基于气枪信号偏振特征的震相自动判别研究

气枪震相拾取是地下结构探测的一项基础性工作,震相拾取的精度和波组类型的可靠度是速度结构反演的关键.本文提出了基于偏振特征的气枪震相自动识别方法,通过将水平分量旋转为径向和切向分量,由垂向分量和径向分量构成的偏振特征量初步判别P波组和S波组,根据质点运动轨迹确定出偏振角和偏振线性度参数,针对偏振角大小判别出具体波组类型 Pg、Pn、PmP、Sg、Sn、SmS,结合 STA/LTA-AIC、理论走时与振幅等特征形成一套气枪震相自动识别技术.采用龙门滩水库气枪信号叠加500次的波形对自动识别算法进行测试,结果表明,本研究的偏振识别方法正确识别率为91％,漏识别率为9％,误识别率为13％,识别效果优于一般识别方法,特别是震中距130～180 km波组交汇处的判别更能发挥其作用.通过对气枪偏振特征的研究既提高了气枪震相拾取的精度和效率,也为不同类型波组的正确识别提供潜在的技术手段.     

P波偏振层析成像

论述了Ｐ波偏振层析成像方法。这是一个利用Ｐ波远震偏振资料去反演速度结构的方法,与走时层析成像相比,它有几个显著的优点：不受震源定位和发震时刻误差的影响;对深地幔速度结构不敏感而对接收器附近的速度结构和速度梯度最敏感,在这一意义上它与时反演是互补的。如果联合使用走时和偏振资料可以改善层析成像的结果。走时的变化对应于速度的变化,而偏振的变化则与速度梯度的变化相对应,因昆,要确定速度异常的边界,用偏振数     

青藏高原东部Love波偏振研究

利用布设在云南西部的50个流动观测台站记录的三分量数字面波资料，采用频率域奇异值分解法，分析了中短周期Love波在青藏高原东部传播中的偏振状况. 结果显示Love波的传播呈现明显的有规律的偏离大圆路径的异常，地壳-上地幔速度结构显著的横向不均匀性可能是造成这些偏振异常的主要原因. 同时利用以前研究中得到的剪切波速度模型计算了Love波到达台站的理论偏离情况，大多数理论计算与实际观测结果的偏离方向基本一致，但理论偏离角通常小于观测值. 这样的结果在一定程度上验证了所采用的青藏高原速度结构模型是基本正确的，同时也说明了模型对研究区域复杂的速度结构的反映还不够精细.     

由单台远震P波偏振资料反演北京台站邻域的速度结构

地震台网的一个基本目的是研究地球的结构, 鉴于核爆炸事件的监测以及地震减灾的需要, 台网中台站邻域的地下结构就成了远震位置精确测定中非常重要的课题. 利用CDSN的北京(BJI)台站的宽频带、高采样率的三分量地震记录计算远震的偏振, 试图用这些偏振资料反演北京台站邻域的速度结构, 特别是速度间断面的细节. 结果发现该台站西部地壳有一明显的低速带, 这同该地区已有的研究结果十分一致. 这使我们相信, 它不仅在实际上验证了, 在理论上利用偏振资料可以反演速度结构、特别是速度梯度变化的边界形状的可能性; 也从实践上表明了, 用单台高质量宽频带记录的偏振数据反演速度结构的可行性. 在这个意义上, 走时数据和偏振数据可以联合用来研究速度结构, 而偏振数据更适合于确定速度异常的边界. 而且, 如果联合使用偏振方法和接收函数方法, 充分利用它们的互补性, 就有可能既可得到台站邻域横向速度结构又可得到台站下方细致的垂向结构.     

多测线变偏移距VSP地震各向异性反演

本文从一般弱各向异性介质参数反演中得到了使用两条相互正交的变偏VSP测线计算弱各向异性(WA)参数的反演公式. 如果仅仅使用qP波, 则可以确定9个独立的WA参数, 这9个WA参数可以完全地描述井中接收点在两个剖面内介质的各向异性性质. 通过对走时曲线进行最小二乘条件下的三次样条光滑, 可以获得慢度矢量的垂直分量和水平分量. 如果介质是横向非均匀介质, 则水平分量仅仅被用作反演时的约束条件. 为了获得偏振矢量, 本文引入质心计算方法, 该方法计算简单、 稳定, 而且不存在解的奇异问题. 在寻找与一般各向异性介质最接近的高对称性正交各向异性介质和TTI各向异性介质时, 使用qP波各向异性坐标变换方法和最小二乘求解方法, 得到了与一般各向异性介质最接近的正交各向异性和TTI各向异性参数及其对称轴方向参数的计算公式. 使用这些方法, 对瓜哇海地区布设的两条相互正交的变偏VSP测线数据进行各向异性反演, 获得了井中10个接收点处介质的WA参数. 数值计算和实际资料反演表明, 本文所使用的反演方法能够准确地得到VSP井中接收点处介质的WA参数, 这是地震勘探中研究地壳介质各向异性性质最直接和最可靠的方法.      

利用时频偏振分析技术研究面波传播的复杂性

介绍了一种新的时频偏振分析技术．该技术是传统的面波分析技术（移动窗方法及多重滤波方法）和奇异值分解法的结合,可用于测定不同周期的面波入射方位角;并将其用于分析穿过中国大陆不同块体的面波传播路径,并对穿过青藏高原不同区域的面波传播路径进行了分析．结果表明,　该方法能充分利用面波不同振型在频率成分及到时上的差异给出较准确的偏振分析结果,同时也便于考察面波偏振（入射方位）随周期而变化的情况．实际资料分析表明,岩石圈结构的横向不均匀性对面波的传播路径有很大影响．尤其是穿过青藏高原的面波路径对大圆路径的偏离角较大,并且穿过青藏高原的不同区域的面波其传播路径对大圆的偏离角也有很大区别．      

含衰减地层微地震震源机制反演及其反演分辨率

微地震震源机制的反演对于非常规油气开发具有至关重要的作用.微地震信号主频高、能量小,容易受地层吸收衰减作用的影响使其波形发生畸变,本文提出了一种考虑地层吸收衰减作用的微震源机制反演方法,并利用费雷谢偏导矩阵的SVD分解(特征值分解)方法,分析研究了地层的吸收衰减因子的变化对于微地震震源机制反演分辨率的影响,根据理论计算给出了不同地震数据对各种震源机制反演的适用条件.理论计算证明,采用直达P波和S波数据联合反演震源的T值,单独利用直达P波反演震源的k值,可以有效降低地层吸收衰减作用对反演结果的影响.     

由横向均匀介质的VSP资料分析P、SV波的相速度

本文目的在于取得一些地震各向异性的测量方法,资料取自于VSP,它与源一检之问介质的复杂性无关.假定介质横向均匀并具垂向轴对称性,那么接收点的各向异性可借助P、SV波相速度分析以及偏振方向来研究.多源偏移距VSPs,通常能提供不同入射角的直达P和SV波资料.本文中所用的数据对是间隔化的垂直视速度和P、SV波的偏振方向.在垂直面内偏振方向用与垂轴的夹角下给出.垂直视速度可由两个接受点上同一震相的延迟时间计算出来.为了研究p、SV波相速度.两接受点的间隔要小于地震波长.用P、SV波速的精确表达式来解正问题,P、SV波速是4个参数(α、β、η、γ)和偏振角γ的函数,α、β表示p、SV垂向波速,η、γ表示随入射自而改变的相速度变化.对这个模式,上述4个参数都可以借助于最小二乘反演得到. 本方法已被用于处理Pierre Shale数据(Whife等,1983).反演的参数也和Whife等人(1983)得到的结果差不多.由于低于45°入射角时数据可靠(尤其是相速度),参数η(它能解释小角入射时的速度变化)可精确恢复.当入射角高于45°时数据可靠性差,参数γ(它能解释高角入射时的速度变化)恢复起来欠佳.反演参数中由于缺乏数据(仅8个p波源和8个S波源)和数据可靠性差,出现了大的后验人为误差.如果有大量波源位置(步长情况),期望本方法能精确地恢复各向异性参数.     

联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震P波到时

对微地震P波到时的自动拾取是微地震信号分析和数据处理的主要目标之一。基于小波变换的多尺度分析思想,对微地震信号进行小波处理后的小波系数代替原始信号,应用包含在小波变换系数中的信号偏振信息,提出了联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震信号P波到时的方法。通过对嘉阳煤矿监测的实际微地震数据进行小波变换,用多尺度小波分解的各个尺度单支重构信号构成协方差矩阵,求解不同尺度协方差矩阵的最大特征值和次大特征值求取P波到时定位函数,实现P波到时的自动拾取,取得了满意的结果.     

VTI介质中弹性波的波动特征研究

波动特征研究对各向异性介质的弹性参数反演,速度反演、NMO,DMO、时间域的偏移以及地震资料的精确解释有着重要意义.本文由Christoffel方程出发推导出二维VTI介质中XOZ对称平面内弹性波相速度与各向异性参数的关系式以及慢度面的计算式并通过理论模型分析得出以下结论：1)ε值决定了P波的水平相速度的大小,反映了P波水平传播的相速度与垂直传播的相速度的差异;δ值决定了P波垂直方向附近相速度的各向异性程度的大小.2)VTI各向异性介质中纵波偏振方向不再与慢度面是平行而是有一定的夹角,且SV波的慢度面不再完全与偏振方向垂直的.3)准SH 波的波慢度面呈椭圆,准P波与准SV波慢度面为不规则椭圆.     

Inversion of single-station teleseismic P-wave polarization data for the velocity structure of Beijing area

Broadband three-component seismic data recorded by Beijing station (BJI) of CDSN were used to calculate P-wave polarization of teleseismic events. These polarization data were then used in the inversion for the underground structure around the Beijing station, especially for the details of velocity discontinuities. The result shows that a conspicuous low velocity zone exists in the crust on the west of the station, which is in good agreement with previous studies. It proves the theory that polarization data could be applied to inversion for velocity structures, especially for boundaries with large velocity gradient. It also demonstrates the feasibility of velocity structure inversion with polarization data from high-quality broadband data recorded by a single station. Therefore, travel-times and polarization data can be jointly used to study velocity structure. Polarization data are more suitable for delineating the boundary of velocity anomalies. Moreover, if the polarization method is combined with receiver function method to fully exploit their complementarity, it is possible to obtain the lateral velocity variation around the station as well as the detailed vertical variation below the station.     

岩石激发极化弛豫时间谱与孔隙结构、渗透率的关系

激发极化衰减曲线包含丰富的地层信息,且由多个指数衰减叠加而成.本文采用奇异值分解法对泥质砂岩的激发极化衰减谱进行多指数反演,得到光滑连续的激发极化弛豫时间谱,合适的弛豫时间分布点数为32～64.激发极化弛豫时间谱能够表征饱和NaCl溶液的岩石孔隙结构.结合孔隙度和弛豫时间几何平均值,能够显著提高渗透率的求取精度.     

Robust adaptive polarization analysis method for eliminating ground roll in 3C land seismics

To improve the data quality of converted waves, and better identify and suppress the strong ground-roll interference in three-component (3C) seismic recordings on land, we present an adaptive polarization filtering method, which can effectively separate the groundroll interference by combining complex polarization and instantaneous polarization analysis. The ground roll noise is characterized by elliptical plane polarization, strong energy, low apparent velocity, and low frequency. After low-pass filtering of the 3C data input within a given time-window of the ground roll, the complex covariance matrix is decomposed using the sliding time window with overlapping data and length that depends on the dominant ground-roll frequency. The ground-roll model is established using the main eigenvectors, and the ground roll is detected and identified using the instantaneous polarization area attributes and average energy constraints of the ground-roll zone. Finally, the ground roll is subtracted. The threshold of the method is stable and easy to select, and offers good groundroll detection. The method is a robust polarization filtering method. Model calculations and actual data indicate that the method can effectively identify and attenuate ground roll while preserving the effective signals.     

中国数字地震台网(CDSN)单台站P波偏振分析

偏振分析可以定量描述地震波的质点运动。 P波质点运动在水平方向上发生偏振, 使得传播方向会偏离台站与地震震源之间大圆弧的方向。 P波偏振分析可以用来约束地下结构以及反映地震各向异性, 提供与剪切波分裂等手段不同的证据。 本文介绍并使用主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)的方法, 计算了单一地震台的P波偏振, 同时, 利用谐和分析, 对台站下方的各向异性进行了分析。 将P波偏振分析应用到中国数字地震台网(China Digital Seismograph Network, CDSN)的四个台站10年左右的数据, 筛选并分析了震相清晰、 信噪比高的远震三分量初至P波的质点运动, 拟合出四个台站接收到的地震事件后方位角与P波水平偏离角度之间的三角函数曲线, 计算出拉萨台、 昆明台下方上地幔各向异性的偏振方向分别为66°和57°, 大致呈现北东东方向。     

应用单台垂向记录进行区域地震事件实时检测和直达犘波初动自动识别

提出一种基于直达P波信号和其它背景噪声在能量、非高斯性、非线性和偏振特性的不同而进行区域地震事件实时检测的新方法信噪综合差异特征量方法（简写为EFGLP方法）,同时对比分析了应用信号的不同统计特性来精细识别震相初至的３种有效方法,其中的TOC AIC方法是新提出的．应用山东数字地震波资料处理的结果表明:①与常规的STA/LTA地震事件触发算法相比,EFGLP方法能够有效降低地震事件的错误报警率和漏报率;②与人机交互震相识别结果相比,当信噪比比较低、震相初至比较模糊时,3种震相精细识别方法中的TOC-AIC方法识别精度最高;当信噪比比较高、震相初至比较清晰时,基于VAR-AIC 和TOC-AIC方法所测量得到的震相初至识别基本一致．      

区域地震信号自动识别方法及应用(英文)

地震信号的实时、自动、准确识别对于地震自动速报和地震预警十分重要。仿真信号试验分析表明,观测数据的四阶统计量函数(BKCF)对信号与噪声在能量和(或)频率方面的微弱差异变化具有较高的分辨能力。以此为基础,本文提出了一种新的自动探测区域地震事件的方法和测定直达波震相到时的BKCF-AIC方法。为了进一步提高波震相到时测定的精度,本文首先对指定时段的P-波记录进行偏振特性分析,其次对含有P波的S波记录进行偏振滤波处理,再次应用上述方法测定震相到时。与传统算法相比,基于山东测震台网记录的区域地震震例分析结果表明,使用本文提出的方法能够大幅度降低地震事件误检、漏检率,进一步提高了震相识别精度。     

利用地电场线性极化特性提取地震前兆异常的方法研究

处理平凉台2008—2017年的地电场观测资料,首先对地电场线性极化和非极化异常进行分析,提出利用地电场线性极化特性提取地震前兆异常的方法。其次,采用相关数据处理和计算方法对周期性质、极化系数、极化方向、垂直极化方向上的投影等进行讨论,结果表明平凉台地电场线性极化正常背景特征为:极化方向变化范围N(66.7±6)°E,极化系数在0.7～1之间,垂直极化方向上的投影值波动范围(-0.53～2.61) mV/km。最后,统计分析平凉台周边中强地震与地电场非线性极化异常的关系,认为平凉台地电场对中强地震有较好的映震能力,地电场非极化异常可以作为判断地震前兆异常的一个重要指标,其异常表现为:从震前非极化到震后恢复极化的一个过程,持续时间一般在4～15天,多出现在震前5天到1个月不等。     

Application of the time-frequency polarization analysis to study the complexity of surface wave propagation

A new technique called the time-frequency polarization analysis was introduced in this paper. The technique combined the traditional surface wave analysis techniques (moving window and multi-filter) with the singular value decomposition method to measure the incidence azimuth of surface waves with different wavelengths. It was applied to study the progagation paths of surface waves across the different blocks of Chinese continent and different zones of Qinghai-Xizang (Tibet) plateau. The results show that the method can make full use of the differences in frequency compositions and arrival times of different surface wave modes, and give better polarization analysis results. The analysis by actual data shows that the lateral heterogeneity of the lithospheric structure influences the propagation paths of surface waves severely. Deviations of the paths across the Qinghai-Xizang plateau from great circle paths are great. Deviations of the surface waves across the different zones in Qinghai-Xizang plateau are different. This project was sponsored by the Joint Earthquake Science Foundation.     

Numerical analysis of seismic wave propagation in fluid-saturated porous multifractured media

Elastic wave propagation and attenuation in porous rock layers with oriented sets of fractures, especially in carbonate reservoirs, are anisotropic owing to fracture sealing, fracture size, fracture density, filling fluid, and fracture strike orientation. To address this problem, we adopt the Chapman effective medium model and carry out numerical experiments to assess the variation in P-wave velocity and attenuation, and the shear-wave splitting anisotropy with the frequency and azimuth of the incident wave. The results suggest that velocity, attenuation, and anisotropy vary as function of azimuth and frequency. The azimuths of the minimum attenuation and maximum P-wave velocity are nearly coincident with the average strike of the two sets of open fractures. P-wave velocity is greater in sealed fractures than open fractures, whereas the attenuation of energy and anisotropy is stronger in open fractures than sealed fractures. For fractures of different sizes, the maximum velocity together with the minimum attenuation correspond to the average orientation of the fracture sets. Small fractures affect the wave propagation less. Azimuth-dependent anisotropy is low and varies more than the other attributes. Fracture density strongly affects the P-wave velocity, attenuation, and shear-wave anisotropy. The attenuation is more sensitive to the variation of fracture size than that of velocity and anisotropy. In the seismic frequency band, the effect of oil and gas saturation on attenuation is very different from that for brine saturation and varies weakly over azimuth. It is demonstrated that for two sets of fractures with the same density, the fast shear-wave polarization angle is almost linearly related with the orientation of one of the fracture sets.