一种地震划分至断层的方法

本发明涉及地球物理，特别涉及一种地震划分至断层的方法。

背景技术：

1、随着地震观测台网的持续加密以及地震重定位技术的发展，地震目录数据量快速增长，地震研究逐渐由传统经验分析向数据驱动分析转变。在此背景下，利用地震目录挖掘地震活动规律、识别断层控制关系，已成为地震活动性研究和智能化地震预测建模中的重要前置步骤。地震活动通常受活动断层控制，将研究区域内大量地震事件准确划分到各自所属的断层，是开展断层活动性分析、震源区识别、地震危险性评价以及后续统计建模的基础性工作。

2、目前，将地震事件归属至断层的方法主要包括以下几类。一类是基于断层缓冲区的地震筛选方法，即沿已知断层迹线设置固定宽度的缓冲区域，将落入该缓冲区内的地震事件视为与该断层相关。该类方法实现简单、规则直观，但缓冲宽度依赖人为经验设定，固定宽度难以适应不同断层的几何差异和定位误差差异；在多断层邻近或交汇区域，同一地震事件可能同时落入多个断层缓冲区，产生归属冲突。另一类是最近距离法，即将地震事件视为点、断层视为线，计算点到线的最短距离，将地震事件归属至距离最近的断层。该方法规则明确、自动化程度高，但仅依赖地震与断层之间的单一几何距离关系，未考虑地震事件彼此之间的空间连续性，在多断层交汇区、近平行断层区容易出现误分，且通常给出唯一硬归属结果，难以表达复杂区域中存在的归属不确定性。为缓解最近距离法的边界过硬问题，距离加权法根据不同断层距离赋予不同权重，概率关联法则综合震源位置、震源机制及序列信息计算关联概率，但前者本质上仍以空间距离为核心判据，后者则对三维断层模型和震源机制数据的完备性有较高要求，构建成本高，适用性受限。此外，基于密度的聚类方法也逐步被引入地震目录处理中，该类方法能够挖掘地震事件彼此之间的空间聚集关系，将空间上密集分布的地震识别为簇，但聚类结果本身只是地震与地震之间的分簇关系，并非地震与断层之间的最终归属关系，仍需结合断层几何或构造背景进行进一步判别；且聚类结果对参数设置较为敏感，不同参数条件下可能得到不同的分簇结果，稳定性受影响。

3、综上，现有技术在地震事件断层归属处理中，或以单一空间距离为判据，忽略了地震事件之间的空间连续性；或仅得到地震簇而未能直接给出归属关系；或依赖高质量辅助数据而难以大规模推广应用。对于复杂断层交汇区，如何在综合利用地震与断层空间关系、地震与地震空间聚集关系、震源机制一致性及统计占比关系的基础上，建立一套规则明确、可程序化执行、兼顾归属精度与计算效率的地震-断层归属方法，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种地震划分至断层的方法，通过将最近距离初步划分、自适应密度聚类与基于震源机制解和占比关系的双重约束优化相结合，提高了复杂断层交汇区地震事件划分至所属断层的准确性，解决了现有技术因单一依赖空间距离关系而导致的归属精度不足和结果不稳定的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种地震划分至断层的方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：获取地震目录数据、断层数据和震源机制解数据；其中，所述地震目录数据记录有地震事件的空间位置，所述断层数据记录有断层的空间展布几何信息，所述震源机制解数据至少记载有地震事件的震源机制类型；

4、步骤s2：基于所述地震事件的空间位置与所述断层的空间展布几何信息之间的几何邻近关系，生成初步归属结果，所述初步归属结果包括每一地震事件与至少一条候选断层之间的初始归属关系；

5、步骤s3：基于所述地震事件的空间位置，对所述地震目录数据中的所有地震事件进行自适应密度聚类，以将空间上聚集的地震事件识别为至少一个空间地震簇；

6、步骤s4：对于任一所述空间地震簇，基于所述初始归属关系提取与该簇关联的候选断层集合，并引入所述震源机制解数据和占比关系对该候选断层集合基于震源机制解数据和占比关系的双重约束优化，得到优化后候选断层集合，以确定该空间地震簇的最终归属断层；

7、步骤s5：将所述空间地震簇内所有地震事件的所属断层，确定为所述最终归属断层，完成地震划分。

8、进一步地，步骤s4中所述对候选断层集合进行基于震源机制解数据和占比关系的双重约束优化，包括：

9、步骤s41：基于所述震源机制解数据，确定所述空间地震簇的主导震源机制类型，并执行第一重约束，将所述主导震源机制类型与各候选断层的已知震源机制类型不匹配的候选断层，从所述候选断层集合中剔除；

10、步骤s42：对经过第一重约束筛选后剩余的候选断层集合，再执行基于占比关系的第二重约束。

11、进一步地，所述步骤s41中所述执行第一重约束，包括：

12、步骤s411：统计所述空间地震簇内具有震源机制解的地震事件中各震源机制类型的占比，将占比最高的震源机制类型确定为所述空间地震簇的主导震源机制类型；

13、步骤s412：获取各候选断层的已知震源机制类型；

14、步骤s413：当所述主导震源机制类型与一候选断层的已知震源机制类型不一致时，将该候选断层从所述候选断层集合中剔除。

15、进一步地，所述步骤s42中执行基于占比关系的第二重约束，包括：

16、步骤s421：基于所述初始归属关系，统计所述空间地震簇中归属于各候选断层的地震事件数量；

17、步骤s422：计算各候选断层的地震事件数量与所述空间地震簇内地震事件总数的比值，作为各候选断层的占比；

18、步骤s423：将占比低于预设阈值的候选断层从所述候选断层集合中剔除。

19、进一步地，步骤s4中所述引入所述震源机制解数据和占比关系对该候选断层集合基于震源机制解数据和占比关系的双重约束优化之前，还包括：

20、步骤s401：对于所述空间地震簇关联的候选断层集合，基于所述初始归属关系，统计各候选断层在该空间地震簇中的占比；

21、步骤s402：判断是否存在占比高于预设优势阈值的候选断层；

22、步骤s403：若存在，则将该占比高于预设优势阈值的候选断层确定为该空间地震簇的最终归属断层，并跳过所述双重约束优化；

23、步骤s404：若不存在，则对所述候选断层集合执行所述双重约束优化，以确定该空间地震簇的最终归属断层。

24、进一步地，步骤s3中所述对所述地震目录数据中的所有地震事件进行自适应密度聚类，包括：

25、步骤s31：对于每一地震事件，计算其到第k个最近邻地震事件的距离，作为所述地震事件的核心距离，其中k为预设的最小邻居数参数；

26、步骤s32：对于任意两个地震事件，将其各自的核心距离以及二者之间的原始空间距离中的最大值，确定为该两个地震事件之间的互可达距离；

27、步骤s33：以各地震事件为节点、以所述互可达距离为边权，构建加权无向图，并基于所述加权无向图构建最小生成树；

28、步骤s34：基于所述最小生成树，通过逐步变化密度水平，构建地震事件的层次聚类结构，并从所述层次聚类结构中提取稳定性满足预设条件的聚类簇，作为所述空间地震簇；其中，所述密度水平为所述互可达距离的倒数。

29、进一步地，步骤s34中所述基于所述最小生成树，通过逐步变化密度水平，构建地震事件的层次聚类结构，包括：

30、步骤s3411：将所述最小生成树中的所有边按互可达距离从大到小排序，得到排序后的边集合；

31、步骤s3412：按照所述排序后的边集合的顺序，逐步删除互可达距离最大的边，每删除一条边，所述最小生成树分裂为多个连通分量，每个连通分量对应于一个候选聚类簇；

32、步骤s3413：记录每次删除边时生成的候选聚类簇，以及每个地震事件进入和离开各候选聚类簇时对应的密度水平，形成所述层次聚类结构；其中，所述密度水平为被删除边的互可达距离的倒数。

33、进一步地，步骤s34中所述从所述层次聚类结构中提取稳定性满足预设条件的聚类簇，具体包括：

34、步骤s3421：对于层次聚类结构中的任一候选聚类簇，获取该候选聚类簇内每个地震事件进入该候选聚类簇时对应的第一密度水平，以及离开该候选聚类簇时对应的第二密度水平；

35、步骤s3422：对于每个地震事件，计算所述第二密度水平与所述第一密度水平之差，并对该候选聚类簇内所有地震事件的所述差值求和，得到该候选聚类簇的稳定性；

36、步骤s3423：将稳定性高于预设稳定性阈值的候选聚类簇，确定为所述空间地震簇。

37、进一步地，步骤s32中所述对于任意两个地震事件，将其各自的核心距离以及二者之间的原始空间距离中的最大值，确定为该两个地震事件之间的互可达距离，包括：

38、步骤s321：获取第一地震事件的核心距离、第二地震事件的核心距离，以及所述第一地震事件与所述第二地震事件之间的原始空间距离；

39、步骤s322：将所述第一地震事件的核心距离、所述第二地震事件的核心距离以及所述原始空间距离三者中的最大值，确定为所述第一地震事件与所述第二地震事件之间的互可达距离；

40、其中，所述互可达距离用于替代所述原始空间距离作为聚类的相似性度量；在局部密度较低的区域，所述核心距离大于所述原始空间距离，使得所述互可达距离大于所述原始空间距离，以增大低密度区域中地震事件被聚为一簇的难度。

41、进一步地，步骤s34中所述从所述层次聚类结构中提取稳定性满足预设条件的聚类簇之后，还包括：

42、步骤s351：对于所述地震目录数据中未能归入任一所述空间地震簇的地震事件，将其标记为噪声事件；

43、步骤s352：对于所述噪声事件，保留其在步骤s2中生成的所述初始归属关系作为其最终归属断层，并将其标记为待人工复核对象。

44、相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述地震划分至断层的方法。

45、相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述地震划分至断层的方法。

46、本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

47、1.通过将最近距离初步划分、自适应密度聚类与基于震源机制解和占比关系的双重约束优化相结合，构建了“点-线初归、点-点成簇、簇-线优选”的递进式联合归属技术路线，使得地震目录的断层归属不再是仅依赖单一空间距离的孤立判定，而是从几何邻近性、空间聚集性、运动学一致性和统计显著性四个维度进行综合约束，有效避免了传统方法在复杂断层交汇区因仅考虑“点-线”距离而导致的“切割式”误归属问题，显著提高了归属结果的准确性和科学性；

48、2. 过引入自适应密度聚类，将空间上具有较高密度关联性的地震事件识别为稳定地震簇，并以整个地震簇作为后续归属优化和最终决策的基本单元，使得归属判定不再针对单个地震事件孤立执行，而是将同一震群作为一个整体进行统一处理，从而保持了同一空间聚集区域内归属结果的一致性，避免了现有技术中因逐个事件独立判定而将受同一断层控制的地震活动人为割裂的问题，使归属结果更符合地震活动的真实空间组织特征；

49、3.通过在双重约束优化中按照先基于震源机制解进行定性筛选、后基于占比关系进行定量筛选的特定顺序执行，并增设占比绝对优势的前置判断分支以及噪声事件的分流处理机制，使得归属决策流程能够根据地震簇的实际特征自动选择最优处理路径，对于存在单断层绝对主导的簇快速完成归属，对于多断层共同控制的簇进入双重约束精细化判定，对于空间孤立的噪声事件保留初始归属并标记人工复核，从而在保证归属精度的同时兼顾了处理效率，降低了对人工经验的依赖，使方法能够适用于大规模地震目录的自动化处理。