Ricker子波核最小二乘支持向量回归滤波方法的稳健性研究

除了信噪比、有效子波畸变等,稳健性(Robustness)也是度量滤波方法效果的一个重要的物理量,它刻画了滤波系统应对异常点值的能力.一般用影响函数作为评价稳健性的工具.支持向量机方法已较成功地应用于信号与图像的滤波中,尤其Ricker子波核方法更适于地震勘探信号处理.通过考察Ricker子波核最小二乘支持向量回归(L...     

最小二乘支持向量回归滤波系统性能分析

支持向量机(Support Vector Machine: SVM)一直作为机器学习方法在统计学习理论基础上被研究和发展,本文从信号与系统的角度出发,证明了平移不变核最小二乘支持向量机(Least Squares SVM: LS-SVM)是一个线性时不变系统.以Ricker子波核为例,探讨了不同参数对最小二乘支持向量回归(Least Squares Support Vector Regression: LS-SVR)滤波器频率响应特性的影响,这些参数的不同选择相应地控制着滤波器通带上升沿的陡峭性、通带的中心频率、通带带宽以及信号能量的衰减,即滤波器长度越长通带的上升沿越陡,核参数值越大通带的中心频率越高,且通带带宽越宽,正则化参数值越小,通带带宽越窄(但通带中心频率基本保持恒定),有效信号幅度衰减越严重.合成地震记录的仿真实验结果表明,Ricker子波核LS-SVR滤波器在处理地震勘探信号的应用中,滤波性能优于径向基函数(Radial Basic Function: RBF)核LS-SVR滤波器以及小波变换滤波和Wiener滤波方法.     

Ricker子波核最小二乘支持向量机在地震勘探信号去噪应用中的参数设置研究

最小二乘支持向量机（LS-SVM）用于拟合回归处理时的参数设置一直是一个难题，它会受到信号类型和强度、核函数类型、噪声强度、计算精度要求等因素的影响.本文针对Ricker子波核LS-SVM去除地震勘探信号中随机噪声问题，讨论和分析了向量机参数、核参数对去噪性能的影响.实验表明，核参数f可取为地震记录的主频，不能较准确估计时宁大勿小；向量机参数γ只要不取得过小，一般情况下都是能接受的.采用此方法对含不同强度噪声的地震勘探信号进行了去噪处理.     

GRACE星体和SuperSTAR加速度计的质心调整精度对地球重力场精度的影响

本文利用改进的能量守恒法开展了GRACE星体和星载加速度计检验质量的不同质心调整精度影响地球重力场精度的模拟研究论证. 结果表明：第一,在120阶处,当质心调整精度设计为0 m,恢复累计大地水准面精度为17.616 cm;当质心调整精度分别设计为5×10^-5 m、1×10^-4 m和5×10^-4 m时,恢复精度各自降低至18.106 cm、19.033 cm和27.329 cm. 第二,以德国GFZ公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型的实测累计大地水准面精度为标准,当质心调整精度设计为(5～10)×10^-5 m时,其和K波段星间测量系统、GPS接收机、SuperSTAR加速度计、恒星敏感器等GRACE核心载荷的精度指标相匹配,对地球重力场恢复精度的影响较小,因此建议我国将来研制的首颗重力卫星的星体和星载加速度计检验质量的质心调整精度设计为(5～10)×10^-5 m较优.     

卫星跟踪卫星测量模式中星载加速度计高低灵敏轴分辨率指标优化设计论证

本文利用改进的能量守恒法开展了GRACE星载加速度计与K波段星间测速仪及GPS接收机精度指标之间的匹配模拟论证. 结果表明：（1）采用GRACE公布的其他载荷精度指标,当加速度计分辨率指标设计为ACC_X=(1～10)×10^-9m/s², ACC_Y,Z=(1～10)×10^-10m/s²时,在120阶处恢复累计大地水准面的精度为19～80 cm,恢复1.5°×1.5°累计重力异常的精度为0.3～1.3 mGal;(2)建议我国将来卫星重力测量计划中星载加速度计三轴分辨率指标设计为ACC_X=(1～5)×1010^-9m/s²,ACC_Y,Z=(1～5)×10^-10m/s²较合适,与GRACE其他载荷精度指标基本匹配.     

2004~2006年奄美大岛以东的琉球海流

基于2004~2006年12个航次的水文资料,用逆方法计算得到了奄美大岛以东AE断面琉球海流的流速和体积流量.再次证实琉球海流具有较稳定的次表层流核结构,流核位于110～600 m深度,并沿AE线分布于27.2°～28.2°N,流核的最大流速为15.1～80.0 cm·s^-1. 12个航次的平均流速断面显示了一个完整的次表层流核,其流核的最大流速为21.3 cm·s^-1, 流核的垂直和水平尺度分别为800 m 和 30 km. 观测结果表明,2004~2006年之间,琉球海流冬季、春季、夏季、秋季和年平均的流量分别为10.9,10.1,5.9,23.9和12.7×10⁶ m³·s^-1,秋季最强,夏季最弱.日本以南黑潮净流量为52.7×10⁶ m³·s^-1, 其中源于吐噶喇海峡黑潮和琉球海流的流量平均比为0.40.     

声子波及其在地震波资料分解中的应用

声子波是由声波波动方程的解构成的一种物理子波,如果不考虑吸收和散射,声子波的传播是相当简单的;相反地,数学子波的传播即使在均匀介质中也是极其复杂的.作为波动方程的解,声子波比一般的数学子波更能有效地应用于复杂声波和地震波的分解和分析.本文从Kaiser的声子波理论出发,给出了通过分别引入点源波形的复时间函数和点源虚时间坐标来构成声子波的两种解释,并对点源模型的合成地震图和实际复杂模型的地震波资料进行了时-空域的声子波变换,说明了声子波应用于地震波资料分解的有效性.     

逆时偏移震源子波影响分析

逆时偏移作为一种先进的地震偏移成像方法,其成像结果的好坏取决于很多因素,其中成像奈件是关键的一个因素.成像条件一般采用互相关成像条件,它是将源波场沿时间进行正推,接收波场沿时间进行逆推,然后将源波场和接收波场进行互相关,从而得到偏移成像结果.源波场正推和接收波场逆推都是采用同一个波动方程,这里采用波动方程一阶应力-速度形式,数值计算方法采用交错网格有限差分方法.采用振幅补偿拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移成像中的低频噪声.采用三次样条插值方法解决逆时偏移成像中的波形不光滑问题.在接收波场逆推过程中,是将地震记录作为边界条件.而在源波场正推过程中,需要给定震源子波作为初值条件.理论上来讲,震源子波为脉冲时是最佳的,但在实际当中难以实现.在源波场正推时,一般采用子波函数.子波函数形式非常多,最常用的是雷克子波.不同主频震源子波产生的源波场频率也不同,从而导致逆时偏移互相关成像效果也不同.那么震源子波主频对逆时偏移成像影响到底有多大呢?为了简便,本文基于不同主频雷克子波,初步分析了相应的逆时偏移成像效果,同时对速度模型存在不同误差时的情形也进行了试验分析.结果 表明:在不同速度误差情况下,震源子波主频越低,成像同相轴连续性越好,散射点聚焦能量越强;震源子波主频越高,虽然分辨率提高,但成像同相轴连续性变差,散射点聚焦能量变弱,同时背景噪声增强.本文研究结果对逆时偏移成像技术在实践中的应用具有一定的参考价值.     

支持向量机在储层厚度预测和计算中的应用

本文通过对油田储层结构的分析,运用支持向量机的理论和方法,建立了用于预测和计算储层厚度的支持向量机回归模型,并对该模型从参数变化范围、核函数选择、误差评价的标准等多方面进行了探讨,找出了建立储层厚度预测模型的一种有效方法,通过对实际储层厚度的预测,证明该方法在预测和计算储层厚度中具有较高的参考价值.     

一阶Rytov近似有限频走时层析

传统的波动方程走时核函数(或走时Fréchet导数)多基于互相关时差测量方式及地震波场的一阶Born近似导出,其成立条件非常苛刻.然而,地震波走时与大尺度的速度结构具有良好的线性关系,对于小角度的前向散射波场,Rytov近似优于Born近似.因此,本文基于Rytov近似和互相关时差测量方式,导出了基于Rytov近似的有限频走时敏感度核函数的两种等价形式:频率积分和时间积分表达式.在此基础之上,本文提出了一种隐式矩阵向量乘方法,可以直接计算Hessian矩阵或者核函数与向量的乘积,而无需显式计算和存储核函数及Hessian矩阵.基于隐式矩阵向量乘方法,本文利用共轭梯度法求解法方程实现了一种高效的Gauss-Newton反演算法求解走时层析反问题.与传统的敏感度核函数反演方法相比,本文方法在每次迭代过程中,无需显式计算和存储核函数,极大降低了存储需求.与基于Born近似的伴随状态方法走时层析相比,本文方法具有准二阶的收敛速度,且适用范围更广.数值试验证明了本文方法的有效性.     

基于矢量预测的SIMO系统混合相位地震子波提取方法研究

针对高阶统计量混合相位地震子波提取方法的局限性, 提出一种基于矢量预测的单输入多输出系统(SIMO)的混合相位地震子波提取方法. 该方法利用二阶循环平稳统计量包含的系统相位信息, 将CMP道集视为一个单输入多输出系统的输出, 利用道集中相邻两道或多道数据通过矢量预测来构建反子波计算的方程式, 进一步进行混合相位子波提取. 利用提取出的子波相位信息对CMP道集进行纯相位滤波, 能够替代相位校正技术, 并且利用获取的反褶积算子对CMP道集进行反褶积处理, 使提高分辨率后的不同道子波振幅、 频率、 波形相一致, 提高叠加的质量. 模型试算和实际资料处理结果表明, 文中方法适用于任意相位的子波提取及反褶积处理, 且处理精度较高, 具有较高的实际应用价值.      

零偏移距VSP资料层Q反演及其应用研究(英文)

地层品质因子Q的可用于地震资料高分辨率处理,而从VSP资料下行直达波更容易获取准确的地层品质因子。通过对零偏移距VSP资料的监控子波和下行初至波的频谱进行综合分析,仿照Ricker子波频谱的表达式,本文提出了震源子波频谱新的表达式。在震源子波频谱新的表达式基础上,我们介绍了改进的频谱拟合法和改进的谱比法的层Q值反演方法及相应的处理流程。基于本文提出的层Q值反演方法,利用实际的零偏移距VSP资料的下行直达波,反演稳定的层Q值,并用于零偏移距VSP资料及井旁地面地震资料的反Q滤波振幅补偿处理,提高了地震资料的分辨率。     

Ricker子波视主频的变化对混沌振子检测效果的影响

针对地震勘探资料中存在加性强随机噪声干扰，已经提出用混沌振子系统处理的方法技术.为完善该方法，需要研究诸如地震勘探同相轴完整程度、组成同相轴的地震子波变化等对系统检测效果的影响.本文以Ricker子波模拟地震子波，研究Ricker子波视主频变化的相应检测效果.研究结果：随着Ricker子波视主频的升高，检测SNR逐渐变差，在高频部分SNR的变化明显比低频部分缓慢；在通常地震勘探频率范围内，混沌振子系统检测SNR有可能部分补偿由于地震波传播引起的幅度降低；为检测由畸变子波构成的同相轴提供一定的可能.     

地震数据有损压缩与失真分析

文中提出了应用双正交小波变换有损压缩地震数据的方法,该方法具有实现简单、在高压缩比情况下失真小等特点。以信噪比、剩余能量作为评价指标,分析了压缩引起的信号失真。结果表明压缩比在0~31范围内取值时,信噪比较高,剩余能量在99%以上,原始信号与重构信号有很好的相关度。即使在不太理想的情况下,将重构信号用于地震参数快速测定,对震级的计算误差最大为8.6×10-3,震中距的最大计算误差为3.69 km。     

利用零偏移VSP资料估计介质品质因子方法研究

利用峰值频率移动法估算零偏VSP资料的品质因子Q．该方法用Ricker子波和匹配地震子波分别逼近零相位和混合相位的震源子波，得到了峰值频率移动法估计Q值的公式．进而针对常规方法估计的地震子波峰值频率精度不高的问题，提出了估计地震子波峰值频率的特征结构法．通过合成零偏VSP资料的仿真试验，验证了峰值频率移动法估计Q值的正确性．仿真结果表明，与快速Fourier变换和Burg最大熵方法相比较，特征结构法得到的峰值频率和Q值精度高一些．仿真结果也表明，用峰值频率移动法估计Q值时需要选取恰当的子波参数,否则影响Q值估计的精度．     

基于BTTB矩阵的快速高精度三维磁场正演

本文改进了一种快速、高精度空间域三维正演算法,用来计算地下场源在水平观测面产生的磁异常ΔT场及其梯度场,以解决传统空间域正演计算效率低的问题.算法采用长方体对场源区域进行剖分,观测点与场源剖分单元体中心点在水平面上的投影重合.改进的算法具有以下三个特点:(1)采用无解析奇点的解析解公式计算磁异常,保证计算精度.(2)通...     

THE METHOD OF CONSTRUCTING IONOSPHERIC TEC BACKGROUND FIELD BASED ON SVR MODEL

There are many factors related to the variations of TEC, and the changes of TEC caused by earthquake only occupy a small portion. Therefore, it is vital how to exclude the ionospheric interference of non-seismic factors accurately in the process of seismic ionospheric anomaly extraction. This study constructed a TEC non-seismic dynamic background field considering the influence of solar and geomagnetic activities. Firstly, the TEC components of half-year cycle and annual cycle are extracted by wavelet decomposition. Then, it establishes a regression model between TEC in which periodic factors are removed and solar activity index, geomagnetic activity index with SVR method(support vector regression)in non-seismic period. Finally, based on the constructed model, the solar activity index and geomagnetic activity index is used to reconstruct aperiodic components of TEC in earthquake's period. From the reconstructed aperiodic components of TEC plus the half-year periodic components and annual periodic components of TEC in the same period, the non-seismic dynamic background field is obtained. Comparing the residuals relative to original TEC values in non-seismic dynamic background field and traditional sliding window background, there are apparent monthly periodic change and semi-annual periodic change in the residuals of sliding window background, which can have obvious impacts on the subsequent seismic ionospheric anomaly detection. In order to test the validity of seismic TEC anomaly detection based on the background field construction method, this paper investigated the long time series TEC anomalies near Wenchuan city(30°N, 100°E)from March 1 to September 26 in 2008. It is found that under the condition of non-seismic disturbance such as solar activity and geomagnetic activity, TEC abnormal disturbance is rarely detected by non-seismic dynamic background field method, when compared with the traditional sliding time-window method. And before the earthquake, more TEC anomalies were detected based on the proposed method, also, they were more intense than those extracted by sliding window method. Therefore, the TEC background field construction method based on SVR(support vector regression)has superiorities in both system errors elimination, which are caused by solar, geomagnetism, the non-seismic ionospheric disturbance events and periodic fluctuations of TEC, and in reducing the false alarm rate of seismic TEC anomaly. Moreover, it can also improve the seismic TEC anomaly detection ability. In addition, this paper analyzed the time-spatial distribution of TEC anomaly before three earthquakes on May 12, August 21 and August 30, 2008. They were mainly negative abnormal perturbations and often distributed on the equatorial side of epicenter.     

The attenuated Ricker wavelet basis for seismic trace decomposition and attenuation analysis

The widely used wavelets in the context of the matching pursuit are mostly focused on the time–frequency attributes of seismic traces. We propose a new type of wavelet basis based on the classic Ricker wavelet, where the quality factor Q is introduced. We develop a new scheme for seismic trace decomposition by applying the multi-channel orthogonal matching pursuit based on the proposed wavelet basis. Compared with the decomposition by the Ricker wavelets, the proposed method could use fewer wavelets to represent the seismic signal with fewer iterations. Besides, the quality factor of the subsurface media could be extracted from the decomposition results, and the seismic attenuation could be compensated expediently. We test the availability of the proposed methods on both synthetic seismic record and field post-stack data.