Abstrct
从传统的手动视觉技术到自动化技术的发展，每种方法的优缺点，并提出了一种结合视觉和自动化技术的半自动化测量方法
1. Introduction
剪切波分裂的成因与特征
各向异性介质中（如地下的微裂缝），其中剪切波分裂成两相，分别为快波和慢波，并且它们以不同的速度传播。
通常是由于应力对齐的微裂缝（如地壳中的垂直微裂缝）引起的，裂缝的密度和排列可以通过分析剪切波之间的时间延迟以及快波的偏振方向来估算。
时间延迟与测量精度
时间延迟（即快慢波到达时间的差异）是由剪切波的传播速度微小差异的结果。
时间延迟是次级量，但在理想情况下可以像初到波（P波）那样以一级精度进行测量。
测量剪切波分裂的挑战
实际地震记录中，剪切波分裂引起的时间延迟通常非常微小，尤其是在小型地震中，时间延迟往往小于0.2秒。
微小的时间延迟可能会被其他震相（如P波、剪切波震相、余波等）干扰，使得测量更加复杂，尤其是在噪声较大或震相复杂的情况下。
传统的视觉分析方法有效，但繁琐且耗时，由于剪切波信号的复杂性，自动化技术并未完全成功。提出半自动化技术
由于信号的复杂性和散射，使得测量的时间延迟和偏振方向较难准确提取。
几种相位拾取技术
几种用于剪切波到达时间识别（即相位拾取）的技术，包括偏振分析、能量分析、自回归分析、AIC准则、小波变换等。由于剪切波信号的复杂性，通常会采用多种方法的混合技术。（举例）
人工智能技术（举例）
勘探行业中的应用
尽管技术手段各异，其本质上是围绕着相似的物理原理进行的。
快波偏振方向（Fast Wave Polarization）
剪切波分裂过程中，传播速度较快的那一条波的偏振方向。
快波的偏振方向通常用于确定介质中裂缝或其他各向异性特征的排列方向。
优选偏振方向（Preferred Polarization Direction）
通过旋转地震波形，将快慢波的偏振方向对齐，使得它们的测量更加精确的方向。
优选偏振方向使得快波偏振方向和慢波偏振方向对齐,得到更高的测量精度。
2. Difficulties in measuring shear-wave splitting above small earthquakes
测量时间延迟要求比传统的相位拾取方法更加精确的拾取到时
主要困难：
2.1 快波和慢波的波形差异
快波和慢波分裂剪切波由于不同的传播速度和衰减特性，其波形通常不相似。
波形差异会影响它们的时间延迟测量，尤其是在强烈断裂或复杂地质环境下，慢波可能难以与快波区分。
慢波的衰减比快波更为严重，且衰减与传播方向的相对速度(速度差异)呈反比。因此，慢波通常比快波更不具有冲击性，且可能在高频部分丧失更多能量。
在一些强烈破裂的区域，慢波的振幅可能非常小，导致它们在地震记录中难以观测
2.2 剪切波分裂的低信噪比
噪声干扰：剪切波分裂信号常常受到P波余波、其他剪切波到达以及面波的干扰。慢波特别容易受到快波的余波影响，导致信号质量下降。
剪切波分裂的信号通常具有较低的信噪比,使得剪切波的时间延迟和波形特征更难准确提取。
2.3 剪切波分裂只能在地震记录的一小部分被测量到
在水平粒子运动的偏振图（PDs）中可以看到偏振方向的正交变化，这表明了快慢波存在，但时间延迟通常非常小（小于0.2s）
快慢波波形显著不同，特别是在小型地震的表面观测中，这导致交叉相关等常规方法无法可靠地测量时间延迟。
即使波形几乎相同的地震双峰，它们的时间延迟也通常会有显著差异。进一步说明了在小型地震中，剪切波分裂的时间延迟是不稳定和难以测量的。
2.4. 非正交性问题
很多观测技术都是假设两个分裂的剪切波是正交极化的
只有沿相速度传播的剪切波才是严格正交的，而群速度传播的剪切波只有在特定对称方向上才正交。
在接近剪切波点奇异性的区域（各向异性介质中，两个剪切波相速度面接触并交叉的点），剪切波的偏振可能表现得非常不规则，甚至出现非正交的偏振方向。
只有在垂直入射时，正交偏振才能保持，而在其他入射角度下，偏振会受到几何和地球物理的扭曲。
2.5 与地表地形的相互作用：
剪切波需要在小型地震上方的特定剪切波窗口内被记录。
如果波形位于45°窗口外，则剪切波的波形会受到S波转P波的影响，导致严重的波形扭曲
地震通常发生在不规则地形下方，解读数据时必须考虑地形效应，特别是距离地震仪一个波长内的地形影响
2.6 剪切波偏振的90°翻转引起的散射
剪切波分裂的时间延迟散射通常是±80%，这个高散射度无法通过常见的地震因素解释，推测可能与临界地壳和流体压力有关
流体压力增加会改变微裂缝几何结构，导致快慢波偏振方向发生90°翻转。尽管这种现象已被观察到，但因所需的流体压力接近围压，难以在实验室模拟。
高孔隙流体压力在地震活跃断层上导致微裂缝重新排列，并引起剪切波偏振的90°翻转现象
近地表岩石的应力释放异常可能导致高密度裂缝，从而导致高值的剪切波速度各向异性，这些值远高于裂缝临界性水平。
尽管存在局部的近地表各向异性，普遍各向异性（沿射线路径的整体各向异性）仍然是剪切波分裂的主要来源。
高孔隙流体压力（如在断层区或油气储层中）对剪切波分裂和时间延迟有显著影响，尤其在压力极高时，90°偏振翻转现象更为明显。
小震剪切波分裂高孔隙流体压力的情况下表现出时间延迟的较大散射（±80%），这使得常规的剪切波分裂监测变得困难。
经典的剪切波分裂示例，即两条类似的正交偏振波通过时间延迟分开，通常只出现在大约20%的地震记录中。其他记录受到空间和时间变化的影响，导致分裂信号不明显。
3. Display techniques for measuring shear-wave splitting
3.1 极化图分析(Polarisation diagrams)
极化图是粒子运动的二维投影图，通常选取水平分量，基于三分量地震记录按时间间隔分段显示粒子运动轨迹。
直观展示：各向异性引起的剪切波分裂通常表现为水平粒子运动方向的突然接近正交变化。只要信号未经过强烈的低通滤波，这些特征变化通常清晰可见。
直接测量：通过偏振图，研究者可以直接测量剪切波快波的偏振方向以及快慢波的时间延迟（以采样数表示：采样点数差/采样率）
辅助评估：通过将快慢波偏振方向的时间延迟校正为零，偏振图的线性测试可用来验证剪切波分裂测量的质量。
重复地震（如地震双峰）中展示了类似的整体偏振模式，但在包含剪切波分裂的时间间隔中可能出现细微甚至显著的差异。研究认为，这种差异可能与地震后三轴应力场和孔隙流体压力的变化相关。
3.2. 旋转地震图（Rotated Seismograms）
通过将地震记录旋转到快慢波的优选偏振方向，使快慢波的时间延迟和到达时间更加明显
需要应对偏振非正交性的问题，特别是在水平投影中，快慢波可能无法分离为独立波列。
3.3 矢量偏振图（Vectorial Polarisation Diagrams）
将水平粒子运动矢量按时间绘制为动态轨迹，为剪切波分裂研究提供了美观且直观的工具
3.4 复杂偏振分析（Complex-Polarisation Analysis）
使用复杂协方差矩阵的特征值和特征向量，量化剪切波的倾角、偏振角和线性偏振。
可用于自动化处理
4. Automatic techniques for measuring shear-wave splitting
4.1节交叉相关技术（Cross-correlation techniques）
自Fukao（1984）提出后，交叉相关技术广泛应用于地壳小型地震和上地幔各向异性的时间延迟测量。
结合偏振图和线性测试，交叉相关技术能够通过滞后值直观估算快波偏振方向和时间延迟。
交叉相关技术需要非常严格的数据选择标准,对微小信号变化不敏感,可能导致50-70%的数据被拒绝，从而偏倚结果。
对窗口端点的选择影响显著，尤其当面波信号与剪切波信号重叠时，进一步增加了解释的复杂性
4.2交叉相关技术的问题与局限
1.窗口选择问题：由于剪切波和面波尾波的强振幅影响，选择合适的窗口端点非常困难，容易掩盖剪切波分裂的小效应。
2.快慢波波形差异：快慢波通常具有不同的频率和波形特征，导致交叉相关函数值较低，影响测量准确性。
3.偏振方向非正交：快慢波的偏振方向通常不完全正交，难以分离为独立波列。
4.区域限制：交叉相关技术在地壳小型地震（通常大于5Hz）的表面观测中应用受限，但在远震（更低的频率，0.1–2 Hz）和地幔研究中表现较好（远震剪切波由于频率低且波形相似，其交叉相关技术应用更为可靠）。
4.3. 线性技术：纵横比
通过旋转地震图找到粒子运动轨迹的最大线性方向，计算其纵横比（长度/宽度）以确定快波偏振方向。快波偏振方向对应纵横比最大的方位角。
如果快慢波的时间延迟过小，纵横比技术效果较差,偏振方向非正交会导致快慢波分离难度增加。
4.4 线性技术：线性区间
通过评估方差张量最大特征值方向的线性度，监测剪切波分裂的偏振方向和时间延迟。
数据对齐和事件相似性判定存在缺陷。
关键窗口选择困难，噪声影响较大。
测量误差较高，时间延迟偏差可达200%。
4.5 线性技术：奇异协方差矩阵
通过奇异协方差矩阵提取偏振方向和时间延迟，适用于低频、干扰少的上地幔信号
在地壳复杂信号中效果较差，因剪切波与面波尾波混叠，局部地形的不规则性对结果干扰较大。
4.6 线性技术：单值分解
通过单值分解技术（SVD）提取三分量地震图的优选偏振方向，并结合交叉相关法估算快慢波分裂时间延迟。
表现出较好的抗噪性，但在地震数据分析中的某些限制（如窗口选择等）仍然存在。
4.7 互相关和线性技术的结合
在台湾集集地震的低速近地表环境下，交叉相关和纵横比技术成功结合使用。
理想条件（如几乎正交的偏振方向、较少的尾波干扰）使两种技术的结果高度一致
4.8 ANN
5. Discussion
显示技术虽具主观性，但通过标准化程序可获得一致结果；自动化技术虽声称客观，但未经验证的“客观性”可能具有误导性。