由地震和爆炸激发的地震P波层析成像——第一部分基本概念与理论

地震波的数字宽频带观测日益普遍,它们正在取代传统的观测,因为后者仅仅给出了地震震源产生的地震波场的部分图像.新的观测提供了远场地震波场的丰富信息,有的似乎是全部信息.然而宽带记录看上去很复杂,如果需要提取更详细的震源过程的信息和相关介质的结构的信息,就需要新的分析方法.为了识别到达观测点的地震信号的形态,我们引入谱地震图的方法.据此,传统的地震波场的显示方法不能呈现的信息细节可以被呈现出来.     

地震波时域再现一步超前最小预测方差控制

通过在线估计对象DARMA参数模型,引入一步超前最小预测方差控制,实现了对参考地震波的渐近无差跟踪.仿真结果表明,该方法控制精度较高,在线估计参数能迅速收敛,并具有良好的鲁棒性和抗干扰能力.该方法能一次性模拟地震波,克服了传统地震波形再现需要多次迭代的问题.     

2008年青海大柴旦Mw6.3地震地面运动模拟

2008年11月10日在青海柴达木盆地北缘发生了大柴旦M_W6.3地震,为了研究该地震的区域地震波传播与地面运动特征,本文利用地质资料和地壳速度结构研究成果,构建了柴达木盆地及周边区域三维传播介质模型,采用有限差分方法模拟了大柴旦地震波场传播过程以及地面运动分布特征.结果表明,柴达木盆地对波场传播有明显影响,表现为地震波传入盆地后在边界产生次生面波,盆地沉积物对地震波具有围陷作用,地震地面运动在盆地内振幅增大、持时延长.模拟结果给出的地震地面运动峰值速度分布以及理论地震图均和观测结果符合较好,反映数值模拟较好地给出了观测地面运动的主要特征以及传播介质模型的合理性.     

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.     

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.     

基于频率衰减补偿的微地震定位方法

本文分析了不同频率的震源子波在传播过程中频率衰减与传播距离的关系,提出了地震波频率衰减补偿的微地震定位方法.该方法通过对地震波频率衰减的补偿,间接获取微地震事件的道间时差,避免了微地震事件的信号识别与走时拾取,实现了对微地震事件的定位.本文提出了方法的基本原理和计算方法,并通过理论计算和误差分析表明该方法是合理的和有效的.     

SVD地震波场分离与去噪技术在鄂尔多斯盆地地震资料处理中的应用

针对鄂尔多斯盆地地区地震资料自身的特点,本文依据地震信号传播的特性和波场之间的差异,通过多域(多种线性变换域和频域)奇异值分解(SVD),然后提取目标信号的奇异值重构地震信号的方法,实现地震波场分离与去噪处理.与传统SVD地震波场分离与去噪技术相比较,该方法的目的性更强,直接针对感兴趣的地震信号成分进行SVD波场分离与去噪,在提高地震资料信噪比的同时,确保了信号的高保真度和分辨率;同时,避免了以往SVD技术应用空间狭窄,有效信号损失严重等缺陷性.从实际资料处理结果来看,取得了较好的效果.     

地震波研究://car

回顾了近4年来中国地球物理学家在地震波研究方面取得的主要进展. 分别简要地讨论了层状均匀介质、横向不均匀介质和多孔介质中的地震波传播，地震面波及波形反演，以及地震勘探、测井问题中的地震波研究方面取得的新成果. 指出当前地震波研究的重要课题是发展高效的数值方法，并利用该方法开展复杂介质中的地震波激发和传播，以及强地面运动的研究，为精细的地震危险分析与预测奠定基础.      

地震波衰减规律及其恢复方法

针对地面地震分辨率低,不能有效识别薄层储层、薄层地层等问题,本文通过地震波衰减规律的分析,提出了一种恢复地震波高频衰减获得宽频带地震剖面的方法,从而大幅度地提高了地震分辨率.应用双井微地震测井资料对松辽盆地地震波动力学特征研究表明,地震波衰减规律是在近地表低速层和近地表低速层的近震源区地震波高频衰减巨大,而在高速层地震波高频衰减很小.药量大近震源区地震波高频衰减大,药量小近震源区地震波高频衰减小.那么,近震源区和近地表低速层对地震波的衰减是地面地震资料频带窄、分辨率低的主要原因.据此提出了如下确定性反褶积方法,用双井微地震测井资料求取近震源区、近地表低速层和虚反射等滤波因子,用其对地面地震资料作确定性反褶积处理,从而恢复近震源区、近地表低速层等几种因素的地震波衰减,将大药量激发地表接收的地面地震延拓成小药量激发高速层接收的宽频带地震.应用该方法对松辽盆地优势频带宽5~90 Hz,视主频50 Hz的地面地震资料处理后,地震剖面优势频带宽达5~360 Hz,视主频达180 Hz,使常规地震剖面分辨率提高2倍.具体的说松辽盆地中部含油组合的地面地震分辨能力由9~15 m提高到3~5 m.宽频带地震剖面与160 Hz的人工合成地震记录对比符合的很好,表明其处理结果是正确.该成果在油气勘探开发中的油气储层预测、构造学研究、沉积学研究等方面有重要的意义.     

第21章：地震图的结构及解释

地震图的解释是用于识别地震记录上出现的且形成相当复杂结构的各种地震波（震相）的技艺。正确识别所记录的震相及该震相在地球内部的传播路径是所有利用地震观测数据进行研究的途径。一幅地震图的形态反映了震源、传播路径、仪器特性和接收台站周围噪声的共同作用。理解地震图的复杂结构需要震源物理、地球结构和地震波传播的知识。总之，需要有分析地震波的长期经验。一个经验丰富的地震图分析员经常可发现并正确解释新手们不能察觉的记录特征，     

地震映像数据的时频分析方法及应用

本文研究地震映像数据的时频解释方法.采用短时傅立叶变换方法获得地震映像记录频谱的时间与空间分布,根据介质对地震波频谱影响的基本规律,通过分析已知地质断面地震映像记录频谱的时间与空间分布,研究了综合利用频率域和时间域信息进行地震映像数据解释的效果.时频分析方法提取了地震波的频谱中关于地层岩性、构造方面的信息,为地震映像数据的处理和解释提供了更多的参考信息.实例证明,利用时频分析解释地震映像数据,有助于了解覆盖层下岩性变化、薄层的分布范围、探测隐伏土洞、确定混凝土构件中缺陷位置,提高地震映像数据的解释精度和准确性.     

Hausdorff分数维识别地震道初至走时

地震波初至走时的识别在地震勘探、人工地震层析成像以及全球地震层析成像方法研究中起重要作用．初至走时拾取的精度在很大的程度上影响地震层析成像及演的精度．本研究以提高地震波初至走时拾取的精度及定量化程度为目标,利用计算地震道时间序列分数维的方法,实现了地震波初至走时的自动拾取．本文以分形理论为基础,进行了地震道时间序列Hausdorff分数维的计算．计算结果表明地震道时间序列的分数维在初至到达前后具有不同的数值,其变化点能够定量指示出初至走时的位置．本文还给出了利用该方法对实测数据进行初至走时拾取的实例．     

地震事件自动检测新方法

地震事件的自动准确检测是地震速报的基础.本文基于地震信号所具有的非高斯性、非线性以及地震波的线偏振性特征并结合长短时平均比方法,提出了一种新的地震事件自动检测方法(EGLP).基于山东数字化地震台网波形资料的研究结果表明,新方法(EGLP)能有效抑制高斯噪声、突出地震信号,提高了地震事件触发判断的准确性.     

各向同性介质中射线理论与有限差分地震波场模拟方法比较研究

地震波场数值模拟不仅是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,而且是研究地球深部精细构造和地球深部探测的有效工具.射线理论和波动方程理论是地震波场数值模拟的理论基础.射线理论主要刻画地震波在介质中传播的走时场、地震射线等运动学属性;波动方程理论通过求解波动方程来描述地震波在介质中传播的弹性动力学响应(能量衰减、相位特征、偏振属性、以及全波形等).基于波动方程理论的波场数值模拟由于能够引入丰富的波场信息,使得人们对不同介质中地震波的传播过程有了较全面的了解.本文以二维层状均匀介质模型为例,通过射线追踪法和交错网格有限差分法模拟得到的波场快照图、单炮地震记录剖面、合成理论地震图的分析比较,不但对地震波在各向同性层状均匀介质中的传播规律和特点有了深刻的理解和认识,同时又可以相互验证两种不同方法的正确性和有效性.     

高铁地震面波相速度频散曲线提取

为了充分利用高铁地震信号中的面波信息,本文将双台法和旋转法等面波相速度提取方法应用于高铁地震模拟记录,尝试提取基阶瑞利波与勒夫波相速度频散曲线.通过分析以高铁高架桥的桥墩为源的高铁波场干涉特征,给出了适用于高铁地震波场的面波相速度校正方法;通过数值实验,证明了方法的有效性.     

地震波动强度非平稳特征提取数学建模分析

地震对人类生活安全有很大的威胁,对建筑结构有明显的影响,研究地震波动强度非平稳特征可为地震的预防提供参考。研究地震波动强度非平稳特征提取模型,分别设定确定性参数和随机参数的取值。对地震波动强度非平稳特性进行傅里叶分析,根据分析结果选取数学模型,并对模型参数进行设定;将记录的地震波动强度所对应的数振幅谱进行分解,拆分成一组不同尺度的分量,并对其重组创建连续分量,提取地震波振幅谱;利用地震波的振幅谱和相位谱之间的关系对地震波动强度非平稳特征进行提取。经过仿真实验证明,本方法提取地震波动强度非平稳特征的准确度更高,对分析高分辨率地震资料具有重要意义。     

非平稳地震记录中时变子波提取方法研究

地震波在地下介质传播过程中,受近地表的非均质性和地层的非完全弹性影响产生散射和吸收衰减,使得地震记录具有非平稳性.因此对非平稳地震记录的研究需打破子波时不变的假设,更加真实地反映地震子波的传播特性,将有效提高地震子波估计精度.目前非平稳地震记录中提取地震子波的研究主要集中在两方面:对非平稳地震记录进行衰减补偿后采用常规方法提取地震子波;利用谱模拟或分段处理直接对非平稳地震记录进行时变子波提取.本文深入研究了衰减补偿方法与时变子波提取方法,对广泛应用于非平稳地震记录处理中的时频分析方法的优缺点进行归纳,并对谱模拟及分段处理方法的应用前景进行了展望。     

利用双台站背景噪声分析2017年墨西哥MW7.1地震震源区的地震波速变化

背景噪声中包含有丰富的地球内部结构信息,可以用来监测地震波速度变化.基于墨西哥中部G.UNM和MX.TLIG两个地震台站2016年4月1日至2018年4月1日的连续波形资料,本文首先对其进行不同频带下的背景噪声互相关处理,然后采用小波变换对获取到的互相关函数进行滤波来解决台站间距过长所引起的互相关函数不稳定问题,最后分别通过Stretching方法和MWCS方法测量得到的走时偏移来提取地震波速度变化.结果表明：利用小波变换能有效提高互相关信噪比和结果精度;采用Stretching方法发现震源区浅部5~10 km的地震波速在地震中上升约0.07%,而在2~5 km的地震波速则有约0.05%的下降趋势;MWCS方法计算结果稳定性稍差,但变化趋势与Stretching结果相同.造成该地震波速变化的主要原因可能是2017年地震所引起的脆性岩层结构破裂.     

地震记录的广义分维及其应用

根据分形理论,对不同信噪比地震记录的分维特征进行了分析,指出地震记录中噪声背景与信号部分具有不同的分维尺度,地震道时间序列的分维数值与计算时所用的测量尺度有关,因此,可利用广义分维的概念计算地震记录的分数维.地震记录广义分维大大提高了分形算法在计算机自动识别地震波震相时的抗噪声能力.最后用本文方法对实际地震记录进行了有效的初至波自动拾取.     

准各向异性粘弹介质地震波的数字仿真

本文论述准各向异性粘弹波动方程有限元数值解地震波响应的原理与计算方法,并给出地震衰减因子与方程中粘滞系数的计算关系式。列出了所研制的地面记录地震剖面与井中记录垂直地震剖面,以及波场时间切片图、散度与旋度图、应变能与动能的时间切片图。本方法适于任意分层形态且层间物性参数为强间断的实际地震剖面的仿真,旨在研究正问题以实现反问题。