精密可控常时震源系统(ACROSS)的初步实验

地震是重大自然灾害之一 ,长期以来 ,人们不断地发展各种地震观测手段 ,探索地震预报之路。精密可控常时震源系统ＡＣＲＯＳＳ(ＡｃｃｕｒａｔｅｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｏｕｔｉｎｅｌｙＯｐｅｒａｔｅｄＳｉｇｎａｌＳｙｓ ｔｅｍ)是国际上 2 0世纪 90年代以来发展起来的一种新型可控震源技术。目的是通过产生精密可控的地震波和采用先进的观测与处理技术监测地震发生区域地层物理状态的微小变化。ＡＣＲＯＳＳ震源与通常的爆破震源相比 ,有如下主要特点 :( 1 )ＡＣＲＯＳＳ震源产生的是单一弹性波 ,从能量的角度讲 ,机械波的能量效率…     

基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究

针对电磁式可控震源地震数据的相关检测,研究发现,在地下结构复杂、基板-大地耦合不佳时,常规方法——基于震源控制信号或基板附近信号作为参考信号检测得到的地震记录中,存在子波到时误差和虚假多次波问题.本文分析了上述问题的理论原因,并提出基于重构激发信号的相关检测参考信号方法(Correlation Detection Reference Signal Based on the Reconstructed Excitation Signal,CDRSBRES).首先,利用直达波与其他地震波到时不一致的特点,从震源基板附近信号中分离、提取直达波.然后,利用直达波重构震源激发信号并作为参考信号对地震数据进行相关检测.最后,应用谱白化技术提高检测结果质量.数值模拟研究表明,重构激发信号与理想激发信号的相关系数为0.9869,达到高度线性相关,CDRSBRES方法检测的地震记录在子波到时和波形特征上均与模型相符.随后,在某金属矿区开展了可控震源对比实验.与液压式可控震源MiniVib T15000检测结果相比,电磁式可控震源PHVS 500的检测结果中:基于震源控制信号的检测结果存在子波到时误差约0.012 s,对应垂向精度误差约11.16 m;基于基板附近信号的检测结果部分区域出现虚假多次波,信噪比降低;而CDRSBRES方法的检测结果子波到时误差约0.001 s,对应垂向精度误差约0.93 m,波形特征一致,相同区域无虚假多次波.综上,本方法适用于电磁式可控震源地震数据的高精度检测,尤其对于地下结构复杂区域的高分辨率地震勘探具有重要意义.     

用于龙门山断裂南段深部介质探测的精密可控震源

汶川地震后在龙门山断裂带南段建立了精密可控震源发射台,结合布设的28套流动地震仪的信号记录,尝试监测地下介质的动态应力变化。为了提取记录中的主动源发射的信号,本文采用了匹配滤波方法来实现弱信噪比条件下的信号检测并进行了波形变换。在提取出每个周期的主动源信号后,利用信号叠加,分别获得了1、5、10天时间的波形,有效地提高了记录波形的信噪比。然后通过互相关检测精确得出地震波的走时变化,并分析了计算误差。最后,针对实验期间发生的绵竹M_S5.6地震进行分析,获得了地震前后的走时剖面和信号变化,结果表明,距离较远的龙门山断裂北段地震未能对南段实验区域的地下介质波速产生影响。     

精密控制震源发射信号设计方法研究

考虑到精密控制震源特点,研究了多种精密控制震源发射信号的设计方案,并提出离散点拟合精密控制震源信号设计方法.计算表明,按照发射频谱、相关子波形态和发射能量3个方面的评价,离散点拟合精密控制震源信号设计方法可以灵活设计出比较好的精密控制震源发射信号,对提高精密主动地震监测的震相信息分辨率具有实际意义.     

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。     

地学长江计划安徽实验中低频可控震源地震波信号提取方法评估

可控震源的激发过程精确可控、可重复性高。本文评估了重复激发形成的多道记录的信号增强方法,包括叠加方法和有效信号直接分离方法。相比线性叠加,加权叠加充分利用了有效信号的一致性,能进一步压制噪声,提高叠加记录的信噪比。相比时间域相位加权叠加,Semblance加权叠加更加稳定。时频域相位加权叠加能在时频域压制随机分散分布的噪声信号,叠加信号更加清晰。本文中,采用标准SVD分离获得的信号同线性叠加结果类似。本文利用密集分布的临时台阵评价地学长江计划安徽实验中低频可控震源在庐江第2激发点的激发效果。对比不同的处理流程发现,先互相关检测信号再进行时频域相位加权叠加能够取得最佳的处理效果,通过200多次重复激发,可以在50km范围内提取到较清晰的有效信号。     

精密控制机械震源在地下介质变化监测中的应用研究现状

阐述了精密控制机械震源(ACROSS)的工作原理、发展历程、工作模式及信号检测等,介绍了国际上利用ACROSS开展观测实验的研究现状,并针对地震危险区域,提出可利用ACROSS进行地下精细结构探测及其动态变化监测研究,增强孕震环境和发震机理的认识水平,为地震物理预报研究提供了一种潜在的技术途径。     

LFM信号检测混凝土缺陷研究

针对超声混凝土缺陷检测信噪比低、穿透深度浅的问题,提出利用线性调频（LFM）信号检测混凝土缺陷。通过在发射端发射时宽和带宽的积大于1的LFM信号,在接收端将回波脉冲压缩,得到主瓣较窄,信噪比较高的压缩信号。理论分析了换能器带宽对压缩效果的影响。数值计算结果表明,在一定幅度的噪声存在条件下,回波信号经过脉冲压缩后仍能够得到好的压缩效果。实际检测结果表明,压缩后的LFM信号较压缩前检测信号明显提高了信噪比。     

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。     

用小波变换进行信号特征检测的原理与方法

在前人工作的基础上,我们运用卷积来定义一个连续信号的二进小波变换。在考虑小波函数的相位特征基础上给出了其重现公式。另外,本文论述了这种小波变换定义能直接用于信号特征的检测,并给出了可用于信号奇异性分析的小波函数和尺度函数。     

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。     

Improving Airgun Signal Detection with Small-Aperture Seismic Array in Yunnan

Repeating airgun sources are eco-friendly sources for monitoring the changes in the physical properties of subsurface mediums, but their signals decay quickly and are buried in the noises soon after traveling short distances. Stacking waveforms from different airgun shots recorded by a single seismic station (shot stacking) is the most popular technique to detect weak signals from noisy backgrounds, and has been widely used to process the data of Fixed Airgun Signal Transmission Stations (FASTS) in China. However, shot stacking sacrifices the time resolution in monitoring to recover a qualified airgun signal by stacking many shots at distance stations, and also suffers from persistent local noises. In this paper, we carried out several small-aperture seismic array experiments around the Binchuan FAST Station (BCFASTS) in Yunnan Province,China, and applied the array technique to improve airgun signal detection. The results show that seismic array processing combining with shot stacking can suppress seismic noises more efficiently, and provide better signal-to-noise ratio (SNR) and coherent airgun signals with less airgun shots. This work suggests that the array technique is a feasible and promising tool in FAST to increase the time resolution and reduce noise interference on routine monitoring.     

大容量气枪震源长江定点激发信号检测

地学长江计划“安徽段实验”是大容量气枪震源在长江的首次激发。本文针对布设在气枪固定激发点附近的流动台和周边固定台接收到的气枪信号进行线性叠加分析近场和远场信号的时频特性,利用叠加结果检测气枪信号的传播特性,分析不同环境因素对信号传播距离的影响。结果表明：①近岸首台可以接收到清晰的压力脉冲、气泡脉冲的体波和面波信号;②气枪信号主频为5Hz左右,随震中距的增加,压力脉冲信号衰减很快,信号主频频带变窄;③对信号传播距离进行初步检测,最近的传播距离为180km,最远共有3个激发点传播达到260km,夜晚激发信号传播距离较远。     

新疆地震台网对新疆呼图壁大容量气枪震源信号的接收能力及其影响因素分析

利用新疆地震台网资料和功率谱密度法,以台站噪声的功率谱密度中值曲线作为评估台站噪声水平的依据,对6个台站的噪声水平进行了评估。对比不同台站的功率谱密度和气枪震源信号的识别情况发现,通过2000次叠加,可以识别气枪震源信号的台站的噪声水平均低于无法识别气枪震源的台站,噪声功率谱密度最大差值为40dB,最小差值15dB。最后通过对噪声水平的评估,判断部分台站无法识别气枪震源信号的主要原因是台站噪声水平较高造成的。     

利用大容量气枪震源资料研究北天山地区介质衰减特征

利用人工震源(大容量气枪)数据资料对北天山地区的气枪信号振幅随距离衰减关系和介质的衰减特征进行了研究。选取北天山地区新疆数字地震台网的8个固定台站记录到的气枪震源信号,计算气枪主频2~6 Hz之间的叠加后信号的振幅谱值的均方根,用均方根值代表气枪信号传播到该台站处的振幅值,并对得到的均方根值进行拟合,得出当频率为3.8 Hz时研究区域P波和S波品质因子分别为QP=(464±70),QS=(653±46)。用同样方法计算气枪震源附近发生的一个天然地震的信号,得出当频率为4.2 Hz时QP=(226±40),QS=(484±34)。以上测量结果与前人利用不同范围天然地震得到的结果类似,表明人工震源资料可以用于介质衰减特征研究,相关研究为长时间监测地球介质衰减特征随时间变化提供了基础。     

Initial Experimental Result of Accurately Controlled Routinely Operated Signal System （ACROSS）

The principle of Accurately Controlled Routinely Operated Signal System (ACROSS) is introduced in this paper, A sample machine is made and tested. The experiment shows that the signal-stacking technique is effective in improving signal-to-noise ratio and the sompi cepstrum method is applicable to deconvolute a set of travel times of wave elements from accurate transfer function data in frequency domain.     

Seismic channel edge detection using 3D shearlets—a study on synthetic and real channelised 3D seismic data

Automatic feature detection from seismic data is a demanding task in today's interpretation workstations. Channels are among important stratigraphic features in seismic data both due to their reservoir capability or drilling hazard potential. Shearlet transform as a multi‐scale and multi‐directional transformation is capable of detecting anisotropic singularities in two and higher dimensional data. Channels occur as edges in seismic data, which can be detected based on maximizing the shearlet coefficients through all sub‐volumes at the finest scale of decomposition. The detected edges may require further refinement through the application of a thinning methodology. In this study, a three‐dimensional, pyramid‐adapted, compactly supported shearlet transform was applied to synthetic and real channelised, three‐dimensional post‐stack seismic data in order to decompose the data into different scales and directions for the purpose of channel boundary detection. In order to be able to compare the edge detection results based on three‐dimensional shearlet transform with some famous gradient‐based edge detectors, such as Sobel and Canny, a thresholding scheme is necessary. In both synthetic and real data examples, the three‐dimensional shearlet edge detection algorithm outperformed Sobel and Canny operators even in the presence of Gaussian random noise.     

地震废墟中人体心脏电场信号的提取

基于人体心脏电场信号的生命探测仪是目前最先进的生命探测仪,其困难之处在于从地震废墟中提取微弱的心脏电场信号。本文主要分析地震废墟中可能出现的对人体电场有干扰的信号情况,提出如何接收废墟中微弱的超低频心脏电场信号,并根据人体心脏电场的特征设计特殊滤波器滤除干扰信号,只保留因人体心脏跳动而产生的360度扩展的超低频非均匀电场。