高阶统计量方法在地球物理学中的应用与展望

高阶统计量方法是研究非高斯过程,非线性系统和非最小相位信号的有力工具。一些使用相关函数或功率谱进行分析与处理而得不到满意结果的问题都可以使用高阶统计量方法。本文介绍了高阶统计量在地球物理学中的应用现状。     

陇西及周边地区地震活动与震磁效应的高阶统计量研究

高阶统计量是研究非高斯过程,非最小相位信号和非线性系统的有力工具,其应用领域已涉及通信、地球物理、生物医学、故障诊断等。本文对嘉峪关和乾陵2个地磁台站1998～2002年期间的地磁垂直分量(Z)资料运用高阶统计量方法进行处理,探讨陇西及其周边地区地震活动与地磁场变化之间相互关系,并将其结果与相关分析和线性拟合方法的结果进行对比。结果发现,高阶统计量异常一般早于两台Z分量相关系数和嘉峪关台Z分量线性拟合差异常1～2个月出现,且三阶矩(三阶累积量)的异常变化幅度在5～10之间,四阶矩的异常幅度在50以上,甚至达到150,四阶累积量的异常幅度在10～60之间。这些表明在震磁效应的统计分析研究中引入高阶统计量方法的必要性及其在地震预报中的潜力和良好前景。     

小波分析在地球物理及大地测量中的应用

小波分析是重要的时—领域分析工具，在地球物理和大地测量相关问题研究中逐渐显示出其独特的作用。本文较全面地介绍了现阶段小波分析在重力异常分解、固体潮、地球自转变化、ENSO和重力场展开等地球物理及大地到量领域的研究进展，并在此基础上对地球物理及大地测量领域小波分析的应用前景做了进一步分析。     

高阶统计量在大地电磁测深数据处理中的应用研究

在大地电磁（MT）测深法中,大地电磁响应函数经常出现个别频点分散、误差棒较大、形态异常等现象,在作反演解释时,许多地质特征难以有效提取出来,这些问题严重阻碍了MT的实际应用效能和发展.本文利用高阶统计量方法检验了MT信号的高斯性. 结果表明,MT信号是非高斯的. 根据任何高斯过程,其高阶统计量（高阶累积量,高阶谱）均为零的性质,通过信号的高阶谱恢复功率谱,再由功率谱估算MT响应函数,能有效抑制高斯有色噪声的影响,提高MT资料的处理质量. 从应用效果看,这种方法在抑制高斯有色噪声、提取信号中有用信息方面优于传统功率谱方法.     

高阶统计量油气检测方法研究

利用高阶统计量比功率谱函数包含更多信息并具有对高斯噪声不敏感的优点,及地震信号的高阶谱特征,本文提出一种新的利用地震属性参数（高阶谱特征参数）进行油气检测和识别的方法. 理论模型和实际资料的检验结果不仅证实了地震信号的高阶谱特征所对应的地质意义,而且得出了含水砂岩和含气砂岩的高阶谱属性规律,可以直接用来进行油气预测,其油气预测效果比常规振幅类属性具有更好的抗噪声能力.     

GNSS测站坐标非线性变化影响机制的研究

对影响地球参考框架稳定度与精确度的地球动力学因素进行深入研究,能更好地促进毫米级地球参考架的建立.而研究GNSS测站坐标的非线性变化及其相关机制,是实现毫米级地球参考框架的前提,也为提升GNSS坐标精度、研究地球物理因素等提供参考.首先研究了GNSS测站坐标非线性变化的影响机制与理论改正模型,给出了季节性温度效应、地表物质负荷效应、GNSS周年性系统误差和高阶电离层延迟这四种因素的研究进展,并提出了在机制和模型研究方面一些改进的方向.然后通过以高阶电离层延迟对GNSS测站坐标时间序列的影响为例,进行分组实验,研究了高阶电离层延迟对GNSS测站坐标非线性变化的影响,并进一步将影响进行了量化.研究结果有助于对测站坐标非线性变化的机制做出更精确合理的解释,同时也有助于削弱与限制高阶电离层延迟对建立高精度地球参考框架的影响;为我国北斗地球参考框架的建立与维持提供了可靠的理论基础,具有一定的参考价值.     

高阶统计量及AIC方法在区域地震事件和直达P波初动识别中的应用

利用高阶统计量（偏斜度和峰度）与赤池信息量准则（简称AIC）相结合,进行区域地震事件实时检测和P波初至精细识别的新方法研究,通过处理山东地震台网记录的地震波资料,结果表明：应用高阶统计量（偏斜度和峰度,尤其是峰度）能够有效识别地震事件,降低地震事件的错误报警率和漏报率;与人工识别震相到时结果相比,根据Ske-AIC、Kur-AIC震相自动识别方法得到的震相到时的平均绝对值误差小.     

地震资料非高斯信息分析提取方法及油气预测

从讨论实际地震记录高阶累积量分析入手,研究利用高阶累积量计算高阶谱的方法.在分析高阶累积量及高阶谱提取分离具有非高斯分布信号时,详细讨论了产生非高斯分布的地震记录的特征规律.阐明了用地震资料的低频高阶谱预测砂体含油气性的机理.从理论模型和实际资料论证了研究方法的正确性.最后利用该方法计算的高阶谱结果和实际产油气井资料进行符合率验证分析.在此基础上,利用该方法进行有利含油气层预测.     

工程地球物理方法技术研究现状综述

从工程地球物理的方法技术角度，结合相应的地球物理理论，综述了工程地球物理方法在各种工程领域的应用现状和发展，并具体讨论了各领域中存在的问题。     

关于大地电磁信号非最小相位性的讨论

由于信号的功率谱仅包含振幅信息而不包含相位信息,因此传统功率谱方法仅能处理最小相位信号,难于适用于非最小相位信号．本文对不同地区的实际大地电磁(MT)信号作了分析,结果表明,不同测点MT信号在Z平面上的零点分布并不全部位于单位圆之内,可以判定MT信号一般具有非最小相位的特点,因此有必要改进传统处理方法,发展新的资料处理方式．实际信号分析,理论和数值模型实验证明,信号的高阶统计量包含其相位信息,因此,高阶统计量方法能够有效处理具有非最小相位特征的MT信号．     

高阶谱混合方法地震子波估计及处理

凭借高阶累积量对噪声的不敏感性,依据地震记录高阶谱中包含的子波相位、幅值信息,提出了基于双谱和三谱混合的子波恢复方法,并对理论合成记录进行子波估计及处理模拟试验,其结果论证了该方法的可行性.同时,用本文介绍的方法对野外采集的地震资料进行处理后,其分辨率明显提高,说明了高阶谱技术在资料处理方面有相当大的潜力.     

Numerical analysis of one-dimensional nonlinear acoustic wave

Numerical investigations on one-dimensional nonlinear acoustic wave with third and fourth order nonlinearities are presented using high-order finite-difference (HFD) operators with a simple flux-limiter (SFL) algorithm. As shown by our numerical tests, the HFDSFL method is able to produce more stable, accurate and conservative solutions to the nonlinear acoustic waves than those computed by finite-difference combined with the flux-corrected-transport algorithm. Unlike the linear acoustic waves, the nonlinear acoustic waves have variable phase velocity and waveform both in time-space (t-x) domain and frequency-wavenumber (f-k) domain; of our special interest is the behaviour during the propagation of nonlinear acoustic waves: the waveforms are strongly linked to the type of medium nonlinearities, generation of harmonics, frequency and wavenumber peak shifts. In seismic sense, these characteristics of nonlinear wave will introduce new issues during such seismic processing as Normal Moveout and f-k filter. Moreover, as shown by our numerical experiment for a four-layer model, the nonlinearities of media will introduce extra velocity errors in seismic velocity inversion.     

重力梯度法的角点位置最优化选取研究(英文)

常规的重力梯度法对地质体位置划分很模糊,当深度越大,地质体越小时,对Vzz和Vzx求导的误差也越大,导致结果与实际偏差很大。本文提出状态判别因子对角点位置进行优化确定,比常规高阶重力导数法更精确,使重力梯度法在对小地质体和断裂上有更好的分辨率,理论模型试算和实际资料处理效果很好,为找矿或划分地下地质体产状提供了更有利的依据。     

3D高阶抛物Radon变换地震数据保幅重建

本文结合传统3D抛物Radon变换（PRT）和AVO数据正交多项式拟合,给出了3D高阶抛物Radon变换方法（HOPRT）.该变换增加了描述AVO数据变化的梯度信息和曲率信息,拓展了传统3D抛物Radon变换方法,使其在具有AVO特征的数据重建中具有更高的准确度,从而提高AVO分析的可靠性.文中给出了3D高阶抛物Radon变换进行地震数据保幅重建的流程.理论模型和实际地震资料的重建结果显示了本文方法的优点.     

任意倾斜各向异性介质中弹性波波场交错网格高阶有限差分法模拟

给出了任意倾斜各向异性介质中二维三分量一阶应力速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式及其稳定性条件,并推导出了二维任意倾斜各向异性介质完全匹配吸收层法边界条件公式和相应的交错网格任意偶数阶精度差分格式. 数值模拟结果表明,该方法模拟精度高,计算效率高,边界吸收效果好. 各向异性介质中弹性波波前面形态复杂, 且qP波波速不总是比qS波波速快. qS波波前面和同相轴的三分叉现象普遍, 且其同相轴一般不是双曲线型. 当TI介质倾斜时,3个分量上均能够观测到横波分裂现象, 而且各波形的同相轴变得不对称.      

横向各向同性介质地震波场数值模拟研究

地震波场数值模拟是理解地震波在地下介质中的传播特点,帮助解释观测数据的有效手段,而提高计算精度和运算效率是所有波场数值模拟方法研究所追求的目标.有限差分技术是求解波动方程计算效率最高、应用最为广泛的方法之一.但传统的有限差分技术计算过程中的数值频散问题影响了该技术的计算精度与计算效率.本文通过交错网格高阶有限差分技术与通量校正传输方法（Flux|corrected transport method,FCT）相结合, 对横向各向同性介质（Transverse isotropic medium,TI）一阶速度|应力弹性波动方程组进行了数值求解研究.波场快照数值模拟结果表明,本文研究的数值模拟方法与波动方程二阶有限差分方法、交错网格四阶有限差分方法相比,在压制网格数值频散方面有明显的优势,计算精度提高,而且可以利用较大的空间步长,提高计算效率.     

改进的一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法

本文对董良国、马在田等人发表在<地球物理学报>上的一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法一文进行了差分格式的改进.发现原文对一阶空间导数采用2N阶差分精度,而对高阶导数却采用简单的中心差分,即对同一方程中的各阶导数的处理存在有的采用高阶格式、有的采用低阶格式的不一致性问题,本文的改进点正是消除了这种不一致性,建立了时间和空间均为四阶精度的差分格式.该方法具有编程简便、易于计算机实现和精度较高的特点.     

Numerical modeling of wave equation by a truncated high-order finite-difference method

Finite-difference methods with high-order accuracy have been utilized to improve the precision of numerical solution for partial differential equations.However, the computation cost generally increases linearly with increased order of accuracy.Upon examination of the finite-difference formulas for the first-order and second-order derivatives, and the staggered finite-difference formulas for the first-order derivative, we examine the variation of finite-difference coefficients with accuracy order and note th...     

地震资料的高阶伪希尔伯特变换边缘检测

构造了一种用于边缘检测的高阶伪希尔伯特变换,它吸收了时频分析的局部化特性和传统希尔伯特变换的思想,调节其时窗宽度和阶数可以实现不同的输出.信号模型及实际图像的处理结果表明,高阶伪希尔伯特变换能提取出各种类型的边缘信息,边缘表达完整、定位准确.利用这一方法对实际地震资料进行了处理,它能突出地震资料的奇异信息.可用于描绘地层精细结构,地层的识别和追踪,裂缝、河道和断层的检测.     

A staggered-grid high-order finite-difference modeling for elastic wave field in arbitrary tilt anisotropic media

Introduction The real Earth usually presents anisotropy. Therefore, it is of theoretical and practical sig- nificance for many fields as oil and gas, seismic exploration and production, earthquake prediction, detection of deep structure and so on to study on seismic wave theory, numerical simulation method and its applications in the anisotropic media (Crampin, 1981, 1984; Crampin et al, 1986; Hudson et al, 1996; Liu et al, 1997; Thomsen, 1986, 1995; TENG et al, 1992; HE and ZHANG, 1996)…