可控震源记录中的脉冲噪声分析

噪声分析一直是地震资料信噪比得以改善的重要基础方法。可控震源向地下输入瞬时低能量信号, 易受到可控震源系统内部以及背景中的瞬时脉冲噪声(如电噪声、震动噪声等)的干扰。用于提取有效信号的相关检测方法将脉冲噪声的干扰范围扩大, 严重影响了对可控震源有效信号的提取。为了从理论上分析脉冲噪声对可控震源相关记录的干扰, 通过仿真实验, 系统分析了单点脉冲和多点脉冲噪声对相关记录中可控震源信号的干扰程度和特点。结果表明, 可控震源相关记录中的信号主要受脉冲噪声强度、所在时间位置以及可控震源非相关记录脉冲点数比例三方面因素影响, 脉冲噪声所占记录的比例大于2.5%且平均强度高于100时, 相关检测后的可控震源信号会完全被噪声淹没。     

虚拟震源方法用于探测地下陡倾角地质构造

当常规地震勘探数据处理方法不能对地下存在的陡倾角地质构造获得满意的成像效果时,应用虚拟震源方法将垂直地震剖面( VSP,vertical seismic profile) 数据重构成单井剖面( SWP,single well profile) 数据,可以使得观测系统重构到更接近于井附近目标体的位置,震源和检波器都位于复杂的覆盖之下并避免井和地表之间未知速度信息的影响,从而获得对地下地质构造更好的成像分辨率。尤其是当地下存在诸如断层这样的陡倾角地质构造时,虚拟震源方法可以对目标体产生很好的成像效果。本文进行了声波数据和弹性波数据的模拟实验,将模型中的陡构造设置为断层,测试虚拟震源方法用于探测地下陡倾角地质构造的能力,对声波和弹性波介质都获得了满意的成像结果; 在应用稀疏观测系统进行测量时,仍然可以得到较好的成像效果。     

地震力学

地震力学主要是研究地震发生时主破裂的形成、类型及状况,即所谓震源物理和震源成因问题。从物理观点看,研究的基本内容是能量(应变能与动能)的激发、交换与平衡等力学问题。 地震发生时,地球内部震源区的实际破裂过程是相当复杂的。对于简化的断层模型,若只考虑静力学效果,则是以介质对一定震源状态的弹性响应为根据的。即认为地球内部断层面的形成类似于晶体物理学中的裂纹扩展问题。将震源区的破裂解释为弹性体内位移的突然错动,称为弹性位错。引用位错理论研究震源,是地震力学研究的扩充与深入。     

在计算合成震波图中震源和接收器井孔效果的组合

由于震源移入不同的地层及由于井孔环境的变化，井孔震源的辐射图形有很大变化，同样，地震检波器也有能够影响记录波形的接收图形。我们用两种方式将这些振幅和相位以合成震波图中。首先，由３－Ｄ有限并分的直接解为相对较小的地球模型提供精确的全波形解。对于震源／接收器大间距的模拟，我们将震源辐射的静止相位解与射线追踪的接收图形相结合。有限差分震波图与从均匀试验介质中计算出射线追踪结果的比较表明：根据射线计算出的     

地震危险带与超深钻井

对于地震危险带介质和强震震源只有通过深部调查才能加以研究。据此，首先应当制定新的观测系统的技术，研究方法以及有关介质及其结构、动态、物质成分，发展过程和现今应力状态资料的解释方法。     

戈壁地区不同震源激发效果的对比分析

以新疆哈密地区某煤田的三维地震勘探为例,选择同一区域、相同观测系统,分别采用炸药震源和可控震源激发,对其原始单炮记录和成果剖面进行了对比分析。结果发现:戈壁地区地震激发时炸药震源和可控震源在控制资料质量方面各有优势;原始单炮记录上,炸药震源原始单炮高频信号的频带较宽,而可控震源压制环境噪声效果更好;时间剖面上,可控震源的浅层反射波层次丰富、分辨率高于炸药震源,对尖灭点以及断层的显示更为清晰。      

人工源超低频电磁波技术及在首都圈地区的测量研究

超低频 (SLF)电磁波技术利用地球物理和无线电物理相结合的原理 ,由人工产生大功率电磁波信号。在地面很大范围的许多测点同时测量该信号 ,可研究空间电磁场和地下电阻率结构 ,研究地震等引起的电磁场异常变化 ,探测地壳结构和地下资源。在首都圈地区的观测表明 ,SLF信号的功率谱密度超过天然场源信号数倍以上 ,所得到的视电阻率数据精度远高于天然源方法 ,并有长时间的稳定性。在测量期间距测点约 12 0km发生的迁安 4 .2级地震与观测的电磁场异常和视电阻率的变化有较好的对应性 ,并对产生这些变化的可能的成因机制进行了探讨 ,推测它们是区域应力场和震源区局部构造综合作用的结果。     

全球地震震源深度统计分析 与地震层分布

地震数据可以反演地球内部的构造信息,能够查明地球内部层圈结构及地震发生的机制,对揭示地球结构,进行地震预测及防震减灾具有重要意义。与此同时,对地震数据的统计分析可以获得地壳变形及其深度层次的相关信息。本文利用美国地质调查局（USGS）记录的1900～2018年近3 000 000条全球地震数据进行分析,立足地震震源计算方法,排除不确定性数据,使用震源深度频次分析及高斯分解得到地震层和地震集中区深度的推定。以国际地震中心（ISC）的1970～2016年近2 000 000条数据及中国国家地震科学数据共享中心2009～2018年近300 000条数据进行比较。结果显示,地球标准椭球体深度10 km左右普遍存在一个全球性的地震集中区,与地壳中脆韧性过渡带一致。其上的地壳是全球绝大多数地震发震的深度范围,推定其为地震层;与此同时,局限在洋壳俯冲带中,约35 km处出现了另一个地震集中区,认为是地球岩石圈深度内不容忽视的界面。研究表明,在地球表层（40 km以内）,层圈结构对地震有较大的控制作用;而对有洋壳俯冲区域的地震三维结构图成图显示有“贝尼奥夫带”形态,表明俯冲机制能将具有弹性力学性质的刚性块体带至地球较深部,并孕育中、深源地震。因此,地震震源分布可以指示地震层,即刚性块体,在岩石圈中的分布,地震震源深度集中区是岩石圈和中、上地幔最主要的变形和能量释放区。     

电磁驱动可控震源与夯击震源对比研究

地震勘探对地下地质结构的调查是一种行之有效的方法，但由于条件的限制，有些地区不适合采用炸药震源，而且炸药震源费用高，危险大，所以采用电磁驱动可控震源，为验证可控震源野外工作的稳定性，可靠性，有效性，在河北省迁安大石河铁矿进行了实际探测，通过与夯击震源对比，可控震源较夯击震源具有更高的分辨率，并可以自由选择频率范围。     

东秦岭216.8Ma前一个7级隐爆大地震的震源遗迹

依据野外地质勘查、工程揭露、地球物理探测等事实和地球化学测量资料,发现位于华北板块南缘东秦岭216.8Ma前一个古地震的震源遗迹。结合隐爆角砾岩体、系列隐爆角砾岩、岩石地球化学、同位素示踪、同位素测年、稀土元素、包裹体、岩石微观破碎等特征分析表明,该震源遗迹是在印支晚期杨子板块与华北板块碰撞对接的造山阶段,上地幔或下地壳形成的源于变质火山岩深熔的I型造山带花岗岩浆,在结晶分异过程中产生大量气液流体并沿断裂通道上升,进入硅化封闭的局部断裂空间后形成岩浆分异气液流体压力,当积聚的巨大压力超过所处深度的静岩压力与聚压空间围岩的破裂强度极限后,在地壳深部产生强烈隐爆所形成。根据上覆地层厚度、可参照的深成侵入岩体相对高度对比和主震遗迹的尺度等分析,隐爆深度位于当时地表的10km以下,隐爆主震的面波震级MS＞7.0。该震源遗迹的发现,可初步确认岩浆气液隐爆成因地震存在,并有助于克服一些地震成因研究中的震源不可视与不可入性难题,为地震成因乃至地震预测探索提供一些可直接观测研究的震源实体。 该遗迹不是一般的地震遗迹,而是一个“震源”实体遗迹——震源遗迹,而且是一个具有震源深度、发生年代、地震强度等地震要素完整且一致的可见震源遗迹。     

Seismic interferometry and ambient noise tomography in the British Isles

Traditional methods of imaging the Earth's subsurface using seismic waves require an identifiable, impulsive source of seismic energy, for example an earthquake or explosive source. Naturally occurring, ambient seismic waves form an ever-present source of energy that is conventionally regarded as unusable since it is not impulsive. As such it is generally removed from seismic data and subsequent analysis. A new method known as seismic interferometry can be used to extract useful information about the Earth's subsurface from the ambient noise wavefield. Consequently, seismic interferometry is an important new tool for exploring areas which are otherwise seismically quiescent, such as the British Isles in which there are relatively few strong earthquakes. One of the possible applications of seismic interferometry is ambient noise tomography (ANT). ANT is a way of using interferometry to image subsurface seismic velocity variations using seismic (surface) waves extracted from the background ambient vibrations of the Earth. To date, ANT has been used successfully to image the Earth's crust and upper-mantle on regional and continental scales in many locations and has the power to resolve major geological features such as sedimentary basins and igneous and metamorphic cores. Here we provide a review of seismic interferometry and ANT, and show that the seismic interferometry method works well within the British Isles. We illustrate the usefulness of the method in seismically quiescent areas by presenting the first surface wave group velocity maps of the Scottish Highlands using only ambient seismic noise. These maps show low velocity anomalies in sedimentary basins such as the Moray Firth, and high velocity anomalies in igneous and metamorphic centres such as the Lewisian complex. They also suggest that the Moho shallows from south to north across Scotland which agrees with previous geophysical studies in the region.     

Passive image interferometry for monitoring crustal changes with ambient seismic noise

The technique to retrieve Green’s functions by cross-correlation of seismic noise that is now often referred to as seismic interferometry opened the way to a completely new type of seismological observation – the continuous monitoring of changes in the subsurface medium. In this paper we review Passive image interferometry (PII) as the technique that makes use of the possibility to repeatedly retrieve Green’s functions in order to precisely infer medium changes by comparing Green’s functions that are retrieved at different times. PII is capable of identifying velocity changes below 0.1% and was applied successfully in different tectonic situations. We review three investigations of PII that demonstrate the wide range of possible applications. The first application that introduced the concept of PII in 2006 revealed hydrology related changes of subsurface velocity at Merapi volcano. The second application we present was the first noise based observation of co-seismic changes. And we finally review a recent investigation that documented velocity variations in the shallow subsurface of the moon.     

基于反褶积算法的地震干涉技术被动源成像

地震干涉技术可以将任意2个检波器接收到的数据合成为在若干检波器之间传播的波,就好像其中的一个检波器作为一个虚拟震源来发挥作用。它可以从混沌无序的地震信号中发现有用信息,从地震噪声中提取有用信号以此推断地震波穿过介质的地质构造。基于反褶积算法,对其理论公式进行了较详细的推导,实现被动源地震干涉成像,证明了反褶积算法的可行性;并将其结果与互相关算法的结果进行对比,分析了2种方法在信噪比和分辨率方面的差异。数值计算表明,反褶积算法的纵向分辨率比互相关算法的高。对其进行的加噪试算表明,震源叠加后的反褶积算法呈现出高信噪比的特点。     

利用超声尾波干涉评价页岩应力敏感性

岩石应力敏感性是岩石内部微裂隙发育的一种反映,对于致密储层物性和成缝能力（可压性）评价具有重要作用。由于页岩油气储层基质模量高,对应力的敏感性相对较弱,需要寻求新的高灵敏度测试方法。尾波干涉是运用介质中的散射波来监测介质微弱变化的一种测量方法,对岩石应力变化具有较高的敏感性。借助GCTS RTR-1500高温、高压三轴测试试验系统,对重庆城口县下寒武统鲁家坪组露头页岩开展尾波干涉试验,研究了页岩尾波发育规律及其对应力的响应,分析了页岩在不同围压下的应力敏感性。结果表明：页岩尾波应力敏感性大于直达波,S波应力敏感性大于P波;尾波波速相对变化率随应力的变化能够较好地反映页岩内部裂隙的产生,与扩容点有很好的对应关系;围压使部分裂隙闭合,天然裂隙密度减小,页岩应力敏感性系数降低。尾波干涉可作为页岩的应力敏感性和成缝能力评价的方法。     

On the temporal stability of the coda of ambient noise correlations

We analyze the sensitivity of cross correlations to the anisotropy of the incident field in the context of seismic ambient noise monitoring of small velocity changes. Numerical simulations of elastic waves are performed in a 2D scattering plate with a focus on the comparative character of the direct and coda waves in the cross-correlation. We show that coda waves reconstructed from cross-correlations are far more robust than direct waves in the presence of azimuthal anisotropy of the incident field. We observe similar behavior with real data recorded on Erebus volcano, where a database of impulsive icequakes is used to simulate an anisotropic source field. We propose a simplified approach to evaluate the sensitivity of scattered waves to the anisotropy of the incoming noise field. We rely on previous results obtained for direct waves and on intrinsic properties of scattered waves to predict the errors produced by strong source anisotropy with numerical experiments. These results also yield realistic values for monitoring the accuracy to be expected with real data at crustal scales. Our analysis shows that high-precision noise-based monitoring could be performed with coda waves in the correlation functions, even in the presence of variations in the azimuthal distribution of the ambient noise field.     

利用时空校正方法做山区地震勘探静校正

在山区地震勘探中,由于地表高差起伏剧烈,不仅对地震波旅行时造成很大影响,而且导致水平叠加时共反射点与共中心点产生较大偏差,影响了叠加精度。为解决这一问题,提出了时空校正的方法。它是根据几何地震学的基本原理,将炮点和检波点的位置沿射线路径校正到基准面上地震波入射和出射的位置,以去除地表起伏引起的反射点与共中心点的偏差,并对基准面以上的射线路径进行地震波旅行时间校正。处理效果表明,该方法为解决山区地震勘探的静校正问题提供了一种新的思路。      

Source parameters of some recent earthquakes in the Gulf of Aqaba, Egypt

Gulf of Aqaba is recognized as an active seismic zone where many destructive earthquakes have occurred. The estimation of source parameters and coda Q attenuation are the main target of this work. Fifty digital seismic events in eight short-period seismic stations with magnitude 2.5–5.2 are used. Most of these events occurred at hypocentral depths in the range of 7–20 km, indicating that the activity was restricted in the upper crust. Seismic moment, M _o, source radius, r, and stress drop, Δσ, are estimated from P- and S-wave spectra using the Brune’s seismic source model. The average seismic moment generated by the whole sequence of events was estimated to be 4.6E?+?22 dyne/cm. The earthquakes with higher stress drop occur at 10-km depth. The scaling relation between the seismic moment and the stress drop indicates a tendency of increasing seismic moment with stress drop. The seismic moment increases with increasing the source radius. Coda waves are sensitive to changes in the subsurface due to the wide scattering effects generating these waves. Single scattering model of local earthquakes is used to the coda Q calculation. The coda with lapse times 10, 20, and 30 s at six central frequencies 1.5, 3, 6, 12, 18, 24 Hz are calculated. The Q _c values are frequency dependent in the range 1–25 Hz, and are approximated by a least squares fit to the power law [ $ {Q_c}(f) = {Q_o}{(f/{f_o})^\eta } $ ]. The average of Q _c values increases from 53?±?10 at 1.5 Hz to 700?±?120 at 24 Hz. The average of Q _o values ranges from 13?±?1 at 1.5 Hz to 39?±?4 at 24 Hz. The frequency exponent parameter η ranges between 1.3?±?0.008 and 0.9?±?0.001.     

鲁豫交界地区尾波Q_c值分析研究

该文对濮阳台记录的21次地震进行了地震波衰减研究,讨论了地球介质品质因子随频率变化的关系;利用不同地震采用不同流逝时间的尾波品质因子测定方法,有效去除了由于不同地震或同一地震的地震散射波在纵向介质中穿透深度的不同而导致对品质因子测量结果的影响,从而有利于扑捉到品质因子的异常变化特征与地震孕育过程的关系。利用改进后的模型,对鲁豫交界地区尾波值进行了计算,得到了该地区品质因子随频率的变化关系和区域介质衰减的时间变化特征。     

沿海滩涂区浅层地震不同类型激发震源适用性分析

受复杂地表地质条件影响,沿海滩涂区地质调查程度较低,限制了相关地质调查方法技术的发展水平。浅层地震勘探技术在沿海滩涂地质调查中作用显著,但其勘探设备在沿海滩涂的适用性问题制约了地震探测数据采集工作,尤其体现在激发震源的适用性问题上。文中针对沿海滩涂复杂的地表地质条件,在满足探测要求的前提下,以提高地震记录分辨率和信噪比、提高施工效率为目的,选取了轻便灵活的夯击震源、锤击震源、落锤震源和电火花震源开展高精度地震探测激发震源适用性对比分析试验研究,通过对比分析不同震源激发的地震记录得出结论:电火花震源激发得到的单炮记录反射波频率高、频带宽、同相轴连续性好、探测深度深、信噪比高、受风噪干扰影响小,且可有效提高浅层地震数据采集施工效率。实际应用效果表明,电火花震源在沿海滩涂潮间带区浅层地震探测中的适用性较好。