基于含可变因子广义S变换的瑞雷面波频散曲线提取方法

面波频散曲线的提取是面波资料处理的关键.鉴于S变换和广义S变换不能全时段兼顾频率分辨率和时间分辨率的缺点,提出了含可变因子广义S变换进行瑞雷面波频散曲线的提取方法.可变因子的引入使得高斯窗函数的宽度随频率发生变化时具有目的性,而不是简单地随着频率的增大而变窄.该方法可以有针对性地改善局部频段(特别是低频段和高频段)的频率分辨率及时间分辨率.通过理论模型和实际资料试算表明:含可变因子广义S变换提取面波频散曲线的方法具有可行性和实用性.     

面波压制的TT变换法

在地震勘探中,面波的频率比其他有效地震波的频率低,往往被视作干扰波而需要压制,以突出有效波。TT(time-time)变换具有很好的频率聚集能力,它将高频信号聚集在TT变换域的对角线位置,通过提取TT变换域的对角线附近的元素,就可以压制低频面波,突出反射波。对物理模型和实际数据进行处理,并与传统的高通滤波方法进行对比,结果表明:TT变换实际上是S变换的延伸,与S变换有着密切的联系,有无损可逆性,而且具有很好的频率聚集能力。TT变换在压制面波方面有较好的效果,但在提取高频、压制低频的同时,漏掉了一些低频的有效信号,同时也保留了部分高频干扰,这是TT变换在信号分析中的不足之处。因此,在实际应用中应将TT变换和S变换结合起来,避免一些解释上的假象。     

S变换和TT变换联合压制地震面波

TT变换(Time-Time transform)是基于S变换的一种新的非平稳信号处理方法,具有很好的频率聚集能力.面波的频率比反射波的频率低,通过提取TT变换域的对角线元素,就可以压制低频面波.但该方法的不足是在压制低频的同时,也保留了部份高频干扰,这些高频干扰可以用S变换来消除.首先对每一道地震数据进行S变换时频滤...     

遗传算法在瑞雷面波勘探中的应用

在瑞雷面波勘探中,根据频散曲线反演地下介质模型的问题仍未完善解决。遗传算法(Genic Algorithm)作为一种全局性搜索方法,具有不依赖初始模型,不需要偏导数等优点。通过理论模型试验研究,发现遗传算法反演频散曲线的效果优于最小二乘法、广义逆算法,并结合工程实例探讨了遗传算法在瑞雷面波勘探中的实际应用效果。结果表明,遗传算法反演频散曲线的效果理想,具有一定的发展前景。     

基于广义S变换的透射槽波埃里相识别

透射槽波勘探是查明煤矿工作面地质情况的重要物探方法之一,其频散曲线埃里相识别的合理性直接关系到后续工作面层析成像的准确性。目前,S变换已被广泛应用到频散分析中,然而由于S变换窗函数固定,其应用效果受到限制,为进一步提高频散曲线埃里相的识别精度,本文将窗函数可调的广义S变换引入到频散曲线的分析中。对广义S变换的窗函数采用时间半高宽进行分析,窗函数时间半高宽在给定频率范围内越宽,其时间分辨率低;频率分辨率增高,窗函数宽度越窄,则时间分辨高、频率分辨低。给出了时间半高宽与广义S变换参数的关系式,可根据实际情况定量调节时频分辨率。计算表明,在合理选择广义S变换参数的前提下,广义S变换能有效提高时频分辨率,改善频散曲线埃里相特征,利于解释人员准确拾取透射槽波埃里相。     

多道瞬态面波在复杂地形条件下岩层划分中的应用研究

在复杂地表条件下,利用瑞雷面波进行勘探时,需要考虑地形对瑞雷波场传播地影响。针对倾斜地表两层地质模型,通过设计不同展布方向的检波器排列进行瑞雷波信号采集,利用高精度交错网格有限差分法,讨论经过快速傅里叶变换后的地震记录F-V频率谱,通过对比信号频率谱与理论多阶频散曲线,分析在不同地形条件下瑞雷波传播能量的变化特征,并提取叠加频散曲线;运用遗传算法对采集到的地震记录进行基阶与高阶瑞雷波联合反演得到目的层厚与初始模型层厚进行误差对比;并对理论正演初始模型的频散曲线与各地质模型利用F-K法提取的频散曲线进行全局拟合误差计算。分析表明:倾斜地形进行多道瞬态瑞雷面波勘探,相对于下部激发、上部激发会产生高阶频散趋势,因此对下部激发的地震记录进行反演产生的厚度误差相对较小。     

面波基模式频散曲线提取解精度对比研究

针对不同方法提取面波基模式频散曲线精度问题,笔者分别采用τ-p变换、频率分解法、F-K变换、高分辨率线性拉东变换(High-Resolution Linear Radon Transform,简称HRLRT)对六层递增型地质模型合成瑞雷波记录进行频散能量成像,并按频散能量最大值拾取基模式频散曲线。为定量评价理论模型基模式频散曲线提取解与解析解的接近程度,引入了均方差与相关系数两种评价参数。评价结果表明,高分辨率线性拉东变换提取基模式频散曲线精度最高,均方差为11.167 8,相关系数为0.994 9;F-K变换提取基模式频散曲线精度最低,均方差为195.274,相关系数为0.515 2。     

广义S变换与短时傅里叶变换在地震时频分析中的对比研究

短时傅里叶变换(STFT)和广义S变换(GST)都被应用到地震时频分析中,但对两者在信号分析过程中的特点和差异的研究相对较少。通过比较两者的理论公式、窗口函数及地震信号的实际处理效果发现:短时傅里叶变换在地震信号分析过程中整个时频域具有相同的分辨率,整体性较强,缺少时频聚焦能力,不能对信号重点观测区域有针对性的提高时频分辨率;广义S变换对地震高频信号具有较高的时间分辨率,对低频信号具有较高的频率分辨率,且可以通过改变参数p的值对广义S变换窗口函数的形态做出较大的调整,也可以改变λ的值实现窗口形态微调,通过对窗口函数的调整,广义S变换可以对信号特定区域进行时频聚焦。     

面波频散能量谱计算方法

面波频散能量谱成像精度是近地表横波速度计算的重要影响因素,有效提取面波频散曲线是后续反演地层结构及介质物性参数的重要环节。文中论述了τ-p变换法（τ为垂直波慢度,p为水平波慢度）、高分辨率线性Radon变换法、频率分解法、相移法、f-k变换法（f为频率,k为波数）、SFK变换法和矢量波数变换法等7种不同面波频散能量谱计算方法的基本原理;通过上述方法,对三层速度递增水平层状介质模型正演模拟合成Rayleigh波记录进行频散能量谱计算,并与理论频散曲线进行比较;根据所得频散能量谱,分析不同方法在数据处理过程中的特点与应用差异。结果表明：在提取频散曲线过程中,高分辨率线性Radon变换法和矢量波数变换法提取精度较高,f-k变换法提取精度最低,低频信息与高频信息无法有效识别;SFK变换法、矢量波数变换法、高分辨率线性Radon变换法抗噪性能强;τ-p变换法、f-k变换法、相移法计算速度优于其他方法。     

瑞雷面波频散特征的时频分析方法及应用

在非平稳信号的处理中,信号在任一时刻附近的频域特征都很重要,而时频分析就是处理非平稳信号的重要工具。瑞雷面波在传播过程中发生频散,属于典型的非平稳信号。这里用时窗长度为分析频率分量周期五倍的改进短时傅里叶变换,对面波信号进行分析,得到其时频谱图。瑞雷面波的时频谱图反映出面波中各个频率成份到达接收点的时间,由此可计算出各个单色波的相速度,从而求出面波的频散曲线。根据相速度、频率、波长的关系,最终能够求出工程中常用的速度-深度图。     

基于多模态分离的面波谱分析方法

面波频谱分析法(SASW) 作为一种横向分辨率较高的瑞雷面波勘探方法, 由于计算得到的基阶面波频散曲线存在较大误差以及无法获得高阶模式频散曲线而在应用中受到限制.通过应用Fourier变换方法(FT法) 分离提取面波各模态数据, 进而对分离后的各模态数据利用SASW法计算频散曲线.通过模型实例分析得出: (1) 利用SASW计算基阶面波频散曲线时必须分离得到基阶面波数据, 然后计算才能得到正确的结果; (2) 基于多模态分离的SASW法可以计算得到面波高阶模式的频散曲线.      

基于S变换的瑞利面波频散分析

提取面波频散曲线是面波资料处理中最关键的一步。由于时频分析方法的局限,提出了利用S变换进行瑞利面波频散分析的方法,并给出了具体算法。该方法在时间频率域中计算相邻两道面波记录同一频率的时间差,再利用道间距除以该时间差来得到该频率对应的相速度,这样避免了在道间距较大的情况下,传统的相位谱法可能造成相位差的缺陷。通过理论模型和实际资料对该方法进行了验证。结果表明,该方法能够提高瑞利面波频散曲线的提取精度,而且算法简单,具有一定的实用性。     

广义S变换在地震勘探中的研究进展

广义S变换是目前比较新的一种非平稳信号分析的时频分析方法,其特点和优势为广义S变换的反变换与傅立叶变换有直接的联系,保证其是无损变换;线性变换保证其不存在交叉项;时频分辨率与信号的频率有关;基本小波不必满足容许性条件;尺度性质使得广义S变换有很好的频率聚集能力。基于这些特点和优势,在地震勘探中已经有了广泛的应用,如利用广义S变换进行瑞利面波频散分析、时频域波场分离与去噪、沉积相旋回以及地震波初至识别等。笔者总结了应用中比较有代表性的广义S变换类型,并结合实例,阐述了该方法在地震勘探中的研究进展。     

基于F-K变换的井下多道瑞利波频散曲线提取

井下瑞利波勘探中频散曲线的提取多采用基于两道之间互相关的表面波谱分析法,此方法仅能提取基阶模式的瑞利波频散曲线.为了能够获得多阶模式频散曲线,提高煤矿井下瑞利波勘探的探测距离和精度,运用基于F-K变换的多道瑞利波频散曲线提取方法处理井下地震数据.针对井下地震数据的特点对方法进行了改进,在利用合成数据验证方法的有效性后,将其应用于工作面内部构造探测中,并从中获取了具有多阶模式的瑞利波频散曲线,从而证实了当煤层中存在断层时多阶模式瑞利波的存在.     

瑞利波频散成像方法的实现及成像效果对比研究

瑞利波勘探方法广泛应用在各种工程勘察领域中,其中快速准确的瑞利波频散成像方法是进行瑞利波勘探方法的关键因素之一。这里通过理论数据详细介绍了三种频散成像方法的实现过程,并深入分析了不同方法的频散成像效果,通过对比发现,F-K变换法和τ-p变换法虽可以清晰地看出瑞利波能量的分布特点,但并不利于频散曲线的提取,而相移法则具有更好的频散成像效果,可以得到更高频率和更高阶次的瑞利波频散曲线。     

广义S变换时频分析在广域电磁法数据处理中的应用

广义S变换是一种可逆的局部时频分析方法,是短时傅里叶变换和小波变换的延伸和推广。利用广义S变换对广域电磁时间序列数据进行分析,除了可以划定噪声区域便于实施滤波去噪之外,还可以提高数据频谱分析精度。针对广域电磁数据特点,基于广义S变换提出了适合广域电磁法的广义S变换处理流程,进行了信号的仿真实验。同时,也对广域电磁法实测数据进行了处理,高信噪比数据的处理结果证实了广义S变换的有效性和准确性。强干扰数据处理的结果表明,获取的信号质量比基于傅里叶变换的传统方法有明显提高。处理效果表明,提出的方法适用于广域电磁法数据处理。     

密集线性台阵地震背景噪声速度成像及其在湖南沃溪金钨锑矿勘探中的应用

多道面波分析技术在近地表勘探领域有着广泛应用,准确的提取频散曲线成为面波勘探成像的关键。文章介绍了一种新的地震背景噪声互相关面波频散成像方法——拓距相移法。该方法在传统相移法的基础上,利用阵内相移对小孔径范围的面波中高频信号进行提取,并利用阵外相移对大孔径范围的面波中低频信号进行提取,然后将两部分频散曲线融合从而得到更宽频带的面波频散曲线用于地下速度结构的反演。该方法在保证对近地表结构进行较高分辨率成像的同时,大大增加对深部结构的有效约束。2019年9月到10月期间,作者在湖南沃溪布设了8条密集测线,进行了1个月的地震背景噪声数据采集,并利用上述拓距相移法提取了0.1~2 s的瑞利面波宽频带相速度频散曲线。通过初步反演其中3条测线的背景噪声数据,获得了该矿区深度2.5 km以浅的地震横波速度结构。经与已知地质资料比对,160测线的地震横波速度反演结果与断层、岩性分界面及矿脉有着较好的对应关系,表明获得的沃溪矿区地震横波速度结构较好地反映了控矿构造、岩性分界以及矿体的分布位置等信息,为该区中—深部找矿提供了重要依据。该研究利用实际数据检验了拓距相移法的有效性,为今后深部找矿提供了一个有效的高精度成像方法。     

随机介质模型中瑞雷波正演模拟及波场特性分析

为了研究介质的不均匀性对瑞雷波波场特性的影响,利用高精度交错网格法对不同自相关长度的随机介质模型在不同震源主频率时的波场进行了正演模拟,并应用相移法提取了频散曲线。通过对比波场快照、单道记录及分析频散曲线可以得出:随机介质中的不均匀体会导致瑞雷波传播能量的减弱,并使波的到达时间发生变化;大于或与波长相当的不均匀体随机介质以及由细密薄层构成的地层介质对频散曲线影响较大,这种情况下进行瑞雷波勘探时不能将其视为均匀介质。     

小波包变换在面波分离中的应用

作为一种时频分解方法，小波包变换有着广泛的用途，它不仅优于小波变换，而且与传统Fourier变换相比，它能刻画出具有相同频率的有效波与面波在时间一空间域的分布，然后可以从中分离面波，再进行重构，即可得到分离面波后的结果，该方法在成功分离面波的同时，可使有效波的能量（尤其是其低频能量）损失减小，有效地保持信号的频宽不变，提高记录的信噪比。实际资料的处理结果表明，此方法在分离面波方面具有良好的效果。     

基于多模式分离的S变换与小波变换提取面波频散曲线对比分析

为了对比分析小波变换和S变换在计算瑞雷波频散曲线时的精度,通过设计两层介质和六层介质模型,采用交错网格高阶有限差分方法对两个模型进行正演模拟,利用F-K法分离出时间—空间域不同模态的瑞雷波记录,再采用小波变换和S变换计算出不同模态的瑞雷波频散曲线,分别与理论值进行对比分析,最后利用两种方法对实际资料进行处理。结果表明:利用小波变换计算得到的频散曲线在低频段误差相对较大,S变换计算得到的频散曲线精度总体高于小波变换。