基于单形进化优化算法的重力固体潮信号解混及谱相关分析

为了揭示地球固体潮中谐波成分间的相关乘性调制关系与非相关叠加关系,并根据这些关系来分析重力固体潮信号中隐含的潮汐谐波。根据地球、月球与太阳旋转轨道的位置关系,建立了一个引潮力的正交分解模型。进一步,基于改进单形进化智能优化算法的独立分量分析的重力固体潮正交分解模型上,利用谱相关方法,对重力固体潮的独立成分进行谱相关分析,从而完整实现了潮汐谐波加性正交分解之后的乘性解调。最后,结合实际观测数据,并引入理论信号作为参考背景,利用以上模型与算法进行对比处理和分析。研究表明,所提出的模型与方法可以有效地实现潮汐谐波的正交分解,凸显能量较弱的长周期谐波分量,并从谱相关图谱中反映潮汐谐波调制关系的变化。     

EMD模态分量的谱相关分析法及其对重力固体潮信号的解调分析

EMD方法分解得到的模态信号分量一般为调频调幅波。提出利用循环相关谱对EMD分解的模态分量进行解调,以分解出模态分量中的载波成分和被调制成分,从而实现对信号的加性分解和乘性解调,揭示信号中各成分分量的物理意义。在应用实验中,将该方法用于重力固体潮信号分析,完整提取出半日波分量、日波分量和半月波分量,并揭示出:在重力固体潮信号中,日波和半日波是加性叠加关系,半月波以乘性调制方式被同时调制到半日波分量和日波分量中,而且,它们之间的调制方式为抑制载波调制方式。     

利用函数接近度的阶数探索固体潮畸变

为获得更多的非潮汐变化信息,基于函数距离的概念,探索固体潮畸变的提取方法。以新疆地区地倾斜观测为例,计算倾斜固体潮观测值与理论值之间接近度的阶数,并分析其变化特征。结果表明:①接近度的阶数从几何意义上讲是两条曲线的相似程度,将其应用于固体潮研究,可以反映固体潮实际观测值相对于理论值的畸变程度。②通过频谱分析,选取实际观测值中周期小于1.33天的潮汐波成分与理论值进行接近度阶数的计算,既可以保留固体潮的主要成分,又可以将多个潮汐波发生的畸变加以综合分析,突出短期变化。③新疆地区地倾斜整点值数据的计算结果显示,在某些中强地震前,部分台站倾斜固体潮接近度的阶数出现过下降变化。     

我国重力固体潮实验研究进展

综述了我国重力固体潮研究领域的相关成果,包括积累大量观测数据,建立国际潮汐基准和独立的国际标定系统,利用小参数扰动法发展了地球潮汐理论模型,用计算机演绎法实施潮汐位展开,用残差信号对数据作预处理,用小波分析方法设计滤波器,用远近区结合法解算海潮负荷,用大气重力格林函数法解算气压对重力场观测的影响,测定了地球的近周日自由摆动参数,将固体潮汐研究成果应用于地震和重力测量,对重力仪进行静电反馈改造,精密测定了仪器相位滞后和对超导重力仪进行了标定等内容,讨论了今后研究展望。     

浅析福建地倾斜潮汐因子γ及其组合动态特征

本文计算了福建自1992年至2004年以来的地倾斜EW和NS两分量的固体潮潮汐因子,并进行动态组合,绘制组合动态三种特征量:ΔγEW ΔγNS(表征扩容)、ΔγEW-ΔγNS(表征剪切应变)、ΔγEW/ΔγNS(表征介质各向异性)的时序曲线图,并进行固体潮特征分析,寻找中、强地震发生前远场块体和近场块体地倾斜突变性形变异常与之对应关系。结果表明:在福建沿海,海潮是决定倾斜固体潮特征的主要因素;福建发生5级上的中强地震、台湾发生7级以上强烈地震时,福建地倾斜固体潮潮汐因子及其动态组合特征存在明显的渐进式突变性形变异常现象,异常量和异常持续时间与震级和震中距有较好的对应关系。     

潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪传播变形和增水试验

为揭示潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪的运动特征,通过波流水槽试验对潮汐流存在下规则波的传播变形和增水规律进行了研究,测试了一系列的潮汐流流量并对比正向流、反向流以及无流的情况。研究结果表明:反向流使波浪破碎点向远海侧移动,正向流则使其向海岸侧移动,反向流存在时破碎带内的湍流较正向流时更为剧烈;反向流时破碎点附近入射波能量由主频波向高次谐波发生转移更为显著;潮汐流的存在对波浪反射、透射和能量耗散并无明显影响;正向流造成礁坪上波浪增水减少,反向流则促进增水的增长,增水最大值与潮汐流流量间存在显著的线性关系。研究成果可望为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。     

连续重力观测站测定的中国大陆潮汐因子空间分布特征

潮汐变化空间分布可用于地球不同位置受外力响应及地球形状、地表变形的相关研究.受观测技术、仪器数量和观测精度等制约,中国大陆重力潮汐观测直到21世纪初才得到较大改善和发展.利用2015-2017年中国大陆运行较好的51个重力站潮汐观测数据,采用国际标准潮汐处理方法和软件,分析计算了中国大陆主要潮波潮汐因子的空间分布,同时,结合1′×1′的全球地形模型(ETOPO1)和全球重力场模型(WGM2012)讨论了中国大陆东西和南北向2个潮汐剖面的构造物理特征.研究结果表明:①90％以上重力站M2波潮汐因子中误差优于0.001,这已和20世纪80～90年代的超导重力仪的观测精度相当;沿海台站的O1和K1波潮汐因子大于其他地区,经Nao99b和Nao99jb海潮模型检验认为是海潮负荷引起的.②沿狮泉河—玉树—松潘—黄梅—上海佘山的东西向M2波潮汐剖面显示,当海拔高程差异超过4500m、布格重力异常差异600×10-5m/s2时,重力站间M2波潮汐因子差异可达2％,且和高程呈正相关特征.③沿孟连—西昌—银川—乌加河的南北向M2波潮汐剖面站间潮汐因子差异为1.0％～1.5％.④重力站潮汐因子和高程的相关性分析表明,内陆站M2、O1波相关系数超过40％具有正相关特征.上述结果可为中国大陆地壳结构横向不均匀性和动力变形响应研究提供参考.     

基于变分模态分解的采空区“三带”微震信号能量衰减规律

为探明微震信号能量在采空区“三带”结构中的衰减规律,拟开展采空区覆岩相似模型试验,采集人工激发微震波经由采空区结构传播的微震信号,通过变分模态分解（variationalmodedecomposition,VMD）处理微震信号,获取各频率下模态分量。针对采空区微震信号在VMD下各模态分量中心频率与能量之间的关系展开分析。根据中心频率法确定微震信号最佳模态数量,并计算微震信号欠分解状态、最佳分解状态、过分解状态下各分量能量;对各震源下信号最佳分解状态时各模态分量能量与中心频率分布关系进行拟合,分析在“三带”结构中,微震信号不同传播状态下各结构层对信号能量影响作用。研究结果表明：（1）在VMD过程中,人工激发震动信号有效模态数量在6～11范围内,微震信号能量随模态数量变化明显。（2）采用幂函数可实现对微震信号模态能量与频率关系的拟合,且拟合状态良好（决定系数大于0.9）,其中低频模态分量包含能量占信号总能量近50%;采用高斯函数可以拟合震源各分量能量在频域上的分布表现,拟合状态较好,且表现出高斯单峰特征。（3）微震信号穿越采空区“三带”结构,微震信号能量随震源位置与传感器距离增加而减小,同...     

小波包变换在面波分离中的应用

作为一种时频分解方法，小波包变换有着广泛的用途，它不仅优于小波变换，而且与传统Fourier变换相比，它能刻画出具有相同频率的有效波与面波在时间一空间域的分布，然后可以从中分离面波，再进行重构，即可得到分离面波后的结果，该方法在成功分离面波的同时，可使有效波的能量（尤其是其低频能量）损失减小，有效地保持信号的频宽不变，提高记录的信噪比。实际资料的处理结果表明，此方法在分离面波方面具有良好的效果。     

逆时偏移双向照明波场分离成像条件

通过对波场分离互相关成像条件与炮-检点双向照明互相关成像条件进行研究,将两种方法在噪声消除和补偿成像振幅畸变方面的优势进行结合,提高成像分辨率,改进现有成像条件。其主要步骤是将震源和检波点波场分离成它们的单程波传播分量,采用双向照明补偿互相关成像条件对需要的波场进行成像。通过对模型试算,验证了笔者提出的成像条件能有效的压制噪音,补偿成像振幅。     

叠前逆时偏移去噪波场分离法与其他方法的比较

基于双程波动方程的逆时偏移(RTM)具有原理简单、无倾角限制、具有可以适用于速度任意变化的模型,对各类波正确成像等优点,但采用互相关成像条件会产生严重的低频噪声问题。笔者分析低频噪声的产生机制后提供了一个有效的波场分离去噪方法,将震源和检波点波场分离成不同方向的单成波分量,只对有效路径上的分量进行互相关成像,从而达到去除噪声的目的。并通过模型测试对比了坡印廷矢量滤波、拉普拉斯滤波、波场分离滤波这三种方法的去噪效果,结果表明基于波场分离的去噪方法效果更好。     

潮汐应力对滑坡的触发机制及与时间相关性探讨

已有的滑坡统计数据和研究成果显示,滑坡发生的时间具有明显的周期分布规律特征,除了与降雨季节相关的因素外,受日月引力潮的影响也较明显。从固体潮理论出发,推导简化弹性地球模型地表的潮汐应力表达式,阐述固体潮汐作为滑坡日周期因子对滑坡的影响。在安全系数表达式中考虑潮汐应力的作用,并从表达式中阐述潮汐应力触滑的机制,剖析潮汐应力触发滑坡机制。以1985年的湖北省秭归县新滩特大型滑坡作为算例,采用折线滑动为破坏模式,论述潮汐应力与时间的相关性,以及边坡稳定性安全系数与时间的相关关系。计算结果表明,潮汐应力与边坡安全系数随时间均呈明显日周期及半日周期变动,该边坡稳定性系数的极差与不考虑潮汐应力下的稳定性系数的比值达到3.4%;滑坡发生的时间与潮汐应力处于峰值的时间较为吻合,说明潮汐应力很可能是除降雨等主因之外的触发临界状态滑坡发生的另一因素。     

改进的完备经验模态分解和FWEO能量在南海油气识别中的应用

传统希尔伯特变换(Hilbert-Huang transform, HHT)是一种识别精度较差的时频分析方法，存在端点效应和模态混叠等问题。改进的完备经验模态分解(Improve Complete Ensemble Empirical Mode Docomposition, ICEEMD)可以将复杂的地震信号分解为一系列单分量信号，较好地解决模态混叠问题，但结合希尔伯特变换提取的瞬时振幅和瞬时频率，对处理实际地震数据仍然有严重的端点效应。FWEO(Frequency-weighted Energy Operator)是一种非负频率权重算子，其结合TK能量差分算法和Hirbert变换复分析思想，具有比Hilbert变换更高的时间分辨率。但由于算法本身的原因，FWEO能量只能应用于单分量信号，不能直接应用于复杂的地震数据。因此，这里结合改进的完备经验模态分解方法和FWEO能量分离算法的优点，提取南海某工区实际地震记录的瞬时振幅和频率信息，并将预测结果与测井数据对比，预测吻合程度好、识别精度高、证明该方法可以准确地反映储层特征。     

方位各向异性介质的VSP资料处理

本文从理论上推导了二维EDA介质中的弹性波动方程，并对其进行了数值模拟，获得了当坐标系旋转30°时用点源激发的三分量波场切片及用相互正交的横波震源在同一位置激发，用两个相互正交的水平检波器接收的四分量全成记录。用双源四分量同时旋转方法对从两种EDA介质中采集的四分量作分析，得到了分裂的快，慢横波分量和它们间的时间延迟以及介质的裂隙方位角。从分离的快横波分量中提取反射能量，然后用VSP-CDP变换方法作成像处理。     

体波地脉动单点谱比法研究

采用弹性成层介质模型,应用概率分析方法,推导地下体波斜入射成层介质,在自由表面形成体波地脉动的水平分量与竖向分量谱比表达式。然后,通过大量模型计算,论证体波斜入射单层覆盖半空间形成地脉动水平分量与竖向分量谱比特性与场地传递函数间的关系。结果表明,利用地脉动单点谱比法分析体波为主要成分地脉动时,与场地水平向传递函数相比,可以得到较准确阻抗比大于3的场地卓越频率和偏小的场地放大因子。     

基于二维经验模式分解的重力资料多尺度分析

重力资料是从地表到深部所有密度不均匀体引起的重力效应的叠加。针对不同的工作任务,需要利用不同尺度的重力资料进行研究。二维经验模式分解能够自适应地对非线性、非平稳信号实现多尺度分解。文章研究将二维经验模式分解应用于重力资料的多尺度分析,对重力数据进行二维经验模式分解以得到各级固有模态函数和剩余分量,利用径向对数功率谱分析方法估计各级模态函数所反映的地下场源的近似深度,定性地解释不同深度下的场源产生的异常,较好地揭示场源赋存的地质信息。模型数据和实际数据的测试佐证了该方法技术的可行性。     

珠海小规模溪流水温与气温关系研究

使用最小二乘曲线拟合法、相关分析和互相关分析法,对中山大学珠海校区滨海水循环综合试验基地监测的2006年8月~2009年6月溪流水温、水位及气温数据进行分析,发现小规模溪流水温-气温可以用线性模型和logistic模型较好拟合,水温波动相对气温存在2.0h位相延迟,水温-气温相关程度与水位值呈负相关关系;使用Morlet小波滤波、功率谱分析及小波方差计算等方法对水温与气温的日周期、半日周期及季节性周期成分进行研究,探讨其周期大小以及周期成分能量等问题。     

独立分量分析在探地雷达信号处理中的应用初探

针对探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)信号信噪比低、背景杂波强,事先对探测目标的信息所知甚少,近乎处于“盲”状态,因而实际处理难度大等实际问题,提出了将独立分量分析(In-dependent Component Analysis,ICA)这种盲信号处理技术应用于GPR信号处理,并利用ICA中的Fast-ICA算法,对ICA法在GPR信号处理中的应用进行了初步探索,实现了GPR信号中弱目标信号和强背景杂波的有效分离,并初步解决了对所分离目标信号的正确排序,以及由ICA方法本身带来的所分离目标独立分量信号符号的不确定性等问题,使GPR信号信噪比大幅提高,从而使GPR的目标检测性能也得以显著改善。在对诸如地雷、地下管线等局部目标的时域有限差分法(Finite-dif-ference Time-domain,FDTD)、仿真GPR数据和室外试验观测GPR数据进行ICA处理后,都取得了理想的结果。      

Pearson 相关系数法快慢横波波场分离

横波分裂是各向异性介质的重要特征,当横波或转换波穿过各向异性介质到达地面时,地面三分量检波器的x 分量和y 分量接收到的地震记录中都会同时存在快横波和慢横波。将快横波和慢横波进行分离,进而计算介质的各向异性参数是多分量数据处理中重要的一步。将数学中的Pearson 相关系数引入到多分量地震勘探中,提出了Pearson 相关系数法进行旋转角度识别,进而分离快、慢横波波场。相比于传统的互相关法,Pearson 相关系数法从精度、抗噪性能和计算效率上都有提高。     

混合浪中长波对短波的位相调制

为研究长波对短波尤其是风浪高频成分的调制,在实验室风浪水槽中产生混合浪,分析风浪受规则长波的调制。采用本征模态方法分解出不同尺度的风浪模态,计算各模态位移平方关于长波位相的平均。结果表明,风浪主要波、小尺度波和介于二者之间的中等尺度波,其能量沿长波位相的分布具有不同特征:风浪主要波的能量随长波波陡增加而减少,其分布与长波同相且关于长波波谷对称;中等尺度波的能量则随长波波陡增加而增加,在长波波峰迎风面略高于背风面;小尺度风浪的能量随着风速和长波波陡的增加而增加,随着风区长度的增加而减少,在长波波峰迎风面明显高于背风面。