强震记录的采样与插值研究

本文从频域和时域两方面对强震记录的采样和插值过程进行了研究。研究中将采样与插值当作一个信号转换系统,通过数值计算,求得和各种常用的采样和插值过程相对应的传递函数。通过对传递函数的进一步研究表明:采样和插值方式对强震记录数据处理的结果有重要的影响,发现采样过程相当于一个低通滤波器,可以滤除信号中的某些高频信息,而插值过程犹如一个高频噪声源,会在数字记录中引入某些伪高频分量。分析结果还表明:在相同的采样密度下,不等距采样方式具有较高的精度,而等间距采样方式能给出更宽的平坦的频率特性曲线;抛物线插值给出的传递函数结果要比线性插值的结果更精确,这对恢复数字信号中的高频成分具有重要的意义。     

井-地三维电阻率成像技术

主要介绍了在钻孔中放置供电电源、在地面进行测量的井—地三维电阻率成像数值模拟方法,将其空间分辨率与地面常规电法勘探进行了对比.详细研究了方法的仪器特性及其数据采集过程中的测网布置、装置形式、记录点、采样密度及供电点的深度位置等相关内容,并从中得总结得到了若干结论.     

地震监测模拟记录图纸数字化

大量地震监测模拟记录图纸面临腐烂和损坏,模拟记录资料数字化是挽救此成果的一种办法,在模拟记录图纸中,代表时点的纵轴线存在直线轴和曲线轴2种类型。为实现地震监测模拟记录图纸数字化,分析并提出轴线、记录曲线的数字化解决方法,基于Matlab实现影像读取、图像旋转、轴线匹配、曲线跟踪、数值转换、导出"时点—测量值"数据表等功能,并通过实例展现模拟图纸数字化成果,为验证成果的可靠性,将数字化与人工读取成果进行比较,发现二者具有一致性。     

微型机数据采集系统

目前在地震观测中已积累了相当数量模拟磁带记录的地震信号,由于没有合适的数据采集系统,影响了这些资料的有效使用和处理。最近,我们在紫竹饭店工地动力参数测量数据处理的过程中,研制成适于处理模拟磁带记录地震信号的数据采集系统,该系统适用于目前最普及的TRS-80型微计算机。目前市面上卖到的数据采集系统,普遍没有去假滤波器和采样保持电路,这在应用中会遇到一些问题。在我们设计的系统中,没有采样保持电路,从而减小了孔径效应引起的误差,并消除了路间的采样时差;系统中设有去假滤波器可消除频谱分析中的假频干扰。该系统方框图如下:     

太湖藻类生长模型研究

本文提出了一改进的藻类生长模型及其新颖的计算机模拟算法,该模型不但考虑了不温、总氮、总氮、总磷、浮游动物的辐射等因素对藻类生长率的影响,而且根据水量,总磷和藻类浓度等因素对藻类死亡率进行了修正和计算精度至关重要的,因此,本文建立了具有绝对稳定性和二阶精度的数值算法求解藻类生长模型中的偏微分方程组,此外,为了进一步验证该藻类生长模型的实测值进行模拟,由于实测值为每个月中某一天的测量值,为了模拟过程能正确进行,本文采用样条插值的方法估计出每用插值等方法,本文提出了一种广义拟结果与测量数据基本符合,而在有明显的差异的地方,文中作出了相应的解释,结果表明,本文提出了藻类生长模型及其算法是有效的,各采样点藻类浓度的模拟值能较好地拟合实测值。     

爆炸地震模拟磁带记录的采样与处理系统的应用研究

本文叙述了在IBM-PC-XT微机上实现爆炸地震模拟磁带记录的A/D转换及处理系统,该处理系统具备多种功能:采样、存盘、回放、CRT显示原始记录、CRT上直接读取波至、打印机上输出记录、解译二进制偏移码、数据予处理、绘制记录截面图、滤波处理和频谱分析等。该处理系统对MCP-1型和MCD-3型的解调器均适用,不仅在室内.而且也适合野外工作,这为野外爆炸地震模拟磁带记录的现场采样、处理、解释提供了简便、省时的有效途径,同时,由于该系统采样频率的可控性,故也适合于其他的用途。     

大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟

系统地论述了大地电磁三维交错采样有限差分数值模拟算法实现过程中交错网格剖分、积分公式离散化、边界条件、方程组求解、三维张量阻抗的计算等内容. 由于提出了简洁的边界条件，采用了解大型系数矩阵方程组的双共轭梯度稳定解法，所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法具有迭代收敛稳定、计算精度高、速度快等特点. 通过两个理论模型的计算结果检验了算法的正确性和计算精度. 所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法为研究三维反演问题奠定了基础.     

石英水平摆高采样率实验

采用测震仪数据采集器记录石英水平摆的高采样输出实验。结果表明:实验数据与同一台站分采样石英水平摆观测的潮汐波一致,表明本文的实验是成功的。秒采样观测能记录到完整的地震波和台风引起的震颤过程,且对应不同秒采样,形变观测仪器对台风引起的震颤过程的记录具有一致性。     

基于中远场小震结构台阵观测数据的地震响应分析

近年来我国布设的强震动观测结构台阵越来越多,并在数次地震中捕获了一批宝贵的观测记录,这些记录既是对应用日益广泛的结构数值模拟结果的检验和参数标定的依据,也是结构健康监测的重要数据。本文选取昆明防灾减灾中心大楼观测台阵捕获的3次中远场小震记录作为研究对象,对比ANSYS结构数值模拟和观测值之间在时程以及谱特性等方面的响应差别,证明了在弹性范围下二者结果具有较好的一致性。最后,基于观测记录,采用高效简单的经验谱比法进行了结构模态参数快速识别,3次地震下的自振频率计算结果相对稳定,与数值建模计算结果的差值可控制在0.17Hz以内。     

伪谱算法在声波数值模拟中的数值频散分析

本文推导了声波方程频散函数, 分析了伪谱法的空间网格大小和采样周期对数值频散的影响, 通过数值模拟实验得到了最佳空间参数选择方法。 结果表明: 伪谱方法稳定数值模拟的最大空间采样间距选取原则是使中波长(奈奎斯特频率的一半)的采样点数为2个; 对于所有维度, 稳定性随空间采样间距的增加而增加, 但不易变化太大, 变化太大时需要适当减小震源子波的主频, 以满足空间合理采样; 空间采样间距的大小设置, 需要考虑满足采样定理和稳定性计算条件, 并且稳定性条件对空间采样间距的要求更加严格; 伪谱法数值模拟的最佳(数值频散最小)空间参数选择为中波长2个采样点, 对应主波长约6~7个采样点。 以上研究对于采用伪谱法进行声波方程数值模拟过程中, 如何合理选择模拟参数提供一些参考。     

野外地磁测量的记录软件

就流动地磁观测如何应用 PC—1500计算机代替手工记簿-实现记录方式的“变革”,提出一种新的记录软件。该软件的全部源程序均采用 BASIC 语言编写,其主要功能包括:①记录野外地磁观测数据,计算各种均值、桩位差、仪器差,并判断是否符合地磁规范要求。②数据的打印与存储。     

应用任意采样点数FFT算法时离散频率计算

快速傅里叶变换(FFT)算法在位场、电磁场和波场等地球物理场的高效数值模拟及其数据处理中发挥着重要作用.FFT算法本质上是一种实现离散傅里叶变换的计算方法,目前多种类型FFT算法组合,能够实现任意采样点数的离散傅里叶变换.离散频率计算是应用任意采样点数FFT算法求解地球物理场数值模拟和数据处理等问题的关键环节.本文从离散傅里叶变换作为傅里叶变换的一种数值逼近的观点出发,通过推导和分析任意采样点数离散傅里叶变换数学表达式,给出了离散频率的计算公式.以重力场向上延拓问题为例,通过理论模型数据实验,检验了本文给出的离散频率计算公式的正确性.     

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。      

人工爆炸地震野外数据处理装置

1988年底在华南地区连县-港口近400km的测线上,首次使用了中国科学院地球物理研究所研制的人工爆炸地震野外数据处理装置.该装置由AT型微机及必要的接口板和外围装置组成,能在野外条件下把模拟或数字记录仪记录结果以数字数据形式输入计算机,并进行显示、打印、存储等操作.由于成功地解决了诸如磁带信号直接屏幕扫描搜寻,时间信号自动识别、解码,钟差和零时信号屏幕光点比测,采样率随磁带速度自动调节,多通道长时间信号连续存储,数字滤波和再采样,用普通打印机快速打印高分辨率图形等技术问题,我们在野外记录后2-3天内即能绘出全测线120道记录的剖面图,达到了前所未有的高速度.     

南加州地震中心宽带平台V14.3模拟方法验证

正本专题用8篇论文来描述地震地面运动宽带模拟方法的最近进展以及基于记录数据与经验模型的评价。在工程地震学中,"宽带"就是指周期从小于0.1s到大于10s的地震记录。科学研究和工程都对宽带模拟感兴趣,因为它们在地震动预测中能提供完整的时间历程,尤其是对观测地震记录图采样不好的参数范围。本专题由南加州地震中心(Southern California Earthquake Center,SCEC)负责,     

北京市防震减灾中心结构地震反应观测及振动特性识别

以北京市防震减灾中心结构为例,进行了结构的地震反应观测及振动特性识别研究。基于半功率带宽法对结构脉动测试数据进行了分析,计算出了结构自振周期和振型以及相应的阻尼比。各振型都具有较大幅值的楼层分别位于3、6和8层,据此设计并建成了结构地震反应观测台阵。分析台阵地震记录识别出了结构的自振特性,同时功率谱曲线显示,井下数据存在高频特性,初步判定其来自钢套管振动。开展结构的数值模拟分析,利用观测楼层上地震记录的卓越频率不断修正结构数值模型,直至结构反应与地震记录的频率值相符,且与脉动测试数据基本一致,相对位移对比分析发现,在该模型基础上相对位移反应与相对位移记录基本吻合。结构地震反应观测和数值模拟分析较好地实现了结构地震反应观测台阵的观测目的。     

基于WM6系统的流磁测量记录软件设计与实现

流磁测量作业中一般通过填写纸质记录表记录和检核观测数据,存在作业效率不高和不便数据存储、传输、存档和后续调用处理等问题。为此,在分析电子记录可行性的基础上,利用VS2008,在WM6平台开发流磁测量PDA记录软件。应用表明,该项工作对改进已有观测技术、优化数据管理方面,具有实践和借鉴意义。     

地震数据压缩重构的正则化与零范数稀疏最优化方法

地震数据重构问题是一个病态的反演问题. 本文基于地震数据在curvelet域的稀疏性, 将地震数据重构变为一个稀疏优化问题, 构造0范数的逼近函数作为目标函数, 提出了一种投影梯度求解算法. 本文还运用最近提出的分段随机采样方式进行采样, 该采样方式能够有效地控制采样间隔并且保持采样的随机性. 地震数值模拟表明, 基于0范数逼近的投影梯度法计算效率有明显的提高; 分段随机采样方式比随机欠采样有更加稳定的重构结果.     

基于云计算平台的前兆数据异常自动检测系统

正目前,通过"中国数字地震观测网络"项目建设,中国地震监测系统全面完成了从模拟记录向数字记录的转变,建成了地震前兆观测台300余个,共观测30000多个分量数据,分量采样频率一般为秒、分采样。这种大面积、多分量、高采样率的地震数据采集,使得数字地震观测网络所观测到的每日前兆数据以GB、甚至更高的规模产出,带来数据量的指数膨胀。地震数据的膨胀对于加强地震监测预报工作,逐步提高地震监测预报水平既是机遇,又是新的挑战。     

基于辛算法及FCT的地震波场模拟

为了解决在长时间和复杂结构的地震波场数值模拟情况时的数值频散问题,现在辛算法的基础上,主要结合通量校正传输(FCT)、褶积微分算子、完全匹配层(PML)等数值模拟技术,寻找一种更为优秀的地震波场数值模拟方法.地震波场的数值模拟结果表明,辛算法不仅具有保持体系结构的特性,并且具有长时间跟踪能力,具有很强的数值模拟稳定性;FCT方法基于通量守恒原理,压制网格频散效果明显;褶积微分算子突出了空间微分的局部属性.因此,通过合理应用各种技术,可以对地震波场特征进行更精确的数值模拟.