小波多分辨分析方法在波动方程正演模拟中的应用

初步探讨小波多分辨分析理论在地震波动方程正演模拟中的应用，给出一种基于地震波场局部变化性质而自适应调空间网格点的波动方程数值算法，目前求解波动方程所用的有限差分法、有限元法以及伪谱法都不能根据波场的局部变化性质而动态选择空间网格点的大小、小波基函数在空间域和频域中都具有局部性特征，它的性质优于有限差分法，有限元法和伪谱法中所用的基函数，通过阀值运算，地震波场失发辨表示变得非常稀疏，同时地下介质中的主要信息又不会受到损害，本文将声波场的多分辨表示变得非常稀疏，同时地下介质中的主要信息又不会受到损害，本文将声波方程的矩阵表示形式小波多分辨分析的框架下进行了展开，通过对算子长阵的地震波场矩阵进行多分辨分解和压缩，得到了小波域中地震波场正演模拟算法。     

小波多分辨分析在变形分析中的应用

利用离散小波变换方法对变形观测序列进行分析,通过小波多分辨分析方法对变形观测数据进行分解和重构,有效地对误差进行了分离;在分析非线性形算例中,小波变换得到的去噪后变形曲线与多项式回归法结果相比,克服了因选用不同模型拟合效果不同的主观影响,既能较好的反映局部变形特征,又能反映整体变形趋势。     

张家口—渤海断裂带西缘壳幔过渡带研究

利用复杂性系数、频谱分析和小波变换方法处理了穿过张家口—渤海断裂带西缘的地震测深剖面的Pm波形资料,研究不同构造单元壳幔过渡带的多参数特征以及它们在岩石圈构造演化中的意义. 结果表明: 不同构造单元Pm波的复杂性系数和频谱特征有较大差异,内蒙地轴复杂性系数小,莫霍面具有明显的一级间断面特征,怀安—张北位于张家口—渤海断裂带的西缘,该区域Pm波复杂性系数大并且频谱为多极值,Moho面为复杂的壳幔过渡带. 利用小波分析和反射率理论地震图得到该壳幔过渡带由2～3层组成,总厚度约为6～9km,最大厚度位于怀安盆地下方. 该壳幔过渡带是大陆裂谷环境中底侵作用的产物,壳幔过渡带的分层特征与该区域中新生代的多期岩浆活动有密切联系.     

小波多分辨率分析时变系统参数识别算法的鲁棒性研究

针对多自由度时变系统参数识别问题,基于Daubechies小波多分辨率展开的时变参数辨识方法分析影响参数识别鲁棒性的各个因素。通过数值分析针对突变、线性慢变以及谐波快变的时变参数进行识别,研究结果表明:当基函数dbN一定时,在预先确立的分解尺度范围内,识别精度随分解尺度的增加而增加;待识别参数的频率特性对分解尺度的选择有很大影响,快时变参数比慢时变参数对分解尺度更为敏感;基函数dbN并不是影响识别精度的主要因素;在分解尺度相同的情况下,可以通过提高采样频率增加快时变参数识别精度。     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

非平稳随机激励下线性结构动力响应的小波多尺度分析

为了能够有效地建立随机激励作用下结构动力响应均方值、频率与时间之间的关系,基于小波多尺度分析理论,探讨了非平稳随机激励下线性结构动力响应均方值的2种计算方法：(1)先采用显式时域法求解线性结构在不同激励样本下的动力响应样本,然后基于小波多尺度分析技术对各动力响应样本进行多尺度分析;(2)先将不同的激励样本进行小波多尺度分析得到不同尺度下的激励样本,然后再基于显式时域法高效求解线性结构在不同尺度激励样本下的响应样本。最后,基于导出的响应均方值多尺度计算公式得到总的响应均方值。在数值算例部分,采用Meyer小波对结构动力响应实施了小波多尺度分析。算例结果表明,位于结构基频共振区域的那部分激励能量对位移响应均方值有较大的贡献,而对速度响应均方值和加速度响应均方值影响较为复杂。同时,数值算例还表明所提计算方法不受非平稳激励形式的限制,且可以在频域空间高效地识别出激励不同频率区间的能量对结构动力响应均方值的贡献情况。     

小波多尺度熵在新疆跨断层形变资料中的应用

跨断层形变资料的信息提取与分析是地震研究的重要内容之一。文中以小波分析和信息熵理论为基础,提出了能够反映局部数据信息有序度大小的小波多尺度熵信息提取方法。研究了新疆天山地区跨断层定点形变观测资料强震前小波多尺度熵的变化特征,并应用多元线性回归方法分析了减熵异常与地震三要素之间的关系。结果表明:跨断层形变速率的相对高频成分携带的信息量大于中低频成分,大多数强震前小波多尺度熵有低值异常出现,累计减熵量的对数与震级、异常起始至发震的时间具有显著的线性关系,表现为震级越大,异常起始至发震的时间越长,累计减熵量越大,多个测点整体熵值的减少与大范围的地壳运动及地震活跃期存在一定程度的关联性     

非均匀物性条件下多尺度窗口修正法换算磁源重力异常及在寻找DSO的应用

DSO（Direct Shipping Ore,直运块矿）是一种高品位的富铁矿.在加拿大拉布拉多（Labrador）地槽谢菲尔威利（Schefferville）铁矿成矿带,含铁建造苏克曼（Sokoman）组地层全铁含量低、具高密度、强磁性,能够引起高重力异常与高磁异常;而风化淋滤后富集的赤铁矿和针铁矿等（也称DSO）全铁含量高,具高密度、无磁性,仅能够引起高重力异常.采用一般的滤波方法不能提取DSO的重、磁异常.本文采用基于泊松（Poisson）公式的磁场换算磁源重力异常（pseudo-gravity anomaly）方法,由磁场换算磁源重力异常,再与实测重力异常对比,得到纯粹由高密度、无磁性的DSO产生的剩余重力异常,对剩余重力异常采用密度成像与2.5D反演方法解释DSO.泊松公式虽然提出时间很长,但迄今为止仅仅用在资料解释中的定性分析,本文推导并实现了密度磁性非均匀条件下经典泊松公式的形式与实现过程,提出了多尺度窗口滑动线性回归修正的磁场换算磁源重力异常方法,使该公式的数学原理能够对重、磁异常的反演解释定量化.最后本文将多尺度窗口滑动线性回归修正的换算磁源重力异常方法用于加拿大拉布拉多地槽谢菲尔威利铁矿成矿带铁矿勘探,较好地解决了寻找高密度、无磁性DSO的问题.

     

张北地震区壳幔边界复杂性特征及其构造意义

利用地震波复杂性系数和频谱分析方法,处理了穿过张北地震区的一条地震测深剖面的PmP波形资料,获得了该震区以及相邻区域的壳幔边界复杂性特征. 结果表明,震中区的下方为壳幔边界复杂性的差异部位,北侧为复杂性系数小的内蒙地轴,南侧为复杂性系数大的怀安盆地. 频谱分析表明,在震区的两侧有不同的谱形态. 该震区中新生代以来有过多期岩浆活动并且地表有火山口. 从张北地震区的中上地壳速度成像可以看出,火山口周围壳内有低速体分布,并且有向地壳深部延伸的低速带. 推测壳幔边界复杂性的差异带可能是中新生代深部岩浆活动和上侵的边沿地带,南侧复杂性系数大的区域为深部岩浆活动区,北侧复杂性系数小的区域为壳幔构造稳定区.壳幔边界复杂性的差异为强震的孕育提供了深部环境.      

小波分析在前兆资料处理中的应用

利用小波变换分析了河南省2003~2007年地磁、地电、地下流体以及2004~2008年断层气CO2等前兆资料,并将断层气CO2的分析结果与河南省4级以上地震进行了震例研究。结果表明,小波分析方法对不同频率的信息识别功能较强,有助于将数据的趋势变化和局部变化分离,是地震前兆数据处理的一种有效方法;断层气CO2的震例研究表明,在豫北地区4级以上地震前1~6个月,断层气CO2会出现高值突跳异常。     

小波分析在库尔勒地震台气氡资料处理中的应用

选取库尔勒台2008～2010年气氡观测资料,利用尺度为4的db4小波对其进行处理,并分别对其低频和高频短期异常进行研究。结果表明,该方法对不同频率的信息识别功能较强,有助于将数据的趋势变化和局部变化分离,能够有效地识别与消除干扰因素,提取短期异常,是地震前兆数据处理的一种有效方法。结合震例研究表明,台站周围200km范围内4级地震发生前3～5个月气氡出现异常。     

川西地震活动性标度研究

讨论了川西几次中强震前地震活动性标度值Ｈ的时空变化特征，认为强震前１－２年有高Ｈ值异常，Ｈ值的空间分布与地质构造，地震带、强震孕育过程等有关，我们用罗兰格等推导的公式对川西几次强震前区域地震活动性标度进行了研究，发现炉霍７．６级。松－平７．２级，盐源６．７级等地震前Ｈ值有由低转高增强再发震的特征，空间扫描结果发现１９７６年８月１６日松－平７．２级地震前地震活动性标度值Ｈ有成片增长的过程。     

小波包去噪在地震信号预处理中的应用

本文将小波包去噪应用于地震信号的预处理中,并与信号功率谱分析相结合,取得了良好的效果。结果表明,该方法极大的削弱了地震信号中的高、低频干扰,具有一定的应用价值。     

复杂介质小波多尺度井间地震层析成像方法研究

复杂介质井间地震层析成像是一个很复杂的非线性反 演问题，常规的线性化反演方法无法得到好的解. 采用基于图形的弯曲射线追踪方法， 并将小波多尺度思想引入到井间层析成像，提出了小波多尺度井间地震层析成像方法，很好 地解决了非线性成像的难题，提高了图像的质量和分辨率. 物理模型实验结果表明， 该方法适合于复杂介质成像，并具有良好的实用性和效果.     

测井曲线的小波变换特性在自动分层中的应用

研究了信号在特定函数作为小波基时其小波变换过零（极值）点的特征,提出了利用小波变换过零（极值）点特性对测井信号进行地层划分的方法．该方法包括两个主要步骤,一是利用小波变换的多分辨率特性得到测井曲线的形态特性随空间坐标的变化信息;二是利用小波变换过零（极值）点的特征在不同尺度上的反映,提取不同尺度下的奇异点作为分层的待参考点,结合实际情况最终确定分层点．并结合实际应用,验证了利用该方法处理测井信号的有效性。     

小波分析在电磁数字化资料分析处理中的应用

基于小波变换理论,分析了数字信号f(x)近似地表示为近似部分ak^jf(x)与分解(或细节)部分dk^jf(x)的理论,建立了数字化资料的干扰识别与消除、高频信息与低频信息提取的分析方法。本给出了小波分析方法应用于电磁数字化前兆的实例,说明小波变换可作为电磁数字化资料分析处理的一种有效方法。