被动源体波信息提取技术及其质量监控

基于互相关的被动源地震干涉测量是一种潜在的、经济有效的地质与地球物理研究技术.然而,被动源地震记录常以面波能量为主,从被动源地震记录中提取体波仍然是一项具有挑战性的任务.首先,本文系统阐述和比较了互相关和反褶积以及互相干三种干涉方法的差异,并指出在进行体波成像时使用互相干方法效果更好;其次,为了有效增强体波信号,本文提...     

密集台阵背景噪声双聚束成像化龙断裂精细结构

双聚束成像法(Double beamforming,简称DBF)是利用地震背景噪声进行地下速度结构成像的新方法,该方法通过对环境噪声场中能量相干部分的叠加达到提高信号信噪比的目的,识别和提取不同类型的地震波信号及其入射方位角(微弱体波、反射面波等),从而进行地下速度结构成像研究等.特别是进行背景噪声面波成像时,DBF能...     

台阵地震学方法及对间断面结构的研究进展

地震台阵是为了监测核爆而发展起来的一种地震观测系统。近年来,地震台阵被推广到地球内部速度间断面的研究中并极大地推动了地震学的发展。本文主要介绍处理台阵资料的技术方法,如聚束、倾斜叠加、N次根叠加、频率波数法以及相位加权叠加等,并讨论各种方法的优缺点。在提取微弱但相关信号方面,重点讨论相位加权叠加方法及现有的研究成果。结果表明,这些方法都在不同程度上提高了记录的信噪比,高质量的台阵数据使得地球内部速度结构的成像研究更加精细。     

超短时线性台阵背景噪声成像技术在浅层地质结构探测中的应用

背景噪声地震成像方法已被广泛应用于探测壳幔深部结构;近些年来,该方法在浅地表结构成像中的应用研究也在蓬勃发展,然而近地表场源不均匀等因素导致高频面波信号往往难以准确恢复,以牺牲时间来提高信噪比的观测方式会极大限制其在工程勘查中的应用.本文尝试讨论超短时背景噪声成像技术在浅层地质结构探测中的应用效果.笔者利用湖北应城地区超短时(1 h)线性台阵地震背景噪声记录,使用被动源面波多道分析法从虚拟炮集中提取相速度频散曲线,通过反演获取了浅地表二维横波速度结构.结果表明,利用本文方案可以恢复高信噪比面波信号、获取高信噪比的频散能量以及拾取高精度相速度;反演速度结构与实际测井数据吻合度好,成像结果有效揭示了测区150 m以浅的地层结构,证明了超短时背景噪声成像技术在浅层地质结构调查中具有很大的应用潜力．     

短周期密集台阵被动源地震探测技术研究进展

近十年来,短周期密集台阵被动源探测技术日益成长为国内外深部结构探测领域的一项重要手段.该技术相较于传统宽频带地震探测具有高分辨、省时省钱、绿色环保等优点.尽管低频信号不足,对岩石圈地幔以深结构探测能力有限,但密集的台站间距使得地壳精细结构成像成为可能;台阵下方不同方位射线形成密集的交叉覆盖,从而可通过反演和叠加偏移等手段获取稳定的壳幔结构图像.因此,短周期密集台阵探测技术已广泛应用于深部速度和界面结构成像,以及矿产资源勘查、火山活动监测、微震精定位、发震断层的几何学和运动学特征研究等多种不同领域.本文系统的总结了短周期密集台阵在地壳结构研究和微震定位检测等方面的研究进展.展望未来,以科学问题为导向,利用天然地震及背景噪声观测、重力测量、InSAR数据、GPS测量等多种地球物理数据,开展联合反演和成像,并提取研究对象的多属性特征正日益成为减少解的非唯一性、揭示地质体真实赋存状态的有效途径;该领域方法技术的迅速提升有望大大促进地震学及地球动力学研究,在深部结构成像、矿产资源勘查等领域具有广阔应用前景.     

编码震源提高地震探测能力的野外实验研究

地球深部结构研究是地震预报和地球动力学研究的基础,传统人工地震受到探测深度、分辨率或震源能量的环保限制,探索利用小能量震源进行深部高分辨率探测技术具有重要意义.本文借鉴雷达探测中的编码原理,开展了震源编码探测实验,利用人工震源向地下发送具有独特特征的随机编码序列脉冲,作为一次等效激发,利用准确记录的编码震源的源函数与地震连续观测的互相关进行“解码”分析,获取地下信息,形成编码地震探测技术.实验表明编码地震能够大幅度提高地震探测能力,利用小能量震源获得远距离的探测和高分辨率,是一种具有重要发展前景的人工探测技术.     

噪声水平上的爆炸余震信号提取

文中采用窄带滤波、傅里叶反变换及小波分析在噪声水平上提取弱余震信号。窄带滤波能够在背景噪声水平上以及（－10）－（20）dB记录中提取有用信息，但是往往产生截断误差，如果数字序列具有较大的初始幅值，所提取的波形在截断处发生畸变。傅氏反变换从负信噪比的记录中提取的信号质量较差，伴有高频干扰成分，对于信噪比为正数的记录，傅氏反变换提取的波形是良好的，该种方法同滤波方法一样，也存在截断误差。小波分析从信噪比为负数的记录中提取的信号不理想，而从信噪比为正数的记录中提取的信号质量最好，波形完整，首尾清晰，基线平直，无截断误差。窄带滤波，傅氏反变换及小波分析有两个共同点，基一，都能够从强背景噪声中提取有用信息；其二，信噪比越大，获取的信号质量越高。     

地震背景噪声互相关方法应用研究综述

利用地震台记录的背景噪声数据,进行台站对之间数据互相关以获得反映地下介质信息的格林函数,是目前地震学领域理论研究和实际应用方面的前沿和热点。首先介绍了噪声互相关应用的发展历史,之后对其在面波成像、体波信号提取与体波成像、监测地下介质波速变化与衰减、地震定位、噪声源分析与时移校正等多个方面的应用进行了阐述,最后针对目前背景噪声互相关应用的发展进行了分析与讨论。     

基于气枪源信号的数据处理与传播特性研究

区域尺度地球浅部结构、状态和介质变化研究是天然地震学和勘探地震学共同关注的问题。探索适宜于大陆浅部区域尺度地下结构探测与介质物性变化监测的新型人工震源,构筑地震雷达平台,向地下主动发射地震波,将为深部油气资源利用、浅部地球动力学、城市地球物理学和防震减灾事业等提供重要工具。目前,对地下介质进行动态变化测量的适用的主要震源包括相似地震、背景噪声、人工震源和其他非常规震源。而在天然源方面,大地震时空分布不均,相似地震数量有限,地震背景噪声源需长时间叠加才能获取稳定信号且源存在季节性变化,三者对于变速变化测量时空分辨率与精度较低。在人工震源方面,传统炸药震源适用受限,连续震源等因释放能量低,不适宜进行区域尺度大陆浅部探测与监测研究。为寻找适合的理想震源,我们通过一系列野外实验探索对多种人工震源进行了测试筛选,最终选定具有绿色环保、高效、重复性好等优点的海洋勘探气枪震源作为探测震源,并成功移植到陆上有限水体激发。本文结合区域尺度大陆浅部结构探测和监测这一核心目的,以历次非调谐大容量气枪阵列激发实验为基础,围绕探索发展新的探测与监测方法,对气枪主动源探测技术中的相关信号处理与波场传播问题进行了研究。本论文的主要工作包括以下几个方面:(1)全面回顾、认识陆上大容量气枪震源。在全面回顾总结海洋气枪震源的发展历史、技术原理和气枪激发理论发展进程与研究成果的基础上,讨论了海洋气枪震源与陆地气枪震源的差异。陆上大容量气枪震源是气枪阵列与有限水体环境耦合的结果,固液界面的存在是陆上水体气枪源的关键特征。陆上水体气枪震源涉及气泡振荡理论、气-液和液-固界面的物质耦合、水体边界条件、地震波传播等复杂机制,受多种因素影响,是气体-流体-固体三相耦合的物理系统。其次详述了多年来陆上水体大容量气枪震源激发实验,总结了气枪源在研究区域尺度介质变化测量和探测中的独特优势。陆上不同水体中气枪信号模拟和实际激发效果的对比表明,影响气枪激发效果的主要因素包括气枪枪体(类型、容量、同步性)、工作条件(激发压力、沉放深度)和水体条件(水位、水体形状、水体大小)。对不同相关激发条件影响的探讨总结,有利于加深对陆上气枪震源的震源特性的认识,改进激发环境的设计与评价,获得更好的激发条件。(2)主动源数据自动筛选方法。介绍了噪声对于主动源信号叠加处理的影响,并提出了一种利用信号记录中噪声特征的主动源数据自动筛选方法——RMS筛选法。在气枪震源信号处理过程中,多次小能量激发叠加等效于一次大能量激发和利用干涉获取走时变化来成像介质变化的处理方式,决定了对叠加技术的需求;地震信号发射台的大规模激发和台阵的发展积累的海量气枪信号数据,催生了对于气枪信号自动化处理的要求。不同气枪发射台实际信号处理证实RMS筛选后叠加效果明显优于传统叠加方法,更能压制强背景噪声的干扰,可有效提高信噪比。RMS筛选叠加数据剖面显示,宾川台信号传播距离由250 km增至350 km,呼图壁台由500 km左右增加至1000 km,张掖台信号探测距离由300 km提高到了近500 km。(3)气枪震源波场信息传播特性研究。利用已建立并在持续运行的3个以大容量非调制气枪阵列为震源的固定地震信号发射台数据对气枪震源信号传播过程中的一系列问题进行了研究。研究内容包括发射台信号特征、气枪信号能量空间分布、利用主动源信号中Pn波震相研究气枪信号的衰减与几何传播、发射台配套台网的噪声水平分析等内容。研究气枪源信号波场传播影响对于深入理解陆上水体气枪源激发机理,探索不同区域的潜在应用有重要作用。发射台周边台站速度记录分析显示,气枪源激发在近源参考台记录均在106 nm/s量级,其中呼图壁台产生的信号振幅最强。各发射台信号强度在40 km左右及已降低至100 nm/s左右,接近背景噪声水平。宾川台信号的衰减最快,原因可能是由于云南地区地质结构复杂,几何传播衰减值较其他地区大,而品质因子Q值更小。信号能量空间分布显示各发射台气枪震源辐射图样基本满足几何扩散分布,但呼图壁台南部台站接收台站信号较弱。台站背景噪声水平分析显示,在气枪优势频带2~10 Hz范围内宾川台周边台站噪声水平普遍在–130 d B左右,仅部分台站背景噪声值较高。宾川台周边台站动态环境噪声水平明显低于呼图壁流动台20 d B左右。     

地震背景噪声成像技术研究进展与展望

背景噪声成像技术是21世纪以来地震学研究最为重要的突破性进展之一.该方法不依赖于天然地震事件的发生,利用连续地震记录中普遍存在的"背景噪声",通过不同台站对间连续时间信号的互相关来提取经验格林函数并用以进行地下介质结构成像研究.与传统的天然源地震探测手段相比,背景噪声成像技术从随机场源信号中提取介质结构的信息,具有成像...     

时频域相位滤波在远震接收函数噪声压制中的应用

宽频带地震观测数据中有效信号和干扰噪声经常发生混频效应,常规的频率域滤波方法很难将二者分离.地震波信号属于时变非平稳信号,时频分析方法能够同时得到地震波信号随着时间和频率变化的振幅和相位特征,S变换是其中较为高效的时频分析工具之一.本文以S变换为例,提出了基于相位叠加的时频域相位滤波方法.与传统叠加方法相比,相位叠加方法对强振幅不敏感,对波形一致性相当敏感,更加利于有效弱信号信息的检测.时频域相位滤波方法滤除与有效信号不相干的背景噪声,保留了相位一致的有效信号成分,显著提高了信噪比.运用理论合成的远震接收函数数据和实际的宽频带地震观测数据检验结果显示该方法较传统的带通滤波方法相比,即使在信噪较低且混频严重条件下,时频域相位滤波方法的滤波效果依然很明显,有助于识别能量较弱的有效信号.     

多次覆盖技术在探地雷达勘探中的应用

多次覆盖技术作为一种增强信号、压制干扰的方法,广泛用于地震勘探工作中,可以大大提高有用信号的信噪比。本文作者把多次覆盖技术引入探地雷达测量工作中,通过与剖面法作对比试验来论证多次覆盖技术在探地雷达勘探中应用的可行性及优缺点。作者根据试验资料总结探地雷达工作中雷达波传播规律、工作参数、资料处理方法,对丰富探地雷达勘探技术作了一次有益的尝试。     

基于Curvelet变换的地震资料信噪分离技术

在地震资料中,噪声干扰严重影响了有效信号的提取,为此必须进行信噪分离处理.本文提出一种基于Curvelet变换和KL变换相结合的软硬阈值折衷处理方法.首先对地震数据进行Curvelet变换,然后对各尺度系数选取适当阈值压制噪声干扰,再利用KL变换提取数据中的相干有效信号,最后重构得到去噪后的记录.经合成记录和实际地震资料处理实验证明,该方法与小波变换法相比较,更能有效进行信噪分离,提高地震剖面信噪比和分辨率.     

浅层地震勘探方法在活动断层中的应用——以邯郸市活动断层探测为例

浅层地震勘探方法在城市活动断层探测中发挥着重要作用,实践表明,浅层地震反射波法可以获取深度十米至几十米的浅层地层反射信号,且大部分反射剖面均可较清楚地揭示出浅部断层位置和断层特征,地震数据处理是准确识别近地表活动断层的重要环节,也是提高资料分辨率和信噪比的有效途径。本文应用邯郸市活动断层浅层地震资料,运用多途径、分步骤的去噪技术和方法,压制干扰,极大地提高了资料的分辨率和信噪比,并对活动断层的典型剖面进行重点研究和验证。     

A new stacking technique in ambient noise tomography

We have developed a new stacking technique in ambient noise tomography to obtain high-quality dispersion curves of Rayleigh waves.This technique is used to stack the vertical components of the Estimated Green Functions(EGFs) obtained respectively from cross correlation of the ambient noise data recorded by a remote seismic station and one of the short distance seismic stations of a seismic array.It is based on a phase-matched filter and is implemented by a four-step iterative process:signal compression,stacking,signal extraction and signal decompression.The iterative process ends and gives the dispersion curve of Rayleigh wave when the predicted one and the processing result converge.We have tested the method using the vertical components of synthetic Rayleigh wave records.Results show that this new stacking method is stable and it can improve the quality of dispersion curves.In addition,we have applied this method to real data.We see that the results given by our new technique are obviously better than the ones employing the traditional method which is a three-step process:signal compression,signal extraction and signal decompression.In conclusion,the new method proposed in this paper can improve the signal to noise ratio of EGFs,and can therefore potentially improve the resolution of ambient noise tomography.     

微动探测方法软件的实现

利用微动进行勘探无需振动源,方便快捷、对环境没有干扰,是一种很有发展前景的勘探方法。针对微动探测数据处理的需求,开发研制了一套可视化微动探测处理分析软件系统MSMSPAC。该软件采用C~#语言开发,主要功能包括台阵设计、台阵方位角分布分析、数据格式转换、微动有效数据段挑选、数据滤波、重采样、参数计算及频散曲线提取、编辑、合并、项目管理等功能。软件系统界面友好,操作简便。     

Time-frequency analysis based on curvelet transforms with time skewing

Oil and gas exploration gradually changes to the deep and complex areas. The quality of seismic data restricts the effective application of conventional time-frequency analysis technology, especially in the case of low signal-to-noise ratio. To address this problem, we propose a curvelet-based time-frequency analysis method, which is suitable for seismic data, and takes into account the lateral variation of seismic data. We first construct a kind of curvelet adapted to seismic data. By adjusting the rotation mode of the curvelet in the form of time skewing, the scale parameter can be directly related to the frequency of the seismic data. Therefore, the curvelet coefficients at different scales can reflect the time-frequency information of the seismic data. Then, the curvelet coefficients, which represent the dominant azimuthal pattern, are converted to the time-frequency domain. Since the curvelet transform is a kind of sparse representation for the signal, the screening process of the dominant coefficient masks most of the random noise, which enables the method to adapt for the low signal-to-noise ratio data. Results of synthetic and field data experiments using the proposed method demonstrate that it is a good approach to identify weak signals from strong noise in the time-frequency domain.     

基于典型分解的地震勘探随机噪声模拟方法

随着矿产资源勘探的发展,地震勘探采集环境越来越复杂,接收到的反射地震记录中常常包含大量的干扰,从而造成野外地震资料信噪比低、面貌复杂、有效信息难以分辨,这对提取和利用地震记录中的有效信息造成了障碍。传统数值模拟的记录一般不具有包含各种成因的随机干扰噪声背景,虽然理论记录的处理效果都很好,但却很难处理实际低信噪比的地震资料。截至目前,地震勘探随机噪声模拟方法少有成形理论可以参考,对地震勘探随机噪声特性的认识存在一定的理想化和局限性。许多研究在进行噪声模拟时,添加的是在后续叠加处理时一般都能消除的白噪声,不能接近实际资料的处理。本文基于随机函数的典型分解理论,在用Marmousi模型记录的基础上,根据CMP道集的相干特性计算出可加性随机干扰,这种随机干扰因为与CMP道集记录具有类似的相干性而更接近实际地震资料的干扰背景。此方法可以指导地震勘探的野外观测系统的设计、地震数据的后期处理和解释。      

基于地脉动和地铁振动的钢筋混凝土建筑结构响应分析

在北京城区的一栋钢筋混凝土建筑(Reinforced Concrete building,简称RC)中,进行历时两天的地脉动和地铁振动观测.介绍了利用地脉动和地铁振动信号研究RC建筑结构响应的观测方法、仪器设备、数据采集和数据处理方法.对观测数据进行两种分析:(1)对连续的地脉动背景噪声,采用H/V谱比法;(2)对经过...     

Composition of high frequency ambient noise from cross-correlation:A case study using a small aperture array

Long-time cross correlation of ambient noise has been proved as a powerful tool to extract Green's function between two receivers.The study of composition of ambient noise is important for a better understanding of this method.Previous studies confirm that ambient noise in the long period (3 s and longer) mostly consists of surface wave,and 0.25-2.5 s noise consists more of body waves.In this paper,we perform cross correlation processing at much higher frequency (30-70 Hz) using ambient noise recorded by a small aperture array.No surface waves emerge from noise correlation function (NCF),but weak P waves emerge.The absence of surface wave in NCF is not due to high attenuation since surface waves are strong from active source,therefore probably the high ambient noise mostly consists of body wave and lacks surface wave.Origin of such high frequency body waves in ambient noise remains to be studied.