【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地壳应力场反演，更具体的说是涉及一种空间应力场反演方法和系统。
技术介绍
1、地震的发生与地球内部的应力状态紧密相关，而震源机制解是揭示地壳深部和中部应力状态的关键数据。基于这些数据进行的应力场反演在研究地壳应力场中起到核心作用。然而，现有空间应力场反演技术存在一些局限性，例如，
2、在空间分区方面，常规方法是将研究区域按经纬度划为规则的二维网格，假定每个网格内应力均匀，并据此进行反演。但由于地震分布的非均匀性，导致数据量在不同网格间存在显著差异，从而影响结果的可靠性，尤其在数据稀少的区域；
3、关于震源机制断层面的选取问题，通常每个震源机制包含两个节面，其中一个是发震断层面。但是，目前缺乏有效方法精确判别真实的断层面，常见的做法是随机选择一个节面进行多次反演，然后通过统计方法评估不确定性。由于每次反演选择的断层面有50％概率不是实际发震的断层面，这种方法降低了单次反演结果的可靠性，而且对每个震源机制进行多次反演增加了计算量和时间成本；同时通过统计方法评估不确定性，而非直接提高单次反演的精确度，可能会导致对真实应力状态的评估不够精确；
4、此外，在剪应力的处理上，当前二维应力场反演多假定各断层面上剪应力相等，而实际上断层上剪应力是不等的。
5、因此综上，如何突破上述局限，提升反演的准确性，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种改进的空间应力场反演方法和系统，旨在消除这些限制所带
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，本申请公开了一种空间应力场反演方法，包括：
4、获取震源机制数据，按预设类别数量进行聚类划分；
5、确定每类数据质心，基于质心将待反演区域网格化；
6、根据每个网格中的震源机制数据进行空间应力场反演，反演步骤包括：
7、s1、确定如下应力求解公式；
8、
9、式中，gall表示所有网格内的断层面构成的核矩阵，α表示阻尼系数，l表示平坦矩阵，mall表示初始应力，dall表示所有网格内断层面的剪应力和滑动方向构成的数据矩阵；
10、s2、确定阻尼系数，根据应力反演函数估计初始应力；
11、s3、基于初始应力确定节面的失稳系数，并以失稳系数大的节面作为实际断层面；
12、s4、通过实际断层面上的剪应力更新数据矩阵d，根据更新后的数据矩阵d更新初始应力；
13、s5、重复执行步骤s3和步骤s4，直至迭代收敛或者达到指定的迭代次数。
14、作为优选，基于质心将待反演区域网格化包括：沿经度和纬度方向将待反演区域划分为网格，并将质心迁移至最近的网格点；所述网格满足：
15、每个网格点最多被赋予一个质心；
16、相邻质心对数量最多。
17、作为优选，所述应力求解公式通过对反演目标函数中应力场求极小值获得，所述反演目标函数为：
18、φ(m)＝||dall-gallmall||2+α||lmall||2
19、式中，||dall-gallmall||2表示数据误差，||lmall||2表示模型长度。
20、作为优选，平坦矩阵l行数与相邻区域的数量相同，且每行有两个非零元素，对应于两个相邻的应力分区，且所述平坦矩阵l只允许直接相邻的区域之间参与应力平滑，斜对角网格之间不平滑。
21、作为优选，确定阻尼系数的步骤包括：
22、确定阻尼系数不同取值对应的应力解，基于应力解确定数据误差和模型长度；
23、根据各组数据误差和模型长度绘制随阻尼系数变化的折衷曲线，
24、确定所述折衷曲线的拐点，根据所述拐点确定阻尼系数。
25、作为优选，基于初始应力按如下公式确定节面的失稳系数，
26、
27、式中，i为失稳系数，σ和τ是作用在当前节面上的正应力和剪应力，σc和τc是作用在相对节面上的正应力和剪应力；σ1表示初始应力中最大主应力。
28、作为优选，作用在当前节面上的正应力和剪应力，计算公式为：
29、σ＝σjknjnk
30、τ＝|σjknj(δik-nink)|
31、式中，σjk为二阶应力张量，n为断层面法向向量，j和k表示应力张量或法向向量中的元素序号，δ为克罗内克符号。
32、作用在相对节面上的正应力和剪应力，计算公式为：
33、
34、
35、式中，μ是摩擦系数，σ1和σ3分别是初始应力中最大和最小主应力。
36、作为优选，通过实际断层面上的剪应力根据如下公式更新数据矩阵d；
37、d＝τ'[s1 s2 s3]t
38、式中，s是断层的滑动方向，τ'表示实际断层面上的剪应力大小。
39、另一方面，本专利技术公开了一种空间应力场反演方法系统，该系统应用如上所述的一种空间应力场反演方法，包括：
40、区域网格划分单元，用于获取震源机制数据，按预设类别数量进行聚类划分；以及确定每类数据质心，基于质心将待反演区域网格化；
41、空间应力场反演单元，用于根据每个网格中的震源机制数据进行空间应力场反演，反演步骤包括：
42、s1、确定如下应力求解公式；
43、
44、式中，gall表示所有网格内的断层面构成的核矩阵，α表示阻尼系数，l表示平坦矩阵，mall表示初始应力，dall表示所有网格内断层面的剪应力和滑动方向构成的数据矩阵；
45、s2、确定阻尼系数，根据应力反演函数估计初始应力；
46、s3、基于初始应力确定节面的失稳系数，并以失稳系数大的节面作为实际断层面；
47、s4、通过实际断层面上的剪应力更新d，根据更新后的d更新初始应力；
48、s5、重复执行步骤s3和步骤s4，直至迭代收敛或者达到指定的迭代次数
49、经由上述的技术方案可知，本专利技术公开提供了一种空间应力场反演方法和系统，与现有技术相比，本专利技术反演方法首先采用聚类手段根据震源机制数据的空间分布进行类别划分，以确保每个分区内拥有充足的数据进行精确反演；同时，本专利技术提出了基于失稳性的断层面辨识方法，并考虑了断层上剪应力的不均匀性，本申请提供的反演方法可以有效提升二维应力场反演的准确度。
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1.一种空间应力场反演方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，基于质心将待反演区域网格化包括：沿经度和纬度方向将待反演区域划分为网格，并将质心迁移至最近的网格点；所述网格满足：
3.根据权利要求1所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，所述应力求解公式通过对反演目标函数中应力场求极小值获得，所述反演目标函数为：
4.根据权利要求3所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，平坦矩阵L行数与相邻区域的数量相同，且每行有两个非零元素，对应于两个相邻的应力分区，且所述平坦矩阵L只允许直接相邻的区域之间参与应力平滑，斜对角网格之间不平滑。
5.根据权利要求3所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，确定阻尼系数的步骤包括：
6.根据权利要求1所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，基于初始应力按如下公式确定节面的失稳系数，
7.根据权利要求6所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，作用在当前节面上的正应力和剪应力，计算公式为：
8.根据权利要求1所述的一种
9.一种空间应力场反演方法系统，其特征在于，应用权利要求1-8任一所述的一种空间应力场反演方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种空间应力场反演方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，基于质心将待反演区域网格化包括：沿经度和纬度方向将待反演区域划分为网格，并将质心迁移至最近的网格点；所述网格满足：
3.根据权利要求1所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，所述应力求解公式通过对反演目标函数中应力场求极小值获得，所述反演目标函数为：
4.根据权利要求3所述的一种空间应力场反演方法，其特征在于，平坦矩阵l行数与相邻区域的数量相同，且每行有两个非零元素，对应于两个相邻的应力分区，且所述平坦矩阵l只允许直接相邻的区域之间参与应力平滑，斜...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥云，李振月，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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