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。     

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.     

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。     

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。     

短时傅立叶变换和广义S变换用于提取面波频散曲线效果对比研究

瑞雷面波勘探作为一种无损原位检测方法,已越来越多的应用于岩土工程测试与环境工程中,其中频散曲线的提取则是得到面波速度的重要一步。这里将短时傅里叶变换与广义S变换两种线性时～频分析方法用于瑞雷面波的频散曲线提取,并加以对比分析它们的应用效果。通过理论模型与实际地震记录分析得出:①短时傅里叶变换只能对浅部能量较强的高频部份的瑞雷面波的频散曲线提取效果较好,而对低频能量较弱的部份提取效果则不佳;②广义S变换通过λ和p两个参数的引入,使其能根据信号频率的高低自动调解窗函数的形态与大小,具有多分辨的特性,使其同时对高频、低频的瑞雷面波信号有更好的处理效果,从而有利于提高瑞雷波的勘探深度。     

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.      

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。     

基阶和高阶瑞雷波频散曲线反演对比分析

通过瑞雷波频散曲线反演,可以建立近地表横波速度模型。瑞雷波频散曲线具有多个模态,一般情况下,基阶模态是具有最大能量的模态。目前对瑞雷波频散曲线的反演大多数是基于基阶模态,对于高阶模态的反演比较少。通过对基阶和高阶瑞雷波频散曲线反演对比分析,认为高阶模态和基阶模态频散曲线反演有比较好的一致性趋势,相对而言高阶模态频散曲线反演的横波速度比基阶要高;高阶和基阶模态能量加权反演,不仅保留了频散曲线基阶模态能量强,勘探深度深的特点,而且对浅层低速层也具有更好的响应,可有效提高反演的精度。     

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.     

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。     

压制截断效应的Radon变换在波场分离中的应用

由于离散运算,Radon变换方法中存在截断效应,传统的最小二乘约束反演并不能有效抑制这种效应。介绍了一种频域空间稀疏约束算法,在反演迭代过程中,根据前一次迭代的结果,通过贝叶斯原理将加权矩阵与前一次迭代的结果联系起来,得到新的加权矩阵;然后求解这个加权矩阵方程,得到频率域的稀疏解。比较了用最小二乘反演和压制截断效应的Radon域变换的效果,后者效果明显优于前者。模拟了一个5层的水平地层的地质模型,用这种压制截断效应的Radon变换进行了VSP资料的上下行波场的分离,得到了较好的效果。     

时间域拉东变换的实现及其改进

介绍了时间域拉东正反变换的基本原理及该项技术在地震数据处理中的应用。以Ng和Perz的算法为基础,以开发地震勘探处理与解释系统为实例,解决了实验中遇到的拉东正变换时收敛精度、反变换数据无损还原和截断信号引起的能量扩散、低信噪比情况下的滤波等问题,进一步研究了改进算法在其他地形下应用问题。     

Effect of surface wave inversion non-uniqueness on 1D seismic ground response analysis

Surface wave methods are increasingly being used for geotechnical site characterization. The methodology is based on the dispersive characteristic of Rayleigh waves in vertically heterogeneous medium. Experimental dispersion curve is inverted to obtain one-dimensional shear-wave velocity profile by inverse problem solution. Uncertainty associated with this surface wave inversion has drawn much attention. Inverse problem solution can provide different equivalent shear-wave velocity profiles, which may lead to different seismic site response analysis. In this study, a neighborhood algorithm has been used for inversion of dispersion curve to get a set of equivalent shear-wave velocity profiles. These equivalent velocity profiles are then used for 1D ground response analysis for different input motion record of the same earthquake at different epicentral distances. Results show significant variation in amplification spectrum in terms of maximum amplification as well as peak frequency. The extent of this uncertainty largely depends on the characteristics of the ground motion records at different epicentral distances. A linear variation is observed between mean coefficients of variation of amplification spectrum and epicentral distance of ground motion records. A gradual increase in mean value of peak frequency and peak amplification with the epicentral distance is also observed.     

一种加权抛物Radon变换地震波场重建方法

基于带限正反抛物Radon变换的基本原理和计算方法,笔者给出了一种加权抛物Radon变换（PRT）算法,该方法可应用于叠前地震波场恢复和重建,如缺失偏移距地震数据的插值外推和反假频重采样,其权系数完全由数据域来确定,也就是说在迭代计算过程中,该权系数也在变化。对于均匀采样的地震数据,笔者给出了近偏移距外推和波场的反假频重采样的计算结果,试算表明笔者给出的加权PRT方法可有效地应用于地震波场重建中,并具有算法稳健、计算精度高和效率高的特点。     

双曲Radon变换参数分析

为避免双曲Radon变换在消除多次波和提取速度差异的过程中出现假频现象,对地震资料处理造成一定的影响。笔者在时间域对最小二乘双曲Radon变换中的曲率参数和最小二乘迭代次数进行了研究,计算出平衡准确度和计算量的最佳参数选取范围为,曲率参数在30~40之间,迭代次数在6~10之间。理论模型测试和实际资料处理结果表明,适当的参数选取能够在保证准确度的同时极大减小计算量,有利于双曲Radon变换的实际应用。     

压制噪声的高分辨率Radon变换法

Radon变换在地震处理中有诸多应用,在地震同相轴识别和估计方面有良好效果。对最小平方意义下反演和基于贝叶斯原理的稀疏约束反演的Radon变换域结果进行了对比,后者的变换效果更好,收敛能量的分辨率高,即压制了离散运算中的截断效应。又通过加噪模型数据,对比了高分辨率Radon变换方法和Radon域内的二维蒙版滤波方法,两者压制规则干扰和随机噪声的效果较好并且结果相似,但后者计算效率较高。在实际数据处理中,比较了FK滤波、高分辨率线性和抛物线Radon变换,以及二维蒙版滤波方法的去噪效果和计算效率,选择二维蒙版滤波方法最优。