3D高阶抛物Radon变换在不规则地震数据保幅重建中的应用

3D地震数据不规则采样缺失重建是地震勘探数据处理流程中的重要问题.本文提出了一种基于具有保幅特性的非均匀高阶抛物Radon变换(NHOPRT)地震数据重建方法.在最小二乘反演方程中引入Delaunay三角网格剖分来计算空间不规则加权系数,从而获得最接近完整规则数据的高阶抛物Radon变换域系数.在用SVD求解反演方程过程中,利用高阶抛物Radon变换算子在频率域为指数函数,具有线性可分解特性,将二维空间的高阶抛物Radon变换算子分解为两个独立的一维空间变换算子,减小了变换算子的矩阵大小,从而很大程度地提高了计算效率.理论模型和实际地震数据重建测试证明了本文方法的有效性以及实用性.     

3D高阶抛物Radon变换在不规则地震数据保幅重建中的应用

3D地震数据不规则采样缺失重建是地震勘探数据处理流程中的重要问题.本文提出了一种基于具有保幅特性的非均匀高阶抛物Radon变换（NHOPRT）地震数据重建方法.在最小二乘反演方程中引入Delaunay三角网格剖分来计算空间不规则加权系数,从而获得最接近完整规则数据的高阶抛物Radon变换域系数.在用SVD求解反演方程过程中,利用高阶抛物Radon变换算子在频率域为指数函数,具有线性可分解特性,将二维空间的高阶抛物Radon变换算子分解为两个独立的一维空间变换算子,减小了变换算子的矩阵大小,从而很大程度地提高了计算效率.理论模型和实际地震数据重建测试证明了本文方法的有效性以及实用性.     

基于非均匀曲波变换的高精度地震数据重建

在野外数据采集过程中,空间非均匀采样下的地震道缺失现象经常出现,为了不影响后续资料处理,必须进行高精度数据重建.然而大多数常规方法只能对空间均匀采样下的地震缺失道进行重建,而对于非均匀采样的地震数据则无能为力.为此本文在以往多尺度多方向二维曲波变换的基础上,首先引入非均匀快速傅里叶变换,建立均匀曲波系数与空间非均匀采样下地震缺失道数据之间的规则化反演算子,在L1最小范数约束下,使用线性Bregman方法进行反演计算得到均匀曲波系数,最后再进行均匀快速离散曲波反变换,从而形成基于非均匀曲波变换的高精度地震数据重建方法.该方法不仅可以重建非均匀带假频的缺失数据,而且具有较强的抗噪声能力,同时也可以将非均匀网格数据归为到任意指定的均匀采样网格.理论与实际数据的处理表明了该方法重建效果远优于非均匀傅里叶变换方法,可以有效地指导复杂地区数据采集设计及重建.     

抛物Radon变换法近偏移距波场外推

本文给出了抛物Radon变换的基本原理,以及部分动校正后的CMP道集抛物线近似有效性的证明,基于带限正反最小平方抛物Radon变换的Levinson递推算法,对缺失的近偏移距地震波场进行叠前重建和外推.给出了抛物Radon变换法地震道重建外推的基本原理和叠前地震数据规则化的处理流程,另外对于Radon域均匀采样的情形,本文给出了均匀层状介质和Marmousi模型的近偏移距外推结果,计算结果验证了算法的稳定性和适用性.     

λ-f域加权抛物Radon变换地震数据重建方法研究

大多数地震处理技术都要求地震数据具备完整性和规则性,然而,由于诸多因素的影响,地震勘探所采集到的资料普遍存在数据缺失,需要对地震数据进行重建.本文在传统Radon变换重建的基础上提出一种λ-f域加权抛物Radon变换的地震数据重建方法.通过引入新变量λ,消除了Radon变换算子对频率的依赖,使得Radon变换算子及算子的逆只需计算一次,显著提高了计算效率.同时,在λ-f域抛物Radon变换迭代计算过程中引入变化的权系数,更好地实现了λ-f域的能量聚焦.理论模型及实际数据试算表明,文中方法对地震数据重建精度较高,单道对比吻合较好.     

一种基于压缩感知的地震数据重建方法及其在城市活断层地震勘探中的应用

在城市地区采用地震勘探方法时,由于地表障碍物、地形等因素的影响,地震检波器不能按照观测系统设计规则布设,采集的地震数据存在道缺失,常规的浅层地震数据处理方法由于没有采用数据重建方法,因此会影响地震数据处理和解释的效果.压缩感知技术被引入到地震勘探中已经有十余年,但都是在石油地震勘探中应用,其原因是石油地震勘探数据量大,信噪比高.由于浅层地震勘探的覆盖次数小,信噪比低,在浅层地震勘探中应用压缩感知技术存在一定的挑战,能否应用压缩感知技术于城市浅层地震勘探尚未可知.本文对压缩感知理论在浅层地震勘探中的应用进行探索,将模拟的压缩感知采集的数据进行重建;以曲波变换为稀疏变换,通过构造0-范数的一种逼近函数建立稀疏反演模型,并提出了一种快速的求解方法.模拟数据实验表明,本文方法能够很好的对缺失地震数据进行重建.对某地区地震活断层勘探的实际地震数据进行了模拟的压缩感知采样和数据重建,并对原始数据、压缩感知采集数据和重建数据分别进行了相同的地震数据处理,偏移成像结果验证了基于压缩感知的重建方法能够获得和常规采集数据相当的处理结果.本文验证了基于压缩感知的地震数据重建技术在浅层地震勘探中的可行性,为后续的研究打下了良好的基础.     

基于分数阶傅里叶变换的混合Cadzow滤波法

常规频率域SVD滤波法在随机噪声压制处理时,容易造成弯曲同相轴损伤。针对这一问题,本文提出一种基于分数阶傅里叶变换的混合Cadzow滤波法压制三维地震数据中随机噪声的方法。首先应用分数阶傅里叶变换,将地震数据变换到时频面,再依据Eigenimage滤波法与Cadzow滤波法建立混合的高维Hankel矩阵,然后对其运行奇异值分解,最后通过秩约化的方法来压制随机噪声。此方法用于四川某地区的地震数据处理,结果表明该方法可有效地去除随机噪声,保护有效信号,提高叠后地震数据的信噪比。     

基于3D加权高阶抛物Radon变换远偏移距地震数据保幅重建

在深部地震勘探中,远偏移距数据缺失重建是非常重要的工作.利用抛物Radon变换方法重建时,经过部分动校正后的数据在近偏移距和中偏移距的同相轴近似于抛物型,但是处于远偏移距位置的同相轴偏离于抛物型,特别是浅层同相轴,会导致远偏移距缺失的数据重建效果不佳.本文基于高阶抛物Radon变换地震数据保幅重建理论,重点分析了不同偏移距以及缺失程度对重建效果的影响,提出根据数据缺失模型来确定迭代过程中加权系数的3D高阶抛物Radon变换重建方法.同时,在反演求解目标函数的最小二乘解时应用SVD方法来求解Radon域系数,得到高精度的求解结果.该方法在大道间距数据内插、远偏移距缺失数据重建中都取得满意的效果.     

预条件共轭梯度法在地震数据重建方法中的应用

基于最小平方的Fourier地震数据重建方法最终转化为求解一个线性方程组, 其系数矩阵是Toeplitz矩阵,可以用共轭梯度法求解该线性方程组.共轭梯度法的迭代次数受系数矩阵病态程度的影响,地震数据的非规则采样程度越高,所形成的系数矩阵病态程度越高,就越难收敛和得到合理的计算结果.本文研究了基于Toeplitz矩阵的不同预条件的构造方法,以及对共轭梯度法收敛性的影响.通过预条件的使用,加快了共轭梯度法的迭代速度, 改进了共轭梯度算法的收敛性,提高了计算的效率.数值算例和实际地震数据重建试验证明了预条件共轭梯度法对计算效率有很大的提高.     

基于L1-L1范数稀疏表示的共偏移距道集地震数据重建方法

传统地震数据稀疏重建方法面临着:(1)叠前共炮点道集或CMP道集反射波为双曲线型同相轴,地震数据重建会损害有效波;(2)地震信号存在噪声和畸变,要求重建方法具有较好的噪声鲁棒性.针对这两个问题,提出一种基于L_1-L_1范数稀疏表示的共偏移距道集地震数据重建方法.该方法利用了共偏移距道集中地震波为水平同相轴,无道间时差,满足空间重建要求,和L_1-L_1范数稀疏表示具有较好的噪声鲁棒性.首先抽取共偏移距道集地震数据,并根据地震采集信息构造复合采样矩阵,然后采用L_1-L_1范数稀疏表示对数据稀疏重建后,再将数据反变换回共炮点道集或CMP道集,能够同时实现地震信号稀疏重建和随机噪声压制.理论模型和实际数据试算结果验证所提方法具有较好重建精度和噪声鲁棒性.     

Geological Observations of Damage Asymmetry in the Structure of the San Jacinto, San Andreas and Punchbowl Faults in Southern California: A Possible Indicator for Preferred Rupture Propagation Direction

We present new in situ observations of systematic asymmetry in the pattern of damage expressed by fault zone rocks along sections of the San Andreas, San Jacinto, and Punchbowl faults in southern California. The observed structural asymmetry has consistent manifestations at a fault core scale of millimeters to meters, a fault zone scale of meters to tens of meters and related geomorphologic features. The observed asymmetric signals are in agreement with other geological and geophysical observations of structural asymmetry in a damage zone scale of tens to hundreds of meters. In all of those scales, more damage is found on the side of the fault with faster seismic velocities at seismogenic depths. The observed correlation between the damage asymmetry and local seismic velocity structure is compatible with theoretical predictions associated with preferred propagation direction of earthquake ruptures along faults that separate different crustal blocks. The data are consistent with a preferred northwestward propagation direction for ruptures on all three faults. If our results are supported by additional observations, asymmetry of structural properties determined in field studies can be utilized to infer preferred propagation direction of large earthquake ruptures along a given fault section. The property of a preferred rupture direction can explain anomalous behavior of historic rupture events, and may have profound implications for many aspects of earthquake physics on large faults.     

Spatial-temporal characterization of the San Andreas Fault by fault-zone trapped waves at seismic experiment site,Parkfield, California

In this article, we review our previous research for spatial and temporal characterizations of the San Andreas Fault (SAF) at Parkfield, using the fault-zone trapped wave (FZTW) since the middle 1980s. Parkfield, California has been taken as a scientific seismic experimental site in the USA since the 1970s, and the SAF is the target fault to investigate earthquake physics and forecasting. More than ten types of field experiments (including seismic, geophysical, geochemical, geodetic and so on) have been carried out at this experimental site since then. In the fall of 2003, a pair of scientific wells were drilled at the San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD) site; the main-hole (MH) passed a ～200-m-wide low-velocity zone (LVZ) with highly fractured rocks of the SAF at a depth of ～3.2 km below the wellhead on the ground level (Hickman et al., 2005; Zoback, 2007; Lockner et al., 2011). Borehole seismographs were installed in the SAFOD MH in 2004, which were located within the LVZ of the fault at ～3-km depth to probe the internal structure and physical properties of the SAF. On September 282004, a M6 earthquake occurred ～15 km southeast of the town of Parkfield. The data recorded in the field experiments before and after the 2004 M6 earthquake provided a unique opportunity to monitor the co-mainshock damage and post-seismic heal of the SAF associated with this strong earthquake. This retrospective review of the results from a sequence of our previous experiments at the Parkfield SAF, California, will be valuable for other researchers who are carrying out seismic experiments at the active faults to develop the community seismic wave velocity models, the fault models and the earthquake forecasting models in global seismogenic regions.     

2014年美国加州纳帕M_W6.1地震断层参数的Sentinel-1A InSAR反演

2014年8月24日,在美国加州旧金山海湾北部的纳帕地区发生了MW6.1地震.发震断层是西纳帕断裂系统中的一部分,但是该断层之前并未被足够重视.本文利用欧洲空间局最近发射成功并刚刚投入使用的Sentinel-1A卫星获取的第一对同震干涉像对(20140807-20140831),得到了该地震的地表同震形变场,结合震后24h内区域GPS同震形变资料作为约束条件,反演了纳帕地震的断层几何参数以及滑动分布.Sentinel-1A干涉结果表明,此次地震造成了明显的地面形变,视线向最大抬升和最大沉降量均达到了10cm.联合反演结果表明,该发震断层的走向为344°,倾角为80°.主要破裂以右旋走滑为主,平均倾滑角为-146.5°,最大倾滑量达到了1.1m,位于地表下约4km,存在明显的滑动亏损现象.此次地震,累计释放地震矩达1.5×1018 N·m,约合矩震级MW6.1.该结果略小于InSAR单独约束结果,可能与Sentinel-1A像对中包含的快速震后形变分量有关.     

Mixed Cadzow filtering method in fractional Fourier domain

Conventional frequency domain singular value decomposition (SVD) filtering method used in random noise attenuation processing causes bending event damage. To mitigate this problem, we present a mixed Cadzow filtering method based on fractional Fourier transform to suppress random noise in 3D seismic data. First, the seismic data is transformed to the time-frequency plane via the fractional Fourier transform. Second, based on the Eigenimage filtering method and Cadzow filtering method, the mixed high-dimensional Hankel matrix is built; then, SVD is performed. Finally, random noise is eliminated effectively by reducing the rank of the matrix. The theoretical model and real applications of the mixed filtering method in a region of Sichuan show that our method can not only suppress noise effectively but also preserve the frequency and phase of effective signals quite well and significantly improve the signal-to-noise ratio of 3D post-stack seismic data.     

Crustal structure beneath the eastern part of the Coast Ranges (Diablo Range) of central California from explosion seismic and near earthquake data

Seismic refraction and near earthquake data of the U.S. Geological Survey for central California have been compiled into record sections along profiles and interpreted in terms of crustal structure. The profiles are located northeast of the San Andreas fault of central California and run parallel to the general structures. For the explosion seismic line through the centre of the Diablo Range, an uppermost layer (Franciscan formation) with P velocities of 3.6–5.0 km s^?1 decreases in thickness towards the northwest. The lower boundaries of layers with constant velocities of 5.75 and 6.8 km s^?1 are found at almost constant depths of 12 and 21 km, respectively. Between 21 and 26 km depth a well-defined low-velocity zone appears whose velocity is estimated as ～ 5.3 km s^?1 with the aid of a hedgehog inversion and the calculation of amplitudes. This zone is underlain by a layer 3–5 km thick with a velocity of 7.6 km s^?1. The upper-mantle velocity beneath the Moho at 29–30 km depth is 8.2 km s^?1. The near earthquake profiles, located ～ 20 km southwest and parallel to the explosion seismic line, follow more or less the Hayward and Calaveras fault systems. The velocity-depth distribution derived for the earthquake data is very similar to that found beneath the Diablo Range. However, the low-velocity zone at 21–26 km depth does not seem to exist everywhere along the line. The Moho is not disturbed beneath the Calaveras, Hayward and Silver Creek faults; it rises slightly from the Diablo Range towards the southwest.     

2001年8.1级昆仑山大震破裂过程及对2008年汶川8.0级大震孕育发生影响的研究

本文用三维流变非连续变形(块体边界)与有限元(块体内)相结合(DDA+FEM)的方法,在青藏高原及其东侧四川盆地,鄂尔多斯块体地区三维构造块体相互制约的大环境中,考虑了龙门山断裂带东西两侧地势、地壳厚度和分层的明显变化,及断裂带东侧四川盆地及鄂尔多斯块体坚硬地壳阻挡的影响,通过用GPS资料做位移速率边界约束和震源机制约...     

A viscoelastic relaxation model for post-seismic deformation from the San Francisco earthquake of 1906

We present a realistic model of the San Andreas fault zone. We propose that aseismic ground displacement is a sum of visco-elastic relaxation following large earthquakes, transient fault slip, steady fault slip and a large-scale relative plate motion. We used the model to explain the aseismic ground displacements observed after the San Francisco earthquake of 1906.The data do not resolve the question of which is the dominant mechanism, but viscoelastic relaxation can contribute a significant fraction of the displacement if the elastic plate thickness is 50 km or less. If the relative plate motion is taken to be 5.5 cm/yr, as found from plate rotation pole studies, then the zone of significant shearing in the mantle is probably at least 100 km thick beneath California.     

由地震分布丛集性给出断层参数的一种新方法

由于大范围内地质构造的复杂性和介质的非均匀性,发震断层面的几何形态一般十分复杂.如果大地震的破裂过程涉及多个断层的活动,则发震断层并非是单一断层平面,而是多个断层面的组合.利用地震空间位置分布丛集性,即震源点成丛位于断层面附近的假设,结合稳健扩充算法和主成分分析给出一种可以重构活断层网络三维空间结构的新方法.该方法每次从震源点集中处开始,利用假设检验扩充子断层面,并得到多个子断层面.接着按震源点属于最近断层面的准则把各子断层面内的震源点进行竞争,并根据一定假设合并和删除一些子断层面,最后用主成分分析确定每个子断层面参数.于是可根据地震事件目录给出一组矩形区域来描述断层面网络结构,其中每个矩形断层面由其位置、走向和倾角确定.通过计算机模拟发现,新方法可成功地重建模拟地震目录的断层面,最后用于南加州1992年6月28日发生的Landers地震部分余震目录中,得到各个子断层面参数与已知地质破裂或隐伏断层相当一致.     

由地震反射波剖面研究圣安德烈斯断层带的结构

1978年,在美国中加利福尼亚完成了一条横跨圣安德烈斯断层带的地震反射波剖面.由于断层带存在着强烈的侧向非均匀性和低速结构,观测结果极为复杂.这种断层带上的侧向速度急剧变化还有其它表征,诸如震中定位的偏移、地震节平面的变形等等.在这种情况下,处理反射波资料的常规计算与解释方法,已经难以实施.本文采用 May 和 Covey(1981)[11]的射线反演方法,根据其它地球物理资料建立初始模型,再利用真实振幅的迭加剖面,推断出其阻抗对比的分布,通过反复迭代反演,获得了速度模型.反演计算的非唯一性固然存在,但该结果与断层带地区的各种地球物理证据是一致的,并揭示了圣安德烈斯断层带的细致结构.      

龙门山断裂带北段深部结构与反射地震特征

2008年5月12日汶川M_W7.9特大地震发生在龙门山断裂带,龙门山断裂带深部结构的复杂性制约了地震的破裂过程.通过对研究区区域地质、汶川地震前后采集的地震反射剖面等研究,在对龙门山北段汶川地震断裂带的深部结构和反射地震特征进行了分析的基础上,探讨了它对地表破裂过程的制约.研究结果表明,在地震剖面上,断裂带表现为能量破碎、联系性差;频率剖面上显示整体剖面频率在5~45 Hz,断裂带呈现频率低（15~26 Hz）等特征.龙门山北段映秀-北川断裂在10 km以上是一条倾向北西的高角度走滑兼逆冲性质的断裂,倾角50°~70°.它分割了西侧的轿子顶杂岩和东侧的唐王寨推覆体,错断了早期形成的逆冲岩片,从南到北总位移量由大变小.它高角度的几何形态约束了断裂以走滑为主兼逆冲分量的运动性质,降低了地表滑移量,影响了地震破裂过程以及余震沿断裂带两侧分布的特性.