地震信号多尺度分解及弱震相的提取

地震波携带着地球内部(包括震源和介质)的信息,这些信息是研究地球物理及地震的重要依据之一。并以频率、相位、振幅、时间等物理量特征,如何提取这些信息就显得至关重要。傅里叶变换实现了信号从时域到频域的变换,揭示了波列中各频率成分的能量分配,但丢失了时间这一重要信息。Gabor变换对傅氏变换作了推进和发展,通过加窗和平移的方法实现了时域局部化,但由于窗口一经选定,对所有频率的信号都固定不变,无法对高频和低频成分同时获得高分辨率,在许多研究中受到局限。1984年,法国地球物理学家Morlet提出了小波分析的概念和理论,后经许多科…     

基于小波分析的断层检测

断层在地震数据中显示出奇异性,经过小波变换可以得到断层位置处地震数据的奇异性属性.对包含断层的地震数据进行小波分析处理,能够得到断层的垂直和水平位置.在实际地震资料中将地震信号表示成不同尺度和不同位置的基本单元,然后对变换系数进行极值提取,检测出不同尺度下的地震信号突变特征,从而进行断层检测.对实际地震资料进行地震信号奇异性检测时,首先将地震剖面划分成层,然后在每一层内将尺度参数进行离散化,计算地震记录的小波变换系数,对于某一个尺度求取每一道小波变换系数的最大值,将每一道地震记录小波变换系数的最大值根据原地震道的位置进行排列,得到奇异性曲线.对于某一尺度,断层所在的水平位置对应着奇异性曲线的最值位置,最后绘出整个剖面的极值点检测结果.     

2000～2004年山西重力场变化及小波多尺度分解

利用山西流动重力测网资料和《GDPAS-MRG》软件,得到了2002年太原、2003年洪洞2次M_L5.0地震前后不同时空尺度的重力场动态变化图像,并利用小波变换方法将2000~2004年的山西重力场动态变化进行了多尺度分解,对不同时空小波尺度下的重力场变化进行了分析。结果表明:①这2次地震均发生在重力变化梯度带的"0"等值线附近;②通过小波变换可获得不同尺度下的重力场变化,且随着阶次的增加,深部构造活动信息更加突出。     

磁暴数据的多尺度分析

磁暴可能对电网、油气管线等技术系统的安全运行造成影响,分析磁暴的时频特征对研究技术系统的影响有重要意义.本研究采用多尺度小波变换,分析广东肇庆地磁台的磁暴地磁数据,将磁暴地磁分量数据分解为高频和低频,研究了磁暴地磁分量的时域特征,得到了一些有价值的结论.     

月球重力异常的小波多尺度分析

本文将小波多尺度分析引入月球重力场的研究,选取测量数据质量较好的月球近区作为实验区域,以“Clementine”探测器获得的自由空气重力异常作为原始数据对主要月海盆地进行了局部的重力异常分解,解释了月球内部基本分层结构,并利用主要月海盆地的实验结果分析了月海下部质量异常以及莫霍面的起伏形态,与已有研究成果进行比较证明了方法的适用性及结果的合理性.     

非平稳随机激励下线性结构动力响应的小波多尺度分析

为了能够有效地建立随机激励作用下结构动力响应均方值、频率与时间之间的关系,基于小波多尺度分析理论,探讨了非平稳随机激励下线性结构动力响应均方值的2种计算方法：(1)先采用显式时域法求解线性结构在不同激励样本下的动力响应样本,然后基于小波多尺度分析技术对各动力响应样本进行多尺度分析;(2)先将不同的激励样本进行小波多尺度分析得到不同尺度下的激励样本,然后再基于显式时域法高效求解线性结构在不同尺度激励样本下的响应样本。最后,基于导出的响应均方值多尺度计算公式得到总的响应均方值。在数值算例部分,采用Meyer小波对结构动力响应实施了小波多尺度分析。算例结果表明,位于结构基频共振区域的那部分激励能量对位移响应均方值有较大的贡献,而对速度响应均方值和加速度响应均方值影响较为复杂。同时,数值算例还表明所提计算方法不受非平稳激励形式的限制,且可以在频域空间高效地识别出激励不同频率区间的能量对结构动力响应均方值的贡献情况。     

小波多尺度熵在新疆跨断层形变资料中的应用

跨断层形变资料的信息提取与分析是地震研究的重要内容之一。文中以小波分析和信息熵理论为基础,提出了能够反映局部数据信息有序度大小的小波多尺度熵信息提取方法。研究了新疆天山地区跨断层定点形变观测资料强震前小波多尺度熵的变化特征,并应用多元线性回归方法分析了减熵异常与地震三要素之间的关系。结果表明:跨断层形变速率的相对高频成分携带的信息量大于中低频成分,大多数强震前小波多尺度熵有低值异常出现,累计减熵量的对数与震级、异常起始至发震的时间具有显著的线性关系,表现为震级越大,异常起始至发震的时间越长,累计减熵量越大,多个测点整体熵值的减少与大范围的地壳运动及地震活跃期存在一定程度的关联性     

地震活动空间分布不均匀性的多尺度分析

利用空间尺度显著性分析方法,本文讨论了中国大陆东、西部地区、台湾地区以及新西兰地区地震活动的空间分布特征.结果显示,地震活动具有多尺度空间成丛分布与随机分布特征.在不同空间带宽情况下,处于板块边缘的台湾、新西兰地区地震活动空间分布规律性较好,而中国大陆地区则规律性较弱.文中还讨论了窗宽的选择对人们认识地震活动空间分布特征的影响.     

地震属性优化及物性参数反演的一种非线性处理方法

常规地震资料解释方法误差较大,越来越不能满足现代地震勘探解释的需要.本文在对地震属性进行模式分类的基础上,利用LLE算法对地震属性进行非线性降维,然后利用小波BP网络对物性参数进行非线性反演,建立了一个具有自适应、复杂非线性的地震属性储层反演模型.以某工区为例进行计算,并对其精度进行检验,获得明显优于常规方法的地质效果,具有一定的实用价值.     

小波多尺度分析尼泊尔MW7.8地震前卫星重力变化

利用GRACE重力卫星RL05月重力场数据,获取尼泊尔大地震前后震源区周缘2010-2015年每月重力变化,以及震中点位重力时间序列.基于小波多尺度分析方法对卫星重力场进行分解,获得重力场细节和近似部分.研究结果表明:尼泊尔地震前5年(2010-2014)内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,2...     

叠后地震属性分析在油气田勘探开发中的应用

地震属性分析技术一直是地震特殊处理和解释的主要研究内容.随着油气勘探开发的发展,地震属性分析技术已经成为油藏地球物理研究的核心内容,是勘探地震与开发地震之间纽带.本文针对鄂尔多斯盆地的低幅度构造、低孔隙、低渗透率、致密性隐蔽油气藏的特点,综合应用相干数据体分析、地震相自动分类定性识别砂体厚度、地震振幅属性分析、频谱分解、多井约束的储层叠后反演等叠后属性分析技术,探索了一套适合该区油气特征的储层横向预测及油气识别模式.为该区油气勘探开发,储量计算提供可靠依据.同时也为隐蔽性油气藏的勘探开发积累了经验.     

三参数小波及其在地震资料分析中的应用

提出了一类含有三个可调参数的分析小波（称为三参数小波）,通过选择这三个参数,可使其最适合于所给定的问题．Morlet小波及改进的Morlet小波是其特例．通过对三参数小波中的参数加以约束,可以获得一类新的近似解析小波．论证了通过恰当的选择参数,三参数小波不仅适合于分析包含慢变频率和振幅分量的信号,而且也适合于包含快变分量的信号．以三参数小波为分析小波,提出了一种用于薄互层地震资料分析的方法．该方法能够刻画薄互层的沉积旋回,也能研究薄互层内部的局部结构,并采用模型资料验证了方法的有效性．     

基于小波与分形理论的地震异常检测

为了提高地震异常检测精度,探讨了小波与分形结合的地震异常检测方法.首先采取功率谱密度对地震波的分形性质进行分析,得出其具有且仅在几个高频段具有自仿射分形性质,这为分形的合理应用提供了依据并揭示了现有单一综合分形维方法的不足;继而提出了频率、时间有序的无次采样小波包变换(FOTO-NWPT),该算法为地震波分形分析创造了优良平台.基于前两者,提出了小波与分形优势结合的地震异常检测方法：由FOTO-NWPT将地震波分解在若干尺度上,依据尺度关联维分析构建地震剖面分形参数空间,参数奇异标志了地震异常.工程实验证明,该方法比现有方法的科学性和实用性更强,为实现度量参数化精细地震勘探提供了一条新的思路.     

A new seismic hazard analysis using FOSM algorithms

From recent lessons, it is evident that earthquake prediction is immature and impractical as of now. Under the circumstances, seismic hazard analysis is considered a more practical approach for earthquake hazard mitigation, by estimating the annual rate of earthquake ground motions (or seismic hazard) based on seismicity and other geological evidences. Like other earthquake studies for the high-seismicity region around Taiwan, this study aims to conduct a new seismic hazard assessment for the region using the well-established FOSM (first-order second-moment) algorithm, on the record of 55,000 earthquakes observed in the past 110 years. The new seismic hazard analysis from a different perspective shows that the annual rate for earthquake-induced PGA to exceed the current design value (i.e., 0.23g) in two major cities in Taiwan should be relatively low, with it no greater than 0.0006 per year. Besides, the FOSM estimates were found very close to those with Monte Carlo Simulation (MCS), mainly because the skewness of the three random variables (i.e., earthquake magnitude, location, and model error) considered in the probabilistic analysis is not very large.     

From regional seismic hazard to “scenario earthquakes” for seismic microzoning: A new methodological tool for the Celano Project

We present the results of a probabilistic seismic hazard assessment and disaggregation analysis aimed to understand the dominant magnitudes and source-to-site distances of earthquakes that control the hazard at the Celano site in the Abruzzo region of central Italy. Firstly, we calculated a peak ground acceleration map for the central Apennines area, by using a model of seismogenic sources defined on geological-structural basis. The source model definition and the probabilistic seismic hazard evaluation at the regional scale (central Apennines) were obtained using three different seismicity models (Gutenberg–Richter model; characteristic earthquake model; hybrid model), consistent with the available seismological information. Moreover, a simplified time-dependent hypothesis has been introduced, computing the conditional probability of earthquakes occurrence by Brownian passage time distributions.Subsequently, we carried out the disaggregation analysis, with a modified version of the SEISRISK III code, in order to separate the contribution of each source to the total hazard.The results show the percentage contribution to the Celano hazard of the various seismogenic sources, for different expected peak ground acceleration classes. The analysis was differentiated for close (distance from Celano <20 km) and distant (distance from Celano >20 km) seismogenic sources. We propose three different “scenario earthquakes”, useful for the site condition studies and for the seismic microzoning study: (1) large (M=6.6) local (Celano-epicentre distance 16 km) earthquake, with mean recurrence time of 590 years; (2) moderate (M=5.5) local (Celano-epicentre distance 7.5 km) earthquake, with mean recurrence time of 500 years; and (3) large (M=6.6) distant (Celano-epicentre distance 24 km) earthquake, with mean recurrence time of 980 years.The probabilistic and time-dependent approach to the definition of the “scenario earthquakes” changes clearly the results in comparison to traditional deterministic analysis, with effects in terms of engineering design and seismic risk reduction.     

塔里木盆地顺北超深层碳酸盐岩输导体系三维地震属性多尺度表征及连通性分析

塔里木盆地顺北地区7000 m超深层广泛发育碳酸盐岩断控岩溶储层,其复杂的溶洞-裂缝系统为油气提供了良好的运移通道和储集空间.本文分尺度精细刻画断控岩溶输导体系三维内部结构.首先采用断裂增强滤波技术,提高超深层地震数据信噪比.其次,根据断控岩溶输导结构的地震反射特征,将其划分为大、中、小三种不同尺度结构模式.大尺度结构包括大型走滑断裂、溶洞及伴随的岩溶塌陷,具有规则的断裂强反射和“串珠状”反射的震相特征;中尺度结构主要为走滑断裂附近横向发育的次生断层及伴随的岩溶局部塌陷,具有杂乱强反射震相特征;小尺度结构为弥漫整个输导介质的背景裂缝,具有杂乱弱反射震相特征.单一的地震属性很难全面地描述断控岩溶输导介质,通过属性分析,明确了三类结构模式的敏感地震属性群,利用贝叶斯聚类融合技术,分别对三类结构模式的敏感地震属性群进行融合.最后,将三类结构模式的融合地震属性分别采样到三维输导介质网格中进行量化分析,最终建立缝洞连通体结构模型,为后续的岩性物性预测和流体识别提供三维输导体系连通体模型.

     

一种新的基于卡尔曼滤波的地震记录同相轴跟踪方法及性能分析

在地震勘探领域中,卡尔曼滤波常用于地震信号的反褶积以提高地震勘探资料的分辨率和信噪比. 不同于此,本文建立一个新的卡尔曼滤波系统模型并利用卡尔曼滤波跟踪地震记录同相轴. 同相轴信息在对地下介质性质、界面的深度、界面的产状以及油气定性判别等方面具有极其重要的作用. 目前多数拾取地震同相轴的方法与地震波的运动规律结合较少.本文依据地震反射波运动规律构建了用于跟踪地震反射同相轴的卡尔曼滤波系统的状态方程和量测方程,并将炮检距、地震子波到达时和层速度等重要物理量融入所建方程,给出滤波模型和初始化方法,分析不同因素对该系统滤波性能的影响. 仿真实验表明,所提出的跟踪滤波系统能较好地拾取地震反射同相轴信息,为拾取地震同相轴提供了一条新途径.     

Internal wave weather heterogeneity in a deep multi-basin subalpine lake resulting from wavelet transform and numerical analysis

The internal wave-field of a Y-shaped lake (Lake Como, North Italy) was investigated over a 3-year long period applying wavelet time–frequency analysis to temperature and wind data time series, recorded at the edge of each of the three arms. The comparison with the results from a modal model allowed to identify the presence of both first and second vertical modes of oscillations. The field data analysis underlined a heterogeneous baroclinic response with the eastern arm decoupled from the remaining part of the lake constituted by the northern and western arms (north–south west transect). This disjoined response is expected to enhance the water exchange between the northern and the western arm, with relevant consequences on the inter-basins water exchanges and on the distribution of chemical and biological species. In the north–south west transect the analysis of the low power signals in winter underlined a residual internal wave activity ascribed to the first vertical free mode of oscillation (V1H1).     

三维OBS探测实验中炮点和OBS位置校正新方法

炮点和海底地震仪（ocean bottom seismometer,OBS）位置校正是三维地震数据处理的基本环节,也是获取高精度三维速度结构的关键所在.本文基于南海洋陆转换带（Continental-Oceanic-Transition zone,COT）IODP367/368钻探区开展的三维OBS深地震探测数据,开展了炮点及OBS位置校正研究,新的校正方法主要体现在三个方面：（1）利用连续三个炮点的平均航向对中间炮点进行位置校正,更真实地反映气枪枪阵与船体之间的软连接状态;（2）根据"滑动窗口"思想将海水声学速度阈值划分成N等份,通过循环测试获得全局最优的OBS位置校正结果,改进了前人方法只能获得局部最优解的问题;（3）针对单条测线穿过的OBS,通过加入其临近测线的直达水波走时,构成视双测线OBS位置校正法,提高了校正精度.49台OBS位置校正结果表明,除3台单测线法校正的OBS在垂直测线方向存在较大不确定性外,其余误差范围均为35 m左右.本文改进的OBS位置校正方法,不仅提高了单条测线穿过的OBS位置校正精度,保证后续三维地震结构研究的可靠性,而且为今后类似的OBS位置校正提供了经验和借鉴.     

Highway bridge seismic design: Summary of FHWA/MCEER project on seismic vulnerability of new highway construction

The Federal Highway Administration (FHWA) sponsored a large, multi-year project conducted by the Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER) titled “Seismic Vulnerability of New Highway Construction” (MCEER Project 112), which was completed in 1998. MCEER coordinated the work of many researchers, who performed studies on the seismic design and vulnerability analysis of highway bridges, tunnels, and retaining structures. Extensive research was conducted to provide revisions and improvements to current design and detailing approaches and national design specifications for highway bridges. The program included both analytical and experimental studies, and addressed seismic hazard exposure and ground motion input for the U.S. highway system; foundation design and soil behavior; structural importance, analysis, and response; structural design issues and details; and structural design criteria. Supported by: the Federal Highway Administration under contract number DTFH61-92-C-00112.