单台地震自动定位网格搜索法及其MATLAB试验

提出了一种利用单个地震台站三分向数字地震波形记录进行单台地震自动定位的网格搜索法。该方法以台站为中心,建立辐射状网格,按可变震中距步长和方位角步长进行搜索。对一个检测到的地震事件记录波形,对每个震中距,计算预测波形特征函数与记录波形特征函数的互相关函数值,选其最大值对应的震中距;对每个方位角,合成沿径向和沿横向的波形分量,并计算P波段的径向绝对积分值与横向绝对积分值之差,选其最大值对应的方位。对于选定的方位,如果合成的径向分量与记录垂直分量乘积在P波段的积分值为负,则取该方位角为震中相对于台站的方位角,否则该角要加上180°。在MATLAB环境中对该方法的基本步骤进行了试验,初步结果表明该方法是可行的。     

基于检波器间距约束的微地震初至拾取方法研究及应用

微地震事件初至拾取是微震监测数据处理的重要步骤之一,其精度是微地震震源定位结果的决定性因素,影响后续的解释结果.前人利用互相关函数与微地震记录相似波形特征原理,对具有相似震源位置或破裂机理的微地震事件采用波形互相关的方法进行初至拾取,但微地震事件的信号,在经过不同的传播路径,被不同检波器接收到的波形是存在差异的,若这种差异大到无法通过互相关来求取微地震信号的到时差,就会出现明显误差.本文提出基于检波器间距约束的互相关初至拾取方法,该方法在互相关函数中引入检波器间距约束条件.首先对全局有效道进行互相关运算及时差校正,其次对时差校正后的记录进行基于检波器间距约束的局部互相关运算并进行时差校正,再利用叠加道计算对经过二次时差校正后的多道记录进行叠加,并运用STA/LTA方法对新生成的叠加道进行初至拾取,最后结合叠加道初至信息以及时差相对校正量,既可得到微地震事件的初至到时.实际资料处理结果表明,相比于常规多道互相关方法,该方法合理地避免了震检距对初至到时的影响,有效地提升了微地震事件初至拾取的精度.     

三维井间地震侧面波传播特征及其分离研究

井间地震与常规地震相比具有较高的分辨率,同时波场也更加复杂.利用视速度特征的差异很容易地分离井间上下行波场,根据纵横波偏振特征的不同可将纵横波完全分离,但是针对井间地震侧面波的研究并不多.本文构建高速透镜体和断层模型进行波场数值模拟,通过对三维地震波场的传播特征进行分析可知,井间地震接收的波场既有岩性分界面的响应,还会有侧向地质不均匀体产生的干扰,严重影响成像的质量和精度.经偏振旋转后的T分量记录对物性横向变化较为敏感,综合分析X、Y、Z分量和T分量上不同连井剖面的波场传播特征,可对侧向传播的干扰波进行有效识别,利用线性Radon变换可以在一定程度上将侧面波进行压制,为后续井间地震资料处理提供高信噪比的数据.本文通过理论模型进行试算研究,验证了该方法的有效性,并对理论记录取得了较好的分离效果.     

利用互相关函数求地震波衰减

与传统利用单事件波形求介质衰减的方法不同,我们提出一种以一系列事件为源,以源与远处记录波形的互相关函数为基础计算介质品质因子的方法.依据野外现场实验的数据,我们分别以单次和多次激发为源,讨论了事件波形和互相关函数波形的振幅变化及相应的介质品质因子,结果发现,与事件波形一样,互相关函数波形也可以用于计算介质的衰减系数.计算结果表明：（1）实验场地浅层介质在原场条件下的品质因子Q值在40左右;（2）互相关函数的最大幅度与事件波形的振幅随距离具有相同的衰减规律.     

基于云计算的九分量噪声互相关函数计算及其在China Array密集台阵数据的应用

提出一种基于云计算的九分量噪声互相关函数的计算方法,可以利用弹性的云计算服务,实现海量噪声互相关函数计算的分解和加速。本文将此技术应用于"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"674个宽频带台站2014~2015年的三分量连续记录,获取了所有台站间的九分量噪声互相关函数。总体计算共完成了约22万条台站对路径上近14.9亿条单天互相关函数的计算,整体平均耗时约为10.2h,完成等量计算,传统计算模式需要耗时近6个月,基于云计算的NCF计算技术实现了近400倍的加速,并可以弹性地扩充。分析了所得九分量噪声互相关函数中瑞利面波的ZH振幅比,并与天然地震中瑞利面波的振幅比进行了比较,验证了计算结果的可靠性。基于云计算的噪声互相关函数计算方法,为利用现代计算技术处理海量数据提供了重要参考。     

柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析

根据互相关系数不小于0.8的波形互相关意义上重复地震的定义,利用国家数字地震台网中的乌什和巴楚台记录的区域地震波形数据,识别并研究了新疆柯坪塔格断裂带及其周缘的板内重复地震.对所有相互距离不超过30 km的地震事件的垂直分量采用0.5-5.0 Hz带通滤波后进行波形互相关计算.其中乌什台共识别出460例重复地震,组成重复地震对和多重地震对共171组,占总事件数的15.5％;巴楚台共识别出822例重复地震,组成重复地震对和多重地震对共298组,占总事件数的21.2％00.对重复地震的分析表明,台站分布的不同和波形事件记录质量的差异,是造成两个台站识别出的“重复地震”数目和比例不同的原因.对重复地震复发的时间间隔统计表明,重复间隔从数分钟到数百天不等,最长重复间隔达10年.     

柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析

根据互相关系数不小于0.8的波形互相关意义上重复地震的定义, 利用国家数字地震台网中的乌什和巴楚台记录的区域地震波形数据, 识别并研究了新疆柯坪塔格断裂带及其周缘的板内重复地震. 对所有相互距离不超过30 km的地震事件的垂直分量采用0.5—5.0 Hz带通滤波后进行波形互相关计算. 其中乌什台共识别出460例重复地震, 组成重复地震对和多重地震对共171组, 占总事件数的15.5%; 巴楚台共识别出822例重复地震, 组成重复地震对和多重地震对共298组, 占总事件数的21.2%. 对重复地震的分析表明, 台站分布的不同和波形事件记录质量的差异, 是造成两个台站识别出的“重复地震”数目和比例不同的原因. 对重复地震复发的时间间隔统计表明, 重复间隔从数分钟到数百天不等, 最长重复间隔达10年.      

井下地震计的P波接收函数正演计算及其稳定性研究——以首都圈地区为例

井下地震计波形记录的P波垂向分量存在频谱极小（spectrum null）现象,导致接收函数的结果不稳定.本文以首都圈地区为例,基于平面波入射的传播矩阵理论,发展了用于计算井下地震计的接收函数正演方法.在此基础上,分析了井下地震计波形垂向分量频谱极小现象,研究其对接收函数稳定性的影响.结果表明,井下地震计波形记录垂向分量的频谱极小开始出现的频率和地震计的埋深相关.该现象可造成反卷积提取的接收函数不稳定,且不稳定情况出现在频谱极小附近的频段,可通过选择合适的高斯因子压制其对接收函数的影响.     

龙门山断裂带周缘重复地震识别及其在台网定位评价中的应用

利用国家测震台网数据备份中心时间跨度超过7年的连续波形资料, 设定至少三个台站记录的垂直分量波形互相关系数大于0.8的地震对为一组重复地震, 通过波形互相关分析, 识别出龙门山断裂带周缘波形相关意义上的“重复地震”2790次, 构成2907组重复地震。 沿用Schaff和Richards的研究结果, 假定“重复地震”间距很小(小于1 km), 地震目录记录的重复地震对位置之差主要为地震台网的定位误差所致, 基于此误差给出了龙门山断裂带周缘地震台网的定位精度估计: 台网的水平定位精度较高, 水平定位误差约为2.8 km(2倍标准差), 且西南段台网的水平定位精度优于中北段; 垂直定位精度较差, 垂直定位误差约为10 km(2倍标准差), 现有地震定位方法对震源深度的测定有待改善。     

地震三维矢量反射波场

三分量反射地震的本质是三维矢量反射波场.与应力有关的岩体内部细结构是导致三维矢量反射波场的普遍原因.本文讨论三维矢量反射波场所涉及的理论方法、数据处理、观测解释及介质信息提取等问题,总体格架是通过我国自主创新发展从原构造成像提升到构造-岩体内部细结构的复合成像.     

美国中东部地震台阵波场的三分量波形梯度

波形梯度法是一种全新的台阵数据处理技术,该方法利用子台阵中的波形差异可以得到一些基本的地震波传播参数.本文首次将其应用于美国中东部地震台阵面波的三分量研究当中.首先通过垂向分量的面波进行波形梯度分析,得到垂直分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.再通过垂向分量得到的传播方向进行坐标旋转,从而得到了径向分量以及切向分量的面波,再将其应用于波形梯度分析,分别得到径向分量以及切向分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.利用2012年8月27日发生在中美洲西海岸地震事件的三分量地震数据的面波波形得到的结果显示,在相同周期,研究区域的三个分量面波的相速度分布横向差异显著.切向分量面波的相速度分布特征差异较大,可能是由于径向各向异性造成的.三个分量的传播方向变化都不大,且切向分量的传播方向变化大于垂直分量与径向分量,说明地震波的切线分量在传播过程中受到的影响更大,同时还可以看出传播方向的变化呈现出条带状的特征.几何扩散和辐射花样都是与地震波的振幅项有关的信息,三个分量的几何扩散特征基本一致.但是由于切向分量传播方向变化相对较大,可能导致了切向分量面波的辐射花样有所差异.     

Introduction to ground surface self-potential tomography

A new approach to self-potential (SP) data interpretation for the recognition of a buried causative SP source system is presented. The general model considered is characterized by the presence of primary electric sources or sinks, located within any complex resistivity structure with a flat air-earth boundary. First, using physical considerations of the nature of the electric potential generated by any arbitrary distribution of primary source charges and the related secondary induced charges over the buried resistivity discontinuity planes, a general formula is derived for the potential and the electric field component along any fixed direction on the ground surface. The total effect is written as a sum of elementary contributions, all of the same simple mathematical form. It is then demonstrated that the total electric power associated with the standing natural electric field component can be written in the space domain as a sum of cross-correlation integrals between the observed component of the total electric field and the component of the field due to each single constitutive elementary charge. By means of the cross-correlation bounding inequality, the concept of a scanning function is introduced as the key to the new interpretation procedure. In the space domain, the scanning function is the unit strength electric field component generated by an elementary positive charge. Next, the concept of charge occurrence probability is introduced as a suitable function for the tomographic imaging of the charge distribution geometry underground. This function is defined as the cross-correlation product of the total observed electric field component and the scanning function, divided by the square root of the product of the respective variances. Using this physical scheme, the tomographic procedure is described. It consists of scanning the section, through any SP survey profile, by the unit strength elementary charge, which is given a regular grid of space coordinates within the section, at each point of which the charge occurrence probability function is calculated. The complete set of calculated grid values can be used to draw contour lines in order to single out the zones of highest probability of concentrations of polarized, primary and secondary electric charges. An extension to the wavenumber domain and to three-dimensional tomography is also presented and discussed. A few simple synthetic examples are given to demonstrate the resolution power of the new SP inversion procedure.     

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。     

Automatic onset phase picking for portable seismic array observation

Automatic phase picking is a critical procedure for seismic data processing, especially for a huge amount of seismic data recorded by a large-scale portable seismic array. In this study is presented a new method used for automatic accurate onset phase picking based on the proporty of dense seismic array observations. In our method, the Akaike＇s information criterion （AIC） for the single channel observation and the least-squares cross-correlation for the multi-channel observation are combined together. The tests by the seismic array observation data after triggering with the short-term average/long-term average （STA/LTA） technique show that the phase picking error is less than 0.3 s for local events by using the single channel AIC algorithm. In terms of multi-channel least-squares cross-correlation technique, the clear teleseismic P onset can be detected reliably. Even for the teleseismic records with high noise level, our algorithm is also able to effectually avoid manual misdetections.     

地震信号的复地震道分析及应用

复地震道分析又称三瞬分析,该分析方法可将反映地震信号局部变化情况的地震波的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率等信息分离开.本文应用Hilbert变换求解虚地震记录,用复地震道分析方法求取"三瞬"信息,并用该方法计算了理论合成地震记录的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率,获得了较好的效果.同时,本文也利用该方法对某区块实际地震资料进行了处理,结果表明,复地震道分析方法获得的"三瞬"信息可反映地震信号的局部变化,有助于进行地震薄互层分析,并能提高数据的解释精度.     

基于逆虚折射干涉法有效提取近地表弱地震信号

在地震勘探中,地形起伏和近地表速度的剧烈变化会导致地震波旅行时的扰动,通常会通过折射波信息来估算和消除这些扰动.本文在虚折射的基础上提出了逆虚折射干涉法,通过虚折射波场和原始折射波场的互相关,并对所有位于固定相位点上的检波点进行叠加,重构出逆虚折射波场.通过逆虚折射与超级虚折射的叠加,保证了不同偏移距下折射波振幅恢复的一致性,显著提高折射波的信噪比,有效提取弱信号.同时,本文采用反褶积干涉法来压制由于互相关和褶积产生的子波旁瓣的影响,弥补低频和高频能量的损失,改善恢复的折射波场的稳定性和分辨率.该新方法不需要知道近地表复杂速度模型的信息,可以将虚折射的勘探孔径恢复到原始地震记录的最大孔径.合成资料和实际资料的计算结果表明,基于反褶积的逆虚折射干涉法能够从低信噪比的资料中,有效恢复出折射波信息.     

经验模态分解法在地震资料处理中的应用试验

通过对多种连续小波基的平稳序列时频分析,提出经验模态的非平稳序列的时频分析方法,并在地震资料处理解释应用中作探索性试验.试验结果表明：对地震记录道长为5 s和2 ms采样资料,经验模态分解后可获得6-7个固有模态函数单分量,分解的第一个分量C1（t）具有较宽的频率成分,可作为地震属性的主分量.     

Rayleigh wave separation using high-resolution time-frequency polarization filter

Obtaining geological information from seismic data motivates researchers to innovate and improve seismic wave processing tools. Polarization-based methods have received much attention regarding their ability to discriminate between different phases of the seismic wave based on polarity. Combining the intuitive definition of polarity in the frequency domain (monochromatic waves) with the non-stationary properties provided by time-domain methods, time-frequency approaches are attracting widespread interest because they localize the information extracted from the seismic waves in the joint time and frequency domains. Due to the lack of high-resolution time-frequency maps, the time-frequency polarization approach was not able to resolve specific temporal polarity changes in the seismic signal. The main objective of this study was to devise a robust time-frequency-based polarization filtering method using high-resolution polarization attributes obtained directly from the sparse time-frequency map without using Eigen analysis or analytic signals. The method proposed here utilizes a computationally effective sparsity-based adaptive S-transform to obtain a high-resolution polarization map of an inherently non-stationary seismogram for the entire frequency content of the signal at different times. The superiority of the proposed method over the S-transform method was verified using synthetic and real data sets to calculate the polarization attributes in the time-frequency domain and separate the Rayleigh waves from the seismogram.     

基于多重互相关函数计算地探信号到时差

论文介绍了一种提高地震等地探信号到时差精度的新方法-多重互相关函数法. 从理论上推导出了多重互相关函数的公式,且通过实验验证了用此函数不仅能提高信号的信噪比,还能提取出相似信号所共有的频率信号,进而精确地识别出它们的到时差.探讨了此原理在场地、地震剪切波速信号到时差提取中的应用,分析结果显示:相比互相关函数,多重互相关函数能更准确地求取两相似信号的初至时刻差.