利用小波重构合成地震波方法及特性研究

针对傅里叶变换合成地震波理论的不足,提出一种利用小波重构合成地震波的方法. 以控制频带能量为标准,推导了合成地震波的公式. 运用抗震设计规范中的相关设计参数合成了地震波,并分析研究了在合成地震波时小波函数基的选取方法和阻尼比对合成结果的影响. 结果表明,用小波重构合成的地震波能够反应地震波基本特性和场地特征周期,并具有很好的时频非平稳性.      

Ground roll wave suppression based on wavelet frequency division and radial trace transform

Ground roll waves interfere with seismic data. The suppression of ground roll waves based on the division of wavelet frequencies considers the low-frequency characteristics of ground roll waves. However, this method will not be effective when the ground roll wave and the effective signal have the same frequency bands because of overlapping. The radial trace transform (RTT) considers the apparent velocity difference between the effective signal and the ground roll wave to suppress the latter, but affects the low-frequency components of the former. This study proposes a ground roll wave suppression method by combining the wavelet frequency division and the RTT based on the difference between the ground roll wave velocity and the effective signal and their energy difference in the wavelet domain, thus making full use of the advantages of both methods. First, we decompose the seismic data into different frequency bands through wavelet transform. Second, the RTT and low-cut filtering are applied to the low-frequency band, where the ground roll waves are appearing. Third, we reconstruct the seismic record without ground roll waves by using the inverse RTT and the remaining frequency bands. The proposed method not only improves the ground roll wave suppression, but also protects the signal integrity. The numerical simulation and real seismic data processing results suggest that the proposed method has a strong ability to denoise while preserving the amplitude.     

地震动的小波分析技术在高层结构抗震设计中的应用研究

利用具有良好时频局部化性质的小波基函数时频分析真实地震动,提出一种可行的基于小波分析法调整地震动的方法。实际地震波(El Centro波和TH2TG055波)经过调幅、小波变换和标准反应谱拟合得到调整后的地震波,将其输入到拟建结构模型中进行地震反应分析,对比层间剪力、层间位移及层间位移角等几方面的计算结果,表明选取小波分析后的地震波作为结构时程分析输入能够得到比较准确的数值,满足结构抗震设计的需要,在工程应用方面具有一定的应用参考价值。     

利用多分辨率小波网络进行地震资料反演

在讨论小波网络理论方法的基础上,研究了利用地震纪录小波多尺度分解属性资料进行虚井声波时差反演的技术方法。分析了利用地震信号进行小波分解和网络学习、训练的理论方法。研究中发现:对于相邻的地震道,较小一段的相似性比整个地震道的相似性要好。据此,利用小波时-频分析技术方法,可以把相邻道的信息外推到其它地震道上。通过以上综合研究及对实际资料进行反演计算、分析,认为小波网络与人工神经网络相比其网络结构要容易选定,并且收敛速度快。同时,利用地震资料分段时-频分析的相似性较好和小波网络学习、训练及记忆能力较强的特点,可以较好地把井旁道的高、低频信息转换到相邻道上。这样在提高分辨率的同时,又增加了反演结果的真实可靠性     

Signal reconstruction of surface waves on SASW measurement using Gaussian Derivative wavelet transform

Surface wave method consists of measurement and processing of the dispersive Rayleigh waves recorded from two or more vertical transducers. The dispersive phase data are inverted and the shear wave velocity versus depth is obtained. However, in case of residual soil, the reliable phase spectrum curve is difficult to be produced. Noises from nature and other human-made sources disturb the generated surface wave data. In this paper, a continuous wavelet transform based on mother wavelet of Gaussian Derivative was used to analyze seismic waves in different frequency and time. Time-frequency wavelet spectrum was employed to localize the interested seismic response spectrum of generated surface waves. It can also distinguish the fundamental mode of the surface wave from the higher modes of reflected body waves. The results presented in this paper showed that the wavelet analysis is able to determine reliable surface wave spectrum of sandy clayey residual soil.     

小波分析在永安地震台前兆观测资料处理中的应用

利用小波分析方法对永安台前兆观测资料进行处理,结果表明该方法能够有效地将数据波动、脉冲干扰和地震同震波从原数据中分离出去,并且能够得到清晰的前兆数据原始变化趋势,可以使今后各种长短期震前异常的识别变得更加容易。     

固体介质中孤立波的传播及演化特征

由于地球介质中广泛存在断裂、微裂缝等地质现象,实际地震资料中会出现形似孤立波的非线性地震现象。因此,对固体介质中孤立波的研究有利于解释这些非线性地震现象的形成机制。本文基于KdV方程,以雷克子波作为初始条件,采用伸缩子机理构建体力模型,利用有限差分的方法模拟了孤立波的演化过程。理论结果表明,非线性地震纵波可以从雷克子波逐渐演化成孤立波,而且地震波的初始振幅和频散系数对模拟结果也有重要影响。通过与实际资料的对比也能说明这种演化的可能性。同时根据方程系数矩阵中元素带状分布的特征,采用稀疏矩阵的存取方法,可以减小计算内存,提高计算效率。     

基于小波变换的长周期桥梁选波方法研究

时程分析输入地震波的选取对长周期大跨度桥梁影响显著。本文基于规范目标谱,以MATLAB为依托,通过选取最优小波基并利用小波系数迭代法实现频域调整,使地震波反应谱不断逼近给定目标谱,最后结合相对误差和长周期拟合参数两个指标进行综合评价,选取适用于长周期大跨度桥梁的时程分析地震波,提出长周期桥梁全过程批量选波方法。将该方法应用于奉节长江大桥,与基于时域调整方法的Seismo Match选波软件对比选波效果,并将选波结果应用于背景桥梁的时程分析。结果表明,利用本文选波方法所得结构关键截面响应与软件选波所得响应在横桥向和竖桥向存在一定差异。本文方法可为长周期大跨度桥梁时程分析选波提供参考。     

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0.012s,对应垂向精度误差约11.16m;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0.001s,对应垂向精度误差约0.93m,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.     

声子波及其在地震波资料分解中的应用

声子波是由声波波动方程的解构成的一种物理子波,如果不考虑吸收和散射,声子波的传播是相当简单的;相反地,数学子波的传播即使在均匀介质中也是极其复杂的.作为波动方程的解,声子波比一般的数学子波更能有效地应用于复杂声波和地震波的分解和分析.本文从Kaiser的声子波理论出发,给出了通过分别引入点源波形的复时间函数和点源虚时间坐标来构成声子波的两种解释,并对点源模型的合成地震图和实际复杂模型的地震波资料进行了时-空域的声子波变换,说明了声子波应用于地震波资料分解的有效性.     

基于分数阶小波域GSM模型的地震信号随机噪声压制方法

地震信号中的随机噪声是一种干扰波,严重降低了地震信号的信噪比,并影响着资料的后续处理和分析.本文根据地震信号中有效信号和随机噪声的差异,结合分数阶B样条小波变换与高斯尺度混合模型提出了一种地震信号随机噪声压制方法.首先利用分数阶B样条小波变换将含噪地震信号映射到最优分数阶小波时频域内,然后对各小波子带系数分别建立高斯尺度混合模型,由贝叶斯方法估计出源地震信号小波系数,最后使用分数阶B样条小波逆变换重构得到降噪后的地震信号.利用本文方法对合成地震记录和实际地震信号进行降噪处理,实验结果表明本文方法能够有效地压制地震信号中的随机噪声,并且较好地保留了有效信号.     

一种利用多次波求取反射系数的新技术

传统地震资料处理将多次波视为干扰波进行压制,而多次波是有效波在地层中来回传播的反馈,因此它携带了地层反射系数信息。本文从多次波成因出发,推导出反射系数公式(反射系数等于一阶多次波与一次反射波的反褶积)。理论模型实验证明了该方法的正确性。对实际海洋单道地震资料进行处理,求取的反射系数与有效波基本吻合,但由于资料信噪比、子波及反褶积算法等局限性,该技术有待进一步研究。      

联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震P波到时

对微地震P波到时的自动拾取是微地震信号分析和数据处理的主要目标之一。基于小波变换的多尺度分析思想,对微地震信号进行小波处理后的小波系数代替原始信号,应用包含在小波变换系数中的信号偏振信息,提出了联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震信号P波到时的方法。通过对嘉阳煤矿监测的实际微地震数据进行小波变换,用多尺度小波分解的各个尺度单支重构信号构成协方差矩阵,求解不同尺度协方差矩阵的最大特征值和次大特征值求取P波到时定位函数,实现P波到时的自动拾取,取得了满意的结果.     

Modeling of Wave Dispersion Using Continuous Wavelet Transforms

In the estimate of dispersion with the help of wavelet analysis considerable emphasis has been put on the extraction of the group velocity using the modulus of the wavelet transform. In this paper we give an asymptotic expression of the full propagator in wavelet space that comprises the phase velocity as well. This operator establishes a relationship between the observed signals at two different stations during wave propagation in a dispersive and attenuating medium. Numerical and experimental examples are presented to show that the method accurately models seismic wave dispersion and attenuation.     

Identification method of weak seismic phases on the basis of wavelet packet transform

This paper describes a sort of new method identifying seismic phase by the name of wavelet packet transform. Perfectness and development of the wavelet packet transform is based upon the idea of its multiscale analysis. The method of wavelet packet transform can depict the anomalous changes information of transient spectra of seismic wave onset, and come true the target of identifying seismic phase especially weak seismic phase. Then this paper presents discriminating examples of simulating digital signals and actual seismic phase. Compared with conventional seismic phase discrimination, studied results show that the wavelet packet transform method is an available tool of weak signal analyses, and have unexampled merits and attractive application foreground. This research gets hold of Higher School Doctor Scientific Research Foundation (No. 157 WJ0704 9435611) and supported by the National Natural Science Foundation (No. 49474211).     

基于小波包分解的地层吸收补偿

在分析地震反射波勘探信号小波包分解特性的基础上,提出了基于小波包分解的地层吸收补偿方法．如果没有地层吸收,浅层反射波和深层反射波具有相同的振幅谱而相位谱相差一线性相位．如果把地震记录分成不同的频段,不同频段对于时间的能量分布关系具有相似性,即对所有频段的深层反射的能量与同一频段浅层反射能量之比应该相同;只是不同频段的绝对能量大小不一样．由于地层的吸收造成各频段能量对时间的分布不同,如果给这些频段乘以时变权使各频段能量对时间的分布相同,就起到了对地层吸收的补偿作用．该方法首先用小波包对地震勘探信号进行分频,然后根据地层吸收的特点,在每一个频段上分别提取每一个时间点的吸收系数并用其倒数加权每一个小波包系数,再用加权后的小波包系数重构地震反射波记录消除地层吸收．该方法适合Ｑ值未知的情况,对变Ｑ和常Ｑ都能适应．从实际应用效果看,该方法能很好的补偿地层的吸收。     

小波域叠前地震资料衰减参数定性估计方法

叠前地震资料中,高频分量和低频分量随传播距离的衰减特性不同.本文给出了一种在小波域定性估计叠前地震资料衰减参数的方法.该方法利用连续小波变换提取共反射点道集的高、低频分量,以低频分量和高频分量之差定性反映地震波的衰减.通过累加不同偏移距的衰减,提高了估计的稳定性;采用幅度归一化方法,降低了信号幅值对衰减参数估计的影响.将本文提出方法与常用的基于叠后地震资料衰减估计方法用于某油田的地震资料处理,结果表明,本文方法得到的衰减估计结果能够更好地反映油气的空间展布.     

断层对地震子波波形影响的研究

在地震子波理论的基础上，研究了典型断层情况下地震子波波形变化的规律，从理论上证明了当地震波通过断层时，子波波形变化比走时对断层的反应更为敏感。实测资料的分析计算结果表明，利用地震子波理论判断断层及其性质是可行的     

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。     

基于小波分析的场地波速测量方法

在场地波速测量中,由于噪声等因素的影响很难准确识别P、S波的初至时刻,致使波速结果存在很大的误差。本文给出了一种基于小波变换的波速测量的新方法。该方法利用波动信号的小波变换与弹性波群速度的关系准确识别弹性波初至时刻。弹性波小波变换的峰值时刻代表着以群速度传播的弹性波的初至时刻,使P波、S波的初至时刻的确定具有明确的物理意义,波速的结果准确、可靠、稳定。此外,波动信号的小波多尺度分析还可以确定地层中传播的弹性波的频散特性。最后,该方法在场地波速测量的实测信号的应用表明该方法可准确确定P、S波速。