精密控制震源理论波形的计算方法

精密控制震源是精密主动监测技术的关键设备, 它为整个系统发射精确的、 高度可重复的震动信号, 是精密主动监测的基础。 其理论波形对于观测数据处理、 提取监视地下介质的信息是十分重要和关键的。 精密控制震源发出的震动信号由于受到重力的影响, 并不是标准的正弦或余弦波形。 本文研究了重力对震源发射波形的影响, 推导出在重力影响下精密控制震源理论波形的计算公式, 给出了该计算公式的数字递推求解方法和误差控制方法, 可以准确地计算出精密控制震源在重力影响下发射信号的理论波形。     

用Wigner-Hough变换检测精密控震源信号

本文提出基于Wigner-Hough变换实现精密可控震源信号的检测与变换的方法.精密控制震源发射并由地震台站观测设备记录下来的信号是连续线性调频振动信号(LFM),线性调频信号的Wigner-Ville变换是在时频平面内包含一条直线的图像,而Hough变换则是通过计算沿直线的积分可以有效检测图像中的直线,图像中的直线在Hough变换输出的图像中表现为一个峰值,用于精密控制震源信号的检测可以反映接收数据中存在的震源信号.本文针对精密控制震源信号检测中 Wigner-Ville变换和Hough变换存在的问题开展研究,并提出了解决方案.通过对2009年在广东新丰江水库库区精密可控震源试验观测数据的实际处理,显示该方法是可行的,为精密控制震源信号的检测与变换找到了又一新的方法和技术途径.     

精密可控震源非线性扫描信号优化设计

基于精密可控震源发射信号特性,根据能量均衡原则和信噪比最大原则,设计不同频谱的非线性扫描信号。通过灵活设计角频率—时间关系来分配不同频率的能量,有效改善发射信号的频谱特征和相关子波形态。与线性扫描信号相比,损失部分发射能量,换取分辨能力的提高,对可控震源探测具有一定实际意义。     

基于时变窄带滤波技术提取可控震源扫频信号方法研究

精密主动地震监测为我们主动探测地下介质结构, 并监视其动态变化提供了一条可能的技术途径。 由于精密控制震源释放的能量强度小, 随着传播距离的增加, 信号的快速衰减, 在离震源较远处有用的震源信号被掩盖在很强的噪声中, 这对于震相的识别与走时的拾取精度有着很大的影响。 本文设计了一种时变窄带滤波器进行更为精细的滤波, 期望进一步提高观测数据信噪比, 再结合匹配滤波方法实现主动震源信号的检测与波形变换。 另外, 由于不同震相有一定的到时差, 使用时变窄带滤波器提取一个震相波形信息时, 将压制其他震相的波形信号, 从而实现了震相分离的技术。 仿真计算与实际资料处理显示了该方法在提高观测资料质量、 震相识别分辨率及震相分离方面具有一定的有效性与优越性。 通过对广东省新丰江库区精密可控震源试验数据进行时变窄带滤波方法的处理, 在震中距为200 km左右处的台站记录中检测到主动源信号, 体现了对远台弱信号的提取能力。     

6级左右历史地震震源参数的模拟估计

本文借鉴直接拟合烈度数据点和枚举震源参数的做法,设计了一种利用烈度资料估计6级左右历史地震震源参数的方法.该方法对震源参数所有可能的组合进行枚举,采用地震波场模拟计算转换的理论烈度值,利用模型选择方法评估各可能的震源参数组合模型与历史破坏记录推断的地震烈度数据点的拟合程度,对震源参数做出估计.该方法充分考虑到历史资料相对稀少对震源参数估计的影响,以多种震源参数估计结果和相应权重值来定量化表示估计的不确定性.通过对给定震中位置、震源深度和滑动角的Bootstrap数值恢复检测与2006年美国Parkfield 6.0级地震实例的测试,表明该方法得出的震源参数估计结果具有统计一致性和一定的无偏性.将该方法应用于1882年河北深县6级地震的震源参数估计,结果显示东西向旧城北断层或何庄断层及北东东走向的深西断层为深县地震的发震构造的可能性较大.     

河北赤城可控震源主动监测实验

利用精密可控主动震源CASS-40在赤城开展了2次信号发射与监测实验。实验中分别采用5~10~5 Hz、4~10~4Hz线性调频信号,布设了赤城—张家口、赤城—张北2条测线,对发射信号进行连续记录。用短时Fourier变换分析了发射信号的时频特征,用反褶积和WHT变换2种方法计算得到了2条测线的地震波走时剖面,对结果进行了对比分析。选取震相清晰的临时台站计算了波速比(Vp/Vs),结果与已有的研究成果相符。     

精密主动地震监测

借助人工震源,主动探测地下介质结构、并监视其动态变化是地震学家的一个梦想,本文提出的精密主动地震监测(PASM: Precisely and Actively Seismic Monitoring)为实现这一梦想提供了一条可能的途径.本文介绍的精密主动地震监测系统以与GPS保持同步的电子系统控制的旋转质量体作为地震信号源,产生精确的、高度可重复的地震信号,这种信号经过地下介质传播到达观测点被数字地震仪器记录,由专门的计算方法提取,可以获得监视地下介质结构的有效信息,从而实现地下介质结构及物性的主动精确动态监测.其中震源是一种连续震源,工作时对地输入能量强度低,对环境不造成任何破坏性影响,可长期运行,是一种适用范围广泛的绿色震源.以此震源为基础构成的精密主动地震监测系统,配合高灵敏度的数字观测系统,再加上数据处理和信噪比增强技术,可以在150 km以上的距离外得到有效纪录,精确地监视固定路径的精度优于1 ms的走时变化,进而监视地下介质的速度变化和介质参数的变化,是一种前景光明的新型地震学研究方法.     

可控震源同步激发采集交涉干扰压制

可控震源高效地震最大的障碍是同步滑动扫描激发产生的交涉干扰.准北HSD地区采用DS~4可控震源高效激发技术进行资料采集,由于震源距离分开,在采集环节最大程度的降低了交涉干扰影响,但地震记录仍然受到污染,信噪比降低,影响到成像质量.为此,本文提出基于多方位矢量中值滤波的交涉干扰去除方法,利用交涉干扰在共检波点道集表现为离散信号的原理,在共检波点域或共偏移距道集中去除交涉干扰,提高了记录品质,改善了地震剖面的成像质量.     

基于三元伪随机编码的冲击夯可控震源控制系统设计

冲击夯可控震源具有移动方便、质量轻、输出力大等优点,在城市工程勘察以及中浅层地震勘探等领域具有一定的应用前景.其激励信号主要基于二元伪随机编码技术,由于旁瓣效应导致相关干扰严重、地震记录信噪比低等问题,制约了冲击夯震源的推广应用.本文针对传统控制方法的不足,开展了基于三元伪随机的冲击夯可控震源编码技术和编码匹配控制方法研究,并在此基础上设计和实现了相应的控制系统.野外实验结果表明:相比于二元伪随机编码控制方法,三元伪随机编码控制方法得到的地震子波的主旁瓣比提高了4.04 dB;震源信号穿透力强,在测线远端处能量约为30磅锤击震源的100倍,约为二元伪随机方法的4倍;单炮地震记录中干扰抑制能力强,信噪比显著提升,子波频带宽,提高了分辨率,在一定程度上提高了地震勘探效果.     

基于分频波形拟合方法的鲁甸M_S6.5地震序列震源机制解研究

2014年鲁甸M_S6.5地震造成了极大的人员伤亡和经济损失,其孕震机理和动力学成因为国内外学者广泛关注.由于目前的反演主要采用单一的反演方法进行处理,导致结果的不确定性较大,使得该地震的发震构造及孕震机理等问题仍存在较大争议.针对目前研究存在的不足,本文基于近震波形求解震源机制解的gCAP(general Cut And Paste)方法和全波形拟合方法,分别反演了鲁甸地震主震及其9次余震的震源机制解,以此评价近震数据反演震源机制解结果的可靠性与稳定性.结果表明数据方位角覆盖对gCAP解的稳定性有较大影响.针对全波形拟合方法反演过程中,低频信号稳定、高频信号解析度高的特点,采用0.01～0.05Hz和0.01～0.2Hz分频段波形拟合思路:在低频段剔除拟合差的数据,进一步在高频段进行高解析度波形拟合,从而获得主震可靠稳定的震源机制解.研究结果表明鲁甸地震主震倾角为76°～83°、滑动角为-157°～-164°,为一次高倾角走滑型地震.两种方法获得的余震震源机制解比较一致,验证了结果的可靠性.研究结果显示,鲁甸地震的高倾角破裂特征,会导致其能量释放快速且完整,这可能是导致鲁甸地震地面破坏加重及缺乏较大震级余震的主要原因.     

Vibrator Data Denoising Based on Fractional Wavelet Transform

In this paper, a novel data denoising method is proposed for seismic exploration with a vibrator which produces a chirp-like signal. The method is based on fractional wavelet transform (FRWT), which is similar to the fractional Fourier transform (FRFT). It can represent signals in the fractional domain, and has the advantages of multi-resolution analysis as the wavelet transform (WT). The fractional wavelet transform can process the reflective chirp signal as pulse seismic signal and decompose it into multi-resolution domain to denoise. Compared with other methods, FRWT can offer wavelet transform for signal analysis in the timefractional-frequency plane which is suitable for processing vibratory seismic data. It can not only achieve better denoising performance, but also improve the quality and continuity of the reflection syncphase axis.     

Waveform Retrieval and Phase Identification for Seismic Data from the CASS Experiment

The little destruction to the deployment site and high repeatability of the Controlled Accurate Seismic Source (CASS) shows its potential for investigating seismic wave velocities in the Earth's crust. However, the difficulty in retrieving impulsive seismic waveforms from the CASS data and identifying the seismic phases substantially prevents its wide applications. For example, identification of the seismic phases and accurate measurement of travel times are essential for resolving the spatial distribution of seismic velocities in the crust. Until now, it still remains a challenging task to estimate the accurate travel times of different seismic phases from the CASS data which features extended wave trains, unlike processing of the waveforms from impulsive events such as earthquakes or explosive sources. In this study, we introduce a time-frequency analysis method to process the CASS data, and try to retrieve the seismic waveforms and identify the major seismic phases traveling through the crust. We adopt the Wigner-Ville Distribution (WVD) approach which has been used in signal detection and parameter estimation for linear frequency modulation (LFM) signals, and proves to feature the best time-frequency convergence capability. The Wigner-Hough transform (WHT) is applied to retrieve the impulsive waveforms from multi-component LFM signals, which comprise seismic phases with different arrival times. We processed the seismic data of the 40-ton CASS in the field experiment around the Xinfengjiang reservoir with the WVD and WHT methods. The results demonstrate that these methods are effective in waveform retrieval and phase identification, especially for high frequency seismic phases such as PmP and SmS with strong amplitudes in large epicenter distance of 80–120 km. Further studies are still needed to improve the accuracy on travel time estimation, so as to further promote applicability of the CASS for and imaging the seismic velocity structure.     

提取精密控制震源信号的自适应加权匹配滤波方法

为克服短时突发噪声对提取精密控制震源信号的影响, 本文研究并提出了加权匹配滤波方法。 通过评估记录中的噪声时间分布取得相对应的信号段的权重, 对噪声水平高的时段分配较小的权重, 噪声水平较低的时段分配较大的权重, 进行加权匹配滤波, 达到降低短时突发噪声的影响、 有效提高输出信号信噪比的目的。     

Determining the drift velocity of ionospheric irregularities by analyzing three mutually orthogonal projections of the HF radio signal field vector

This paper presents results of an experimental verification of our earlier suggested spectral-polarization method of measuring the interference pattern velocity by analyzing three mutually orthogonal projections of the radio signal field vector using a single receiving antenna. The measurements were made on an HF radio path about 100 km in length, with a simultaneous monitoring of the ionospheric situation using an oblique-incidence sounding chirp–ionosonde. In an effort to eliminate multipath effects, in the analysis we used nighttime intervals, for which a stable one-mode reflected radio signal was observed. It is shown that the proposed method gives the mean values of the azimuth and zenith angle which differ by no more than 2 to 5° from calculated values. Mean values of the velocity of travelling ionospheric disturbances (of order 50 m/s) and propagation directions (north-westward changing to northward by the morning hours) obtained for these time intervals are consistent with existing published data.     

新型短周期地震仪标定器的设计

针对地震仪器分段标定方法以及按分段标定方法设计的标定仪器的不足，设计整机系统一次标定的短周期地地义标定器。新型的地震仪标定器，采用８０３１单片机为ＣＰＵ，程序控制数模转换产生各种标定信号，程控衰减电路实现信号的定量输出，恒流变换电路实现标定信号的恒流输出和地震仪的恒流标定，采用系统标定方法和相应的标定器将提高地震仪器的标定精度。     

Nonlinear data processing method for the signal enhancement of GPR data

An alternative data processing procedure is proposed in this paper for the purpose of enhancing the signal/noise (S/N) ratio of ground penetrating radar (GPR) data. The processing methodology is achieved by performing the logarithmic transform in conjunction with the ensemble empirical mode decomposition (EEMD), a new nonlinear data analysis method in signal processing. The synthetic model study and field example indicate that the logarithmic transform is effective in alleviating the attenuation problem. Additionally, the spectrogram obtained from Hilbert-Huang transform (HHT) shows that the decomposition sensitivity of the EEMD method is greatly improved with the aid of the logarithmic transform. This new method allows us to extract the signal components from noisy GPR data efficiently. The success of this study suggests a possible nonlinear analysis application in future GPR investigation, particularly in the filter design and gain correction.     

改良的数字化测图新方法

阐述了在地形复杂、地貌破碎、作业组较多时一种改良的数字化测图新方法的作业流程。该方法发挥了数字化测图的高精度高效率和模拟法测图善于处理勾绘复杂地貌等高线的长处，为针对不同情况制定合适的测图作业方案增加了一种选择。