规则采样数据中恢复。如果非规则采样信号的平均采样率超过Nyquist采样率，则非规则采样的信号也可以重建。在规则采样的情况下，离散傅立叶变换是正交变换。但是当采样是非规则时，傅立叶变换的基函数不再是正交的，这就意味着直接用离散傅立叶变换计算傅立叶系数将产生误差。利用最小二乘反演计算傅立叶系数就是一种补救措施^［7］。

假设数据是在空间方向上是不规则采样的，每个采样点的位置分别为［x₀，…，x_n，…，x_N－1］。使用真实的采样位置和采样间隔的中点法则，非规则采样数据的离散傅立叶变换可由以下离散求和的形式表达：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

上式为非均匀离散傅立叶变换。其中，空间采样间隔△x_n定义为：

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在波数域规则采样意味着数据在空间域是周期性的，所以 X为非规则采样数据的长度。如果直接用NDFT（Non－uniform Discrete Fourier Transform）计算波数，则由于采样非规则而会引起极大的误差，因此实际计算时通常采用最小二乘反演来计算波数。

首先定义由规则采样波数计算任意空间位置采样数据的数学变换，把它当作正演模型。假设带限数据的波数域带宽为［－M△k，M△k］，在波数域规则采样，△k为空间波数采样间隔，则由波数域重建任意空间位置x_n的离散傅立叶反变换为

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记系数矩阵为 不规则采样数据为d_n＝P（x_n，ω），待求的规则波数为

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在实际的地震数据处理中，由于数据可能不完全是带限的，所以部分空间波数成分会超出定义的频带范围，这些超出的成分构成了上述正演模型的误差和噪音，因此在上式中需要噪声项：

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Duijndam等^［3］通过最小二乘反演估计得到非规则采样数据d（x_n，t）的空间波数 从非规则采样数据向量d中计算出未知的规则采样的傅立叶系数向量 可以归结为求解一个不适定线性反演问题，需要对其进行正则化，借助一些先验信息构建出合适的解。可以使用任何所需的参数估计技术，首先我们假设噪音n＝N（0，C_n）和先验信息

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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的最大值来进行反演，其中 是似然函数， 表示模型向量的先验分布。分别满足

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求 的最大后验概率解转化为求下面目标函数的最小化解，建立目标函数

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最小化目标函数得：

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这里， 为计算要得到的规则采样波数，A^H为矩阵A的共轭转置矩阵， 为先验模型的协方差矩阵。

下面我们对（9）式进行简化。首先对于地震数据，通常没有先验模型信息，因此 一般没有理由假设空间波数之间的相关性，所以 是对角阵，通常的形式为 是先验模型的方差。准确地表达噪音的协方差矩阵C_n是不现实的，因为关于噪音详细的信息是未知的。Duijndam等^［3］给出的噪音协方差矩阵为C_n ＝c²W^－1，c是常数；W为权系数组成的对角阵，即W＝diag（△x_n）。根据离散傅立叶变换理论，应选择△k≤2π/X，这里X＝∑_n△x_n，为数据的长度，即X＝x_N－1－x₀，则（9）式变为

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其中， 称为阻尼因子。λ可以通过L－curve或者广义交叉验证（GCV）方法确定，最佳的选取方法是^［4］：

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式中：F为用户给定的常数，表示期望的数据信噪比值。但在实际地震数据重建过程中，λ一般取A^HWA矩阵主对角元素的1％。

方程（10）的解称为最小范数解，也称为阻尼最小二乘解，该重建方法称为最小范数傅立叶重建方法（Fourierreconstruction with minimum norminversion，FRMN）^［8］。通常非规则采样时，式（10）的系数矩阵AHWA为病态的Toeplitz矩阵。当不加权矩阵W时，A^HA形成的Toeplitz矩阵病态程度受非规则采样数据之间的致密程度控制。非规则采样地震数据中地震道靠得越近，间距△x越小，则Toeplitz矩阵的条件数就越大，求解越困难；加上权系数矩阵W后，A^HWA形成的Toeplitz矩阵病态程度受各数据之间的最大空隙△x_a的大小控制，△x_a＝max（△x_n）。系数矩阵A^HWA的条件数与最大空隙△x_a的关系如下^［7］：

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由上式可见，最大空隙△x_a越大，矩阵A^HWA病态程度越大，求解方程时就越难以收敛。如果定义空间Nyquist采样间隔为

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则当△x_a≥3△x_Nyq时，系数矩阵A^HWA已经无法保证迭代收敛^［3］。也就是说当非规则采样地震数据的空隙太大时，不能得到满意的重建效果。这是傅立叶重建方法的固有弊病。

方程（10）实际求解时一般在频率域逐频率求解。在求解方程时，由于低频部分只需要很小的波数带宽就能完整重建数据，因此求解方程（10）的规模小，求解相对容易；而高频部分则需要较大的波数带宽，因此求解式（10）中的未知数多，求解需要更多的计算时间，而且解也不稳定。因此，利用最小范数傅立叶方法重建的地震数据低频部分有较高的精度。

2 多步自回归方法

自回归模型（预测滤波器）在信号处理领域具有广泛的应用，它是一种模拟信号演化的技术^［9］。自回归模型可以应用于信号预测和噪音消除^［10］、地震道内插^{［11，12］}以及参数频谱分析^［13］等方面。t－x域的线性同相轴变换到f－x域是复正弦函数，该函数可以通过自回归算子来模拟。Spitz^［11］和Porsani^［12］提出了自回归的重建方法，成功地解决了规则采样含空间假频地震数据的插值问题，这些方法是利用低频信息来恢复数据的高频部分。但这种方法只适用原始地震数据是空间规则采样的情况，而且只能用于加密插值。

多步自回归方法（multistep autoregressive，MSAR）^［14］是对Spitz单步预测方法的拓展，使其应用范围从只能进行道加密插值扩展到能对不规则缺道地震数据进行插值重建。假设地震数据包含有限个线性同相轴，由N个等间距的地震道组成，部分地震道是缺失的。首先将地震数据从时间域变换到频率域，在f－x域，地震数据可以用向量x（f）表示，x^T（f）＝［x₁（f），x₂（f），x₃（f），…，x_N（f）］，其中只有M道数据是已知的。分别用n＝｛n（1），n（2），n（3），…，n（M）｝和m＝｛m（1），m（2），m（3），…，m（N－M）｝表示已知数据和未知数据（缺失道）的下标，目标是从x_n（f）中恢复出x_m（f）。

由L个近似线性的同相轴构成的地震数据在f－x域可表示为

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式中：△x和△f分别表示空间域和频率域采样间隔；p_j表示第j个线性同相轴的斜率；A_j表示振幅。对于每个频率成分f，上式表明在f－x域每个线性同相轴都可以用复谐波函数来表示。考虑当△x′＝α△x，△f′＝△f/α时，得到：

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此外，通过自回归模型的形式，可将L个谐波函数的叠加表达为

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其中P（j，n△f）表示预测滤波因子。同样的，对于△x′和△f′，有

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比较表达式（15）、（16）和（17），可得：

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该式即为多步自回归方法的基础。它表明在频率轴上，对于预测滤波器的每个成分都是可预测的。这就意味着，如果已知某些频率的预测滤波器，可以预测得到其他频率的预测滤波器。也就是说，我们可以从傅立叶方法重建得到的无空间假频的低频成分的预测滤波器中提取高频成分的预测滤波器，进而重建得到缺失地震道的高频成分。

假设用最小范数傅立叶方法重建得到的低频数据的频率范围为f∈［f_minr，f_maxr］，在f－x域线性同相轴向前和向后预测的多步预测滤波器可以由下列方程组确定：

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式中：*表示复共轭；L表示预测滤波器的长度；P_j（f）表示预测滤波器。这些方程对应一种特殊类型的自回归模型，向前自回归方程（19）和向后自回归方程（20）是通过每次向前和向后跳α步来实现的。通过自回归方程（19）和（20）可以计算出在α步时的预测滤波器P_j（f）。参数α＝1，2，…，α_max是步长因子，用于从频率f中提取频率αf的预测滤波器。由于步长因子是一个正整数，很显然低频部分为数据重建算法提供了重要的信息。步长上限α_max依赖于地震道数N和预测滤波器的长度L，该参数由下式给出

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这里［.］表示取整数部分。

当用多步自回归方法从已重建的低频数据x（f）中计算出高频数据x（f′）的预测滤波器时，同Spitz插值方法相似，可以通过已知的数据和预测滤波器重建出缺失的数据。向前和向后自回归重建方程为

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设地震数据中含有L个不同斜率的线性同相轴，地震数据的有效频带范围为［f_min，f_max］，含空间假频的不规则道缺失的地震数据的重建实施步骤为：(1)首先将原始地震数据变换到f－x域，用最小范数傅立叶方法重建无空间假频的低频段［f_minr，f_maxr］的地震数据，得到低频段地震数据，其中f_minr＝f_minr。对于不含空间假频的有限带宽信号而言，FRMN重建得到的地震数据精度较高；(2)运用方程（19）和（20），从低频段［f_minr，f_maxr］中提取高频成分的预测滤波器P_j（f′）；(3)利用已知道数据和预测滤波器P_j（f′）重建缺失的地震数据；(4)最后将重建后的地震数据反变换回t－x域。遇到复杂地震数据时，同相轴可能不满足线性假设，可将地震数据划分成多个小时空窗，分窗口进行重建。综上所述，从无空间假频低频段［f_minr，f_maxr］数据中提取缺失数据高频成分f′＝αf的预测滤波器，然后利用已知数据和预测滤波器计算缺失数据的高频成分，最终完成多步自回归重建。

3 理论数据算例

为了验证多步自回归算法的有效性，本节中我们将该算法应用于理论数据，进行缺失道的重建以及加密插值。第一个理论数据如图1（a）所示，是由7个不同斜率的线性同相轴组成，其f－k谱含有严重的空间假频（如图1（c）所示）。共有81道，道间距为5m，时间采样间隔为2ms，采样点数为901。图1（b）是从原始数据中随机抽去了40％的地震道后得到的数据。图1（d）是图1（b）对应的f－k谱。从图1（d）中可以看出，由于地震道的缺失而导致f－k谱上产生严重的噪音。

图1 多步自回归法理论算例

图2 最小范数傅立叶重建方法与多步自回归法的理论联合应用（一）

图2（a）是利用FRMN方法重建出的低频数据，其f－k谱如图2（c）所示。重建出的低频数据被MSAR算法用于提取预测滤波器来重建数据的高频部分。对于数据低频端的预测滤波器是通过预测滤波器的外推来估计。通过FRMN ＋ MSAR方法重建后的完整数据如图2（b）所示，其对应的f－k谱如图2（d）所示，与原始数据的f－k谱（图1（c））相对比，几乎完全一样，由采样缺失引起的噪音已被消除。与原始数据（图1（a））相对比，缺失的地震道被填充，线性同相轴的连续性也很好。

图3 最小范数傅立叶重建方法与多步自回归法的理论联合应用（二）

图4 图3中数据对应的f－k谱

图5 最小范数傅立叶重建方法与多步自回归方法的实际应用

为了进一步验证算法在复杂情况下的适用性，我们选取了Marmousi模型数据中的一个单炮数据（图3（a）），共有96道数据，道间距为25m，时间采样间隔为4ms，采样点数为750。随机抽去了其中的27道数据（图3（b）），用FRMN ＋ MSAR方法对该数据进行重建，图3（c）显示的是用FRMN方法重建的低频段的数据，图3（d）显示的是用FRMN＋MSAR方法重建的完整单炮数据。由于模型很复杂，所以原始单炮数据的f－k谱有空间假频的存在（图4（a））。图4（b）是图3（b）对应的f－k谱，可以看出含有严重的噪音。图4（c）和图4（d）分别是3（c）和图3（d）对应的f－k谱。重建后的数据f－k谱中的噪音消除了，缺失的道也得到了填充，而且同相轴也保持很好的连续性。

图6 图5中数据对应的f－k谱

4 实际数据算例

本节我们将对实际数据进行重建，以验证FRMN ＋MSAR方法的适用性。选取一个共偏移距地震剖面的部分数据（图5（a）），总共有201道，道间距为12.5m，时间采样间隔为2ms。随机抽去其中30％的地震道（图5（b））进行重建，图5（c）展示的是FRMN方法重建的低频段的数据，图5（d）展示的是FRMN＋MSAR重建的完整数据。图6（a）、图6（b）、图6（c）和图6（d）分别是图5（a）、图5（d）、图5（c）和图5（d）对应的f－k谱。可以看出，重建前后数据f－k谱的变化很小。重建后数据的缺失道得到了恢复，且同相轴连续，重建的结果接近于原始数据。

5 结论

本文在最小范数傅立叶重建方法的基础上，结合多步自回归方法进行含空间假频地震数据的重建。多步自回归方法是对Spitz方法的拓展，也是基于近似线性同相轴的假设。因此在处理复杂地震数据的时候一般难以满足这个假设，这时可采用小时空窗的方法来进行计算，在小时空窗中可以认为满足近似线性的假设。但是时空窗太小会使数据量不足，反而会导致重建的结果不好或可能无法重建。众所周知，为了能够求解大多数的地球物理问题，必须基于某些假设条件。一般在处理实际数据时，都是部分地违背这些假设的。事实上，对于中等程度弯曲的同相轴本方法同样能取得比较理想的重建结果，说明本文的重建方法具有很好的稳定性。实际上，对于含有大间距空道的地震数据，该方法同样取得了较好的重建结果。通过对一些理论数据和实际数据进行重建实验，验证了本文中重建方法的有效性和实用性。另外，地震数据的重建效果同原始数据的复杂程度以及谱的性质、缺失地震道的数量及位置和缺失道间距的大小等多方面原因有关，需要进一步研究这些因素对重建算法的影响。

参考文献

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‘陆’ 地震的研究方法

地震又称地动、地振动，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。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。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。破坏性地震的地面振动最烈处称为极震区，极震区往往也就是震中所在的地区。地震监测
手段方法
(1)测震：记录一个区域内大小地震的时空分布和特征，从而预报大地震。人们常说的“小震闹，大震到”，就是以震报震的一种特例。当然，需要注意的是“小震闹”并不一定导致“大震到”。

(2)地壳形变观测：许多地震在临震前，震区的地壳形变增大，可以是平时的几倍到几十倍。如测量断层两侧的相对垂直升降或水平位移的参数，是地震预报重要的依据。(3)地磁测量：地球基本磁场可以直接反映地球各种深度乃至地核的物理过程，地磁场及其变化是地球深部物理过程信息的重要来源之一。震磁效益的研究有其理论依据和实验基础，更有震例的事实。

(4)地电观测：地震孕育过程中，会伴随有地下介质(主要是岩石)电阻率的变化及大地电流和自然电场的变化，由于这些变化与岩石受力变形及破裂过程有关，因此提取这一信息可以预测地震。

(5)重力观测：地球重力场是一种比较稳定的地球物理场之一，它与观测点的位置和地球内部介质密度有关。因此，通过重力场变化可以了解到地壳的变形、岩石密度的变化，从而预测地震。

(6)地应力观测：地震孕育不论机制如何，其实质是一个力学过程，是在一定构造背景条件下，地壳体中应力作用的结果。观测地壳应力的变化，可以捕捉地震前兆的信息。

(7)地下水物理和化学的动态观测：地下水动态在震前异常现象，宏观现象如水井水位上涨，水中翻花冒泡、井水变色变味等；微观现象如水化学成分改变(如水中溶解氡气量变化等)，固体潮(天体引潮力引起的地下水位涨落现象)的改变等。通过地下水动态的观测，可以直接地了解含水层受周围的影响情况和受力的情况，从而进行地震预报。

类似这样的经常性的监测手段和预报方法还有不少。地震学家们根据多种手段观测的结果，综合考虑环境因素、构造条件和地球动力因素等，提出慎之又慎的分析预测意见。

‘柒’ 地震预测的方法

最近关注这个话题的人很多，我也了解了一些，希望能帮助楼主，同时也可以让更多人了解！！！地震预测研究有3种不同的思路:
①地震地质。地震发生在地壳中上层，故认定地震应属于地质过程。研究已发生的大地震的地质构造特点，应有助于今后判定何处具备发生大地震的地质背景。但有些地震发生前，地质构造往往不甚明朗，震后才发现有某个断层，认为与地震有关。
②地震统计。对过去已发生的地震，运用数理统计方法，从中发现地震发生的规律，特别是时间序列的规律，根据过去以推测未来。此法把地震问题归结为数学问题。因需要对大量地震资料作统计，研究的区域往往过大，所以判定地震的地点有困难，而且外推常常不准确。
③地震前兆。地震是地球介质的破裂，故认定地震应属于物理过程。观测地球物理场各种参量以及地下水等异常变化，可能找到有用的地震前兆 。前兆研究中的最大困难是，观测中常遇到各种天然的和人为的干扰，而所谓的前兆与地震的对应往往也是经验性的。尚未找到一种普遍适用的可靠的前兆。
以上 3种思路都有片面性，都不能独立地解决地震预测问题 。实际采取的是综合的办法，把3种不同思路所得放在一起对比参照，力求对未来的地震活动作出估计。
地震预测是世界难题，第一，地球的不可入性。大家知道上天容易入地难，我们对地下发生的变化，只能通过地表的观测来推测；第二，地震孕律的复杂性。通过专家多年的研究，现在逐渐认识到地震孕育、发生、发展的过程十分复杂，在不同的地理构造环境、不同的时间阶段，不同震级的地震都显示出相当复杂的孕律过程；第三，地震发生的小概率性。大家可能都感觉到，全球每年都有地震发生，有些还是比较大的地震。但是对于一个地区来说，地震发生的重复性时间是很长的，几十年、几百年、上千年，而进行科学研究的话，都有统计样本。而这个样本的获取，在有生之年都非常困难。
由于地震预测作为一个世界性科学难题，全世界都在努力研究地震预测，探索地震预测的有效途径，但就现在来说，不管国内还是国际上，还很难完全准确地预报地震。一次真正的有社会显示度的预报意见必须给出未来地震时间、地点和震级，即时空强三要素，一种实用的预报方法必须具有较高的准确率。
动物对于地震更为敏感，许多动物的某些器官感觉特别灵敏，它能比人类提前知道一些灾害事件的发生，例如海洋中水母能预报风暴，老鼠能事先躲避矿井崩塌或有害气体等等。至于在视觉、听觉、触觉、振动觉，平衡觉器官中，哪些起了主要作用，哪些又起了辅助判断作用，对不同的动物可能有所不同。伴随地震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁、气象、水氡含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺激而发生异常反应。如一个地区的重力发生变异，某些动物可能能过它的平衡器官感觉到；一种振动异常，某些动物的听觉器官也许能够察觉出来。地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状态，而断层面之间又具有强大的磨擦力，于是有人认为在磨擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于人的听觉所能感觉到的低频声波。人要在每秒20次以上的声波才能感觉到，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动物，在感触到这种声波时，便会惊恐万状，以致出现冬蛇出洞，鱼跃水面，猪牛跳圈，狗哭狼吼等异常现象。动物异常的种类很多，有大牲畜、家禽、穴居动物、冬眠动物、鱼类等等。动物反常的情形，人们也有几句顺口溜总结得好：
震前动物有预兆，群测群防很重要。
牛羊骡马不进厩，猪不吃食狗乱咬。
鸭不下水岸上闹，鸡飞上树高声叫。
冰天雪地蛇出洞，大鼠叼着小鼠跑。
兔子竖耳蹦又撞，鱼跃水面惶惶跳。
蜜蜂群迁闹轰轰，鸽子惊飞不回巢。
家家户户都观察，发现异常快报告。
除此之外，有些植物在震前也有异常反应，如不适季节的发芽、开花、结果或大面积枯萎与异常繁茂等。

‘捌’ 　地震方法与技术

地震勘探是通过人工手段激发地震波，研究地震波在地层中的传播规律，以查明地下地质小构造及获取地层、岩性信息的一种物探方法。所采用的浅层反射法，不仅能直观地反映地层界面的起伏变化，而且还能探测地下隐伏断层、空洞、陷落柱及各种异常物体。其基本原理如图5-13、图5-14所示。

图5-13反射地震法流程图

图5-14共反射点激发接收示意图

在震源处激发地震波，该波在地表下半空间进行传播，当碰到基岩面或其他波阻抗（地层波速与密度的乘积）分界面时，就会产生反射波返回到地表，并被安置在1,2，…，M等处的检波器所接收，检波器将反射波引起的微波地面振动转化成电信号，然后再传输至接收仪器中，经过放大，以数字方式被记录下来。

在地震勘探的野外工作和资料处理过程中，总是尽量增强有效波，压制干扰波，即提高地震资料的信噪比（S/N），以提高地震勘探的解释精度和地质效果。目前，在地震勘探中广泛使用的用以提高信噪比的方法是共反射点叠加法，简称水平叠加或多次覆盖技术。

通常基岩面是一个良好的反射界面，可以得到连续追踪的反射波。煤系地层中，煤层的顶底板也是良好的波阻抗界面，能够形成较强的反射波。这些反射波的振幅、波形、频率等特征稳定。由于陷落柱的存在，波阻抗分界面被破坏，致使反射波追踪中断，动力学特征（波形、振幅、频率）明显变化。所以，在地震记录或剖面上确定陷落柱的位置是可行的。利用反射波地震法对陷落柱这样的局部小构造进行研究所面临的主要问题之一是横向分辨率（指地震剖面横向上能分辨的最小地质体宽度）问题，这是与常规区域性构造地震勘探的最大不同。

反射波地震在现有的物探手段中是分辨能力最高的，但是也存在着一些致命的弱点：对施工条件要求严格，地形起伏及低速带对资料的解释影响较大，反射波是续至波，浅层勘探时干扰影响特别突出，比其他物探方法成本高。所以，只能在其他物探方法大致确定陷落柱位置的基础上，在地形较平坦的地段利用反射波地震技术准确圈定陷落柱的边界。