高铁震源地震信号的挤压时频分析应用

我国每天有数千趟高铁列车驰骋在纵横交错的高铁线路上,构成了十分理想的均布震源,但寻找适合高铁震源地震信号的处理方法是充分挖掘信息的关键.传统的频谱分析结果表明高铁震源所产生的地震信号具有明显的窄带分立谱特征,但无法精确获得高铁震源地震信号的时频变化规律.本文首次将挤压时频分析这种分析工具引入到高铁震源地震信号处理中,对中国南方某高铁沿线采集到的高铁震源地震数据进行了分析.处理结果表明:利用挤压时频分析能够更加精确地刻画频率成分随时间的变化,能够利用单检波器精确刻画高铁列车的运行状态(匀速、加速等);同时利用挤压时频变换还可高精度地重构出所需频带的信号,为提取高铁震源地震信号的特征成分提供了一种有力工具.     

用于陆上宽频地震采集的设备及应用实例

宽频带、宽方位、高密度地震数据采集是近年地震勘探的重要发展方向,随着现代电子设备的可靠性大幅度提高,使得"两宽一高"采集技术得以推广应用。本文重点介绍陆上地震采集可控震源设备(Nomad系列)和数字检波器(DSU1-508)针对采集需求所做的技术改进,如何在保证生产效率、降低采集成本的前提下,使高密度采集成为可能,并满足深层勘探和高精度勘探的需求。通过分析高密度采集数据的处理结果并与常规采集效果进行对比,结果表明新一代设备在拓宽频带,提高分辨率的同时,极大地改善了成像质量。     

可变频震源混合采集数据波场分离研究（英文）

常规混合震源采集方法中混合震源包含的子震源激发频率相同,勘探中每个震源须产生相应满时频带的信号,但一般情况下需要相当比较高的工业水准以激发和操作宽频带震源,合针对这一问题提出了可变频震源混合采集和分布式混合采集(Berkhout and Blacquiere,2011),混合震源中单震源间的频带和主频互不相同,其采集方式具有优势,但研究发现,当常规混合震源采集和可变频混合震源采集采用同样的混合震源编码和波场分离方法时,该新采集模式的分离信噪比比常规混合模式低。针对此问题,我们提出了适用于这种采集模式的波场分离方法,该方法是引入压缩小波变换对可变频震源混合采集数据进行波场分离,结果不但波场分离信噪比提高了,而且计算时间也是普通方法的1/3。     

宽频带地震学与中强地震破裂过程的研究

宽频带地震学是近年来地球物理学科的重要进展之一，现代的观测技术实现了仪器在很宽的频带范围内记录数字地震信号，宽频带资料含有更真实和更全面的震源和地下介质的信息，利用宽频带资料可以对广泛的地球物理问题进行研究，中强地震的破裂过程是一个非常重要的研究课题。利用宽频带地震学的分析手段，可以得到更加精细的破裂图象，未来的十年里，宽频地震学将会是地震学发展的一个主要方向。     

速度、加速度检波器在超深层地震勘探中应用效果分析——以川南赤水地区为例

川南地区重要产气层之一的震旦系灯影组埋深约9000 m,以往多期地震勘探未能取得高品质资料,原因之一就是灯影组反射信息频率较低,而常规检波器(六串两并20DX-10 Hz速度型检波器)在低频段衰减严重,未能完整接收到地震反射信息.为得到深层高品质的资料,在川南赤水地区开展了不同类型检波器试验研究工作,首先研究了3种检波器(20 DX-10 Hz速度型检波器、自然频率5 Hz速度型检波器、单点陆用压电加速度检波器)的幅频特征,分析了不同检波器对低频信号接收能力的差异;对比测试了3种检波器对主频为25 Hz的雷克子波的波形、频率响应;结合实际地震资料,分析了加速度型检波器的实际地震资料在加速度域和速度域的频率特征;最后将加速度检波器地震资料转换至速度域,与其他两种速度型检波器地震资料对比分析得到以下认识:(1)加速度检波器具有宽频带特性,对提高分辨率较为有利,适用于勘探目的层相对较浅地区的高分辨率勘探.(2)加速度检波器地震资料在加速度域、速度域两种不同域的资料差别较大,前者积分转换虽然提高了低频段响应但频带变窄,不利于提高分辨率,生产中使用原始域数据更为合适.(3)野外实际资料表明,低频速度型检波器在保持常规20DX-10 Hz的勘探效果的基础上提高了低频段的响应,与加速度检波器转域后的低频效果接近,频带比加速度检波器转域后要宽,更加适合超深层地震勘探.     

地震波衰减规律及其恢复方法

针对地面地震分辨率低,不能有效识别薄层储层、薄层地层等问题,本文通过地震波衰减规律的分析,提出了一种恢复地震波高频衰减获得宽频带地震剖面的方法,从而大幅度地提高了地震分辨率.应用双井微地震测井资料对松辽盆地地震波动力学特征研究表明,地震波衰减规律是在近地表低速层和近地表低速层的近震源区地震波高频衰减巨大,而在高速层地震波高频衰减很小.药量大近震源区地震波高频衰减大,药量小近震源区地震波高频衰减小.那么,近震源区和近地表低速层对地震波的衰减是地面地震资料频带窄、分辨率低的主要原因.据此提出了如下确定性反褶积方法,用双井微地震测井资料求取近震源区、近地表低速层和虚反射等滤波因子,用其对地面地震资料作确定性反褶积处理,从而恢复近震源区、近地表低速层等几种因素的地震波衰减,将大药量激发地表接收的地面地震延拓成小药量激发高速层接收的宽频带地震.应用该方法对松辽盆地优势频带宽5~90 Hz,视主频50 Hz的地面地震资料处理后,地震剖面优势频带宽达5~360 Hz,视主频达180 Hz,使常规地震剖面分辨率提高2倍.具体的说松辽盆地中部含油组合的地面地震分辨能力由9~15 m提高到3~5 m.宽频带地震剖面与160 Hz的人工合成地震记录对比符合的很好,表明其处理结果是正确.该成果在油气勘探开发中的油气储层预测、构造学研究、沉积学研究等方面有重要的意义.     

北京地震台gPhone重力仪同震响应特征分析

地震的同震响应包含了地震破裂及传播过程中的大部分信息,因此可用这些同震信息对地震震源的一些参数进行估计。2014年9~12月,马鲁古海发生5次M_S6.1~7.1强震,北京地震台的gPhone重力仪均有同震响应。本文从首波初至、地震频带响应、地震面波、同震变形幅度、同震持续时间等方面分析了重力仪的同震响应特征,并与STS-2宽频带地震计进行了波形对比分析。结果表明,相对于宽频带地震计,gPhone重力仪亦能提供丰富的由地震引起的地面运动信息,其首波初至、地震频带响应等与宽频带地震计有高度相似,且gPhone重力仪对长周期地震面波的响应很好,表现出其独有的特性。     

滩浅海两栖地区油气地震勘探激发接收技术研究

针对海陆两栖地区地震勘探激发、接收中存在的问题,通过改造炸药震源的装药结构和起爆方式,研制出了一种新型激发震源,提高了激发信号的品质,减小了与气枪震源之闻的信号差异;在接收技术上,研制了新型压电检波器以代替常规的沼泽机电检波器,提高了接收地震信号的频率,实现了水陆相同感应机理的检波器同时接收地震信号,消除了两种不同检波器造成的信号差异;通过对两种新技术的试验分析,认为明显提高了地震资料的分辨率和信噪比,促进了海陆两栖地区地震勘探技术的发展．     

苏里格气田可控震源高精度地震采集技术

鄂尔多斯盆地苏里格气田气层单砂体厚度薄,非均质性强,地层反射波能量和频率衰减严重,地震资料品质不稳定,资料分辨率较低．近年来当地推进生态环保工作,对以往的炸药震源作业模式存有疑虑,制约了本区的地震勘探进程．针对这些难点,本文从基于AVO分析的观测系统设计、基于低频可控震源的“两宽一高”采集技术、基于提高资料信噪比的组合接收技术等方面进行研究．运用模型正演、反射系数能量变化相对陡度、实际资料定性与定量分析,设计了可控震源施工观测系统方案．利用驱动幅度-频率曲线设计了低频信号,针对地震采集压制谐波干扰的方法进行了分析及试验．通过检波器组合试验分析,在信噪比相对低的地区采用检波器组合接收方式,能够提高地震资料的信噪比．采用可控震源高精度地震采集技术,获得了高密度、宽方位、高品质的地震资料．     

高密度偏移技术原理与应用(英文)

针对宽频带高分辨率地震剖面的空间假频问题,本文提出了高密度偏移处理的解决方案。首先对地震空间假频的定义进行了分析,认识到偏移地震剖面与叠加地震剖面中的空间假频是有差异的,偏移地震剖面比叠加地震剖面更易产生空间假频。其次根据地震波动理论,认为野外空间低密度采集的地震信号,包含着地下高密度的地质信息,进而提出地震偏移输出是新的空间采样过程,只要地震叠前时间偏移输出高密度采样,CDP道间距足够小,就可以防止宽频带高分辨率偏移剖面的空间假频。利用二维地震正演模型分析高密度偏移方法的可行性,表明低密度采集的地震数据高密度空间采样叠前偏移处理可以消除地震空间假频噪声。对松辽盆地大庆油田低密度采集的地震资料高密度叠前偏移及提高分辨率处理后,消除了宽频带高分辨率地震的空间假频,宽频带高分辨率地震剖面地震空间分辨率明显提高。     

基于高铁震源简化桥墩模型激发地震波的数值模拟

高铁列车运行过程中绝大部分时间都是行驶在高架桥上的,高铁列车经过桥梁时,通过与大地耦合的桥墩激发地震波发震过程和平地不完全一样.本文探索高铁列车行驶经过高架桥桥墩,通过桥墩对地下介质激发地震波的机理及过程.为了便于理论分析,文中将高铁列车简化为在高架桥上沿一个方向运动的移动线源,通过每节车厢前后组轮对,对每一个桥墩施加力的作用,而桥墩插入地面几十米深至围岩,与表层土壤和深层围岩双重耦合,由此给出高铁列车通过桥墩激发地震波的震源时间函数.同时,基于广义连续介质力学框架下的修正偶应力理论,推导包含介质特征尺度的弹性波动方程,并应用此弹性波动方程以及构建的高铁震源时间函数,采用优化的交错网格有限差分算法,实现数值模拟,将合成的地震记录与实际地震记录对比分析,其结论将为进一步的基于高铁震源的成像和反演研究提供理论依据.     

背景噪声中地震信号的可识别判据及量化验算

背景噪声与地震信号的强度或周期差异决定地震震相是否可从视觉上有效识别.为寻找平稳背景噪声中地震信号的视觉可识别判据,研究能反映两者频率差异及强度差异的参量用于上述两种信号对比,得到背景噪声中地震信号视觉可识别条件的量化判据,并用实际观测资料及仿真数据进行验证.在此基础上,针对功率谱计算过程中的校正环节进行讨论,利用Albuquerque实验室给出的测试实例阐明USGS标准中功率谱计算的规范步骤及细节.     

Prediction of high-speed train induced ground vibration based on train-track-ground system model

The development of analysis on train-induced ground vibration is briefly summarized. A train-track-ground integrated dynamic model is introduced in the paper to predict the ground vibration induced by high-speed trains. Representative dynamic responses of the train-track-ground system predicted by the model are presented. Some major results measured from two field tests on the ground vibration induced by two high-speed trains are reported. Numerical prediction with the proposed train-track-ground model is validated by the high-speed train running experiments. Research results show that the wheel/rail dynamic interaction caused by track irregularities has a significant influence on the ground acceleration and little influence on the ground displacement. The main frequencies of the ground vibration induced by high-speed trains are usually below 80 Hz. Compared with the ballasted track, the ballastless track structure can produce much larger train-induced ground vibration at frequencies above 40 Hz. The vertical ground vibration is much larger than the lateral and longitudinal components.     

基于地震信号波形形态差异的面波噪声稀疏优化分离方法

实际地震信号通常可表示为具有波形特征差异的多种基本波形信号的线性组合,如叠前道集中的工频干扰噪声与有效波信号、面波噪声与体波信号等.选择单一数学变换方法,往往不易实现地震信号的稀疏表示.近年来发展的形态成分分析理论,通过联合多种数学变换,可实现对复杂信号的稀疏表示.本文根据单道地震记录中面波与体波信号波形结构特征的差异性,提出一种基于形态成分分析的面波噪声衰减方法.针对面波的低频、窄带以及频散特性选择一维平稳小波变换作为其稀疏表示字典,而针对体波波形的局部相关特性选择局部离散余弦变换作为其稀疏表示字典,建立基于双波形字典的形态成分分析模型,通过求解该稀疏优化问题获得最终的信噪分离结果.理论模型和实际地震资料处理证实该方法不仅能够衰减单炮地震记录中的强面波干扰噪声,同时能够更好地保护有效信号的波形特征与频谱带宽,为地震资料的后续处理和分析提供良好的数据基础.     

移动线源的Green函数求解及辐射能量分析:高铁地震信号简化建模

在基于人工主动源的勘探地震学中,往往采用固定位置和激发时间的点源数学模型来描述爆炸型震源或可控震源,因此就有了描述单点力源作用下的弹性全空间或半空间中弹性波传播的Green函数,成为了勘探地震学的重要理论基础.而如今,行进中的高速列车(高铁)是一种全新的主动源,其接近匀速的运行速度、确定的长度和荷载使其可以被重复利用.本文将行进中的高铁在数学上简化建模为一个移动线源来进行研究,给出了这一震源作用下的弹性半空间和全空间中Green函数的计算方法,并分别讨论了全空间中远场Green函数的频谱特征和空间辐射能量的方向性特点,以及半空间中Green函数与近场观测数据的对比结果,为高铁震源下的地震波传播规律和振动信号的研究与利用提供帮助.     

新冠肺炎疫情对佘山与大洋山地震台背景噪声的影响

人类的生产生活产生的振动会以高频地震波的形式被地震台站所记录。2020年1月,新冠肺炎疫情爆发,为了应对此次疫情,各地政府分别启动应急响应,国内地震记录出现最长、最突出的人为地震降噪期。各地震台站背景噪声显著下降,在人口稠密及工业发达地区尤为明显。同时,静噪期为探测地下地震源的微弱信号提供了可能。静噪期内,佘山地震台2 Hz频点背景噪声功率谱密度值比平时降低10 dB,而大洋山地震台10 Hz频点背景噪声功率谱密度值较平时降低约5 dB;佘山地震台2—10 Hz以及大洋山地震台10 Hz以上频率的背景噪声受静噪期影响明显。结合地震台站所处位置分析,疫情期间佘山地震台附近人口流出较多,2—10 Hz频率的背景噪声变化明显;大洋山地震台背景噪声则受工厂、轮渡、高速汽车等影响较大,f ≥10 Hz的背景噪声变化显著,而频率在2—10 Hz则无明显变化,表明该台人口总数趋于平稳。地震噪声和人类活动之间的相关性表明,地震学研究可以提供实时人口动态估计。     

高铁地震数据干涉成像技术初探

高铁运行会引起铁轨的震动,从而产生地震波向地下介质中传播,通过研究该地震波可对高铁沿线的地质情况进行持续监测.与常规地震勘探中的震源相比,高铁地震中的震源较为复杂,为移动震源,而地震干涉技术可以通过地震记录间的相互干涉,消除震源的影响,因此可利用地震干涉技术对高铁地震信号进行处理并成像.本文通过分析研究,总结出地震干涉方法在处理高铁地震数据时的关键技术问题:不同于常规地震干涉中先干涉后叠加的干涉成像方式,高铁地震移动源的特点使得干涉顺序变为先叠加后干涉,由此带入了大量震源串扰噪声;初步提出两种解决高铁地震干涉成像的思路:通过对高铁地震信号的处理,使高铁变相"提速"或"降速",给出了"提速"或"降速"后各自的成像思路,并给出了数据处理的技术设想.     

改进的标准化累积绝对速度及其在高速铁路地震报警应用中阈值的确定

为降低无破坏性的近震小震对高速铁路地震报警的干扰,本文引入改进的标准化累积绝对速度作为报警参数,研究基于改进的标准化累积绝对速度地震报警阈值计算方法。通过建立车轨模型,分析不同周期横向简谐波作用下的列车安全运行极限状态,得出不同车速下改进的标准化累积绝对速度的起算阈值。参照标准化累积绝对速度CAV_STD计算公式,给出不同车速下改进的标准化累积绝对速度计算公式,并计算不同时速下列车分别在6条不同场地地震波作用下改进的标准化累积绝对速度报警阈值。     

可作为新震源的列车振动及实验研究

利用地震仪器对火车通过大同—秦岭铁路线产生的振动进行了观测. 观测中使用了两套宽频带地震仪和一套短周期地震仪,共获得距铁路0～2.15km的9个观测点的38次列车振动观测数据,全部记录均可分辨出清晰的地震波形. 研究表明：运动列车会在铁路沿线2～3km范围内产生明显的地面振动,接收到的振动频谱在0.05～20Hz范围内平坦,信号频带较宽,观测重复性好. 列车振动为利用地震勘探方法探测地下浅层结构提供了一种重复性很好的新震源.