基于一种改进凸集投影方法的地震数据同时插值和去噪

基于稀疏反演的地震插值方法是一种重要的插值方法, 然而大多数这类方法只针对无噪声数据或者高信噪比数据插值.实际上, 地震数据含有各种噪声, 使得插值问题变得更加困难.凸集投影方法是一种高效的插值算法, 但是对于含噪声数据的插值效果不理想, 针对含噪声数据提出的加权凸集投影方法能够实现同时插值和去噪, 但是除了最小阈值需要认真选取外, 增加一个权重因子来实现去噪功能.本文由迭代阈值算法推导出加权凸集投影方法, 证明其是解无约束优化问题的一种方法, 加权因子可以看作拟合误差项的系数.本文还提出了一种改进的凸集投影方法, 与原始凸集投影方法相比该方法不需要增加任何计算量, 只要通过阈值的选择来进行插值和去噪.数值模拟证明了该算法的计算效率, 并且对含噪声数据能够实现较好的插值效果; 先插值后去噪的结果证明了同时去噪和插值算法的可靠性和稳定性.     

基于频率-结构双重加权阈值的地震数据插值

地震数据的插值是地震数据处理的关键环节,插值效果的优劣关系到后续反演、去噪、反褶积、偏移等工作的进行.基于稀疏反演的常规频率-波数（FK）域插值方法往往使用广义阈值,而由于缺失地震数据仅沿波数方向呈稀疏态,在沿频率方向呈类子波频谱形态分布的非稀疏态,直接应用基于Lp范数的广义阈值会难以补全缺失数据的高低频信息,不利于后续依赖低频信息的反演及依赖高频的高分辨率处理工作的开展;基于该问题,本文设计沿频率方向类子波频谱形态变化的频率加权阈值,同时考虑完整地震数据在波数域的聚集分布,引入沿波数方向的结构加权阈值,提出基于频率-结构的双重加权阈值,在补全缺失地震道的同时,保证其高低频信息的有效恢复.模型和实际数据表明,相比于广义阈值,基于频率-结构的双重加权阈值可以减少插值误差,最大限度保证缺失地震道位置插值结果高低频信息的完整性.

     

一种基于插值技术高精度计算稀疏网格地震定位中震源轨迹的方法

区域和全球地震定位越来越多地基于更接近实际的横向非均匀速度模型.速度模型主要来自于地震体波层析成像结果,分辨率不是很高.这样,模型宜于以稀疏网格剖分以减少计算时间和计算机内存需求.当剖分的模型单元较大时,基于射线追踪技术计算复杂介质地震定位中震源轨迹的方法——选取震源轨迹所经过单元节点（位于单元中心,称为震源轨迹节点）为轨迹参考点,利用最小走时树射线追踪方法计算绝对残差场中连接轨迹参考点的射线路径作为震源轨迹——计算结果误差较大,难以满足精定位需要.针对该问题,本文对其进行了改进：不将震源轨迹节点作为轨迹参考点,而是基于插值技术计算每个轨迹节点其法线点对（即该节点与其周围残差正负极性不同的相邻节点组成的点对中梯度绝对值最大的那对）间残差为零的点作为震源轨迹参考点.算例表明：和原方法相比,改进方法计算的震源轨迹更为精细,计算精度提高数十（线性插值）至数百倍（非线性插值）,而计算效率基本保持在同一数量级,使利用震源轨迹进行直观、快速和高精度的区域或全球地震事件定位成为可能;壳幔界面反射纵波（PmP）对震源的约束和直达纵波（Pg）相似;同一台站PmP-Pg波到时差约束的震源轨迹对震源深度有很好的约束.

     

一种边缘保持的地震数据插值方法

在地震数据处理中,地震数据插值方法常常用来解决地震数据空间采样率低和不规则的问题.本文提出了一种基于边缘保持滤波器的地震数据插值方法.在该方法中,对于一个1D信号,逐点滑动一个处理窗口,将信号分成多个信号片段.对于某一个待恢复的缺失采样点,存在多个包含(或邻近)该采样点的信号片段可以用来估计它.采用多项式来拟合这些信号片段,并选择拟合误差最小的信号片段估计此缺失采样点,达到边缘保持的目的.对于2D地震信号,先沿不同方向扫描抽取1D信号,然后采用上述1D边缘保持插值算法分别进行处理,得到沿不同方向的插值结果.对于任一待插值采样点,选取对应拟合误差最小的方向的插值结果作为最后输出的2D数据的插值结果.理论模型和实际资料的处理结果表明,所提方法具有保边缘、抗假频及能够进行不规则数据重建等特点,既能有效的实现不规则地震数据的重建,又能很好的保持原有数据的边缘特征.     

地震道重建和重采样的分形插值方法研究

为了对地震数据进行高保真重建,本文给出了分形插值函数的一种替代形式,即利用某一函数的逐段积分表达形式构建相应的分形插值函数,这种形式在以往的地震数据处理文献中未曾提及.这类分形插值函数在分形和线性插值之间建立了一种简单的关系.实际上,利用这种简单关系,许多分形插值函数问题可以简化为一种简单的向量/矩阵表示.此外,利用这种替代形式,借助于压缩因子的显式表达,我们可以进行高精度的地震数据重建.本文借助于这种分形插值函数的替代形式,发展了一种新的地震数据重建和重采样的方法.为了检验本文方法的有效性,我们采用济阳凹陷10个在一条线上的地震台站的数据对该方法进行了检验,实际地震图重建结果表明了本文提出方法的有效性.     

一种分析岩土模型地震受力变形的方法

在国内外岩土模型动力试验中,一般以图表形式对监测区域进行逐一动态分析,无法直观形象的掌握试验模型整体受力变形,为深入分析动态响应机理带来一定的不便。以前-后排抗滑桩加固斜坡桥基的大型振动台模型试验为例,通过在岩土体中埋设一定数量的自制磷青铜带和水平加速度计,监测滑坡变形和加速度响应,结合已知测点的水平坐标和竖向坐标,利用Renka Cline随机矩阵生成方法转换为数字矩阵形式,据此绘制坡体变形及PGA放大系数的二维等势图。试验结果显示,二维等势图能合理反映斜坡PGA放大系数的变化规律,揭示振动波作用下斜坡变形破坏的基本特征,研究结论和试验现象保持一致,满足斜坡模型整体受力变形分析的基本要求,可以作为一种实用的试验分析方法。     

一种二维大地电磁反演方法

近十多年来,寻找一种快速、有效的二维大地电磁反演方法已引起众多学者的注意。我们根据大地电磁理论中,随着场源周期的增加勘探深度不断加大的原理,设计了一种新的二维大地电磁反演方法。 方法原理 二维大地电磁问题不同于一维大地电磁问题,其响应函数(如视电阻率、相位及阻抗等)不仅随周期的改变而发生变化,而且随着在地表的观察点位置而发生变化(比如它是与走向垂直的水平坐标x     

基于二维三次卷积插值算法的辛几何射线追踪

射线追踪是地震波走时层析成像的基础,射线空间位置的准确性及射线走时的精度决定了层析成像的可靠性.本文根据哈密尔顿系统可以有效提高程函方程解稳定性的特性,采用辛几何算法（SAM-Symplectic Algorithm Method）及二维三次卷积插值技术进行地震波射线追踪.由于采用了SAM算法,保证了地震波波前精度,提高了射线空间位置的准确性.数值模拟结果表明SAM既能保证哈密尔顿系统的稳定性又具有运算速度快的特点,提高了射线追踪的计算精度.     

连续缺失地震数据的高阶流式预测滤波插值方法

由于观测系统实施以及经济因素的限制,采集到的勘探地震数据在空间方向上总是不规则分布的,并且往往会出现数据的大范围连续缺失情况.许多后续地震数据处理方法（例如：多次波压制和波动方程偏移等）都需要空间上规则分布的数据.插值技术是一种解决地震数据缺失问题的有效手段,但是传统的数据插值方法在进行连续缺失数据重建时往往会出现失效的情况,尤其在处理非平稳地震同相轴时精度不高,并且大多数的方法需要迭代计算,在处理高维大规模数据时效率较低.针对连续缺失地震数据的快速插值问题,本文提出了一种非迭代的时空域高阶流式预测滤波插值方法,通过使用高阶限制条件来提高连续缺失数据的滤波器估计精度,提高局部约束条件的稳定性,改善低阶流式计算由于滤波器系数无法连续更新所造成的插值失效情况.同时,空间非因果滤波器和蛇形插值路径的设计方案可以有效减小大范围连续缺失数据和数据边界对于预测滤波器的计算误差,本方法能够有效处理包括近炮检距缺失情况在内的连续缺失数据插值重建.通过与工业标准傅里叶凸集投影（POCS）方法进行比较,理论模型和实际数据处理结果表明,本文提出的高阶流式预测滤波插值方法对高维连续缺失地震数据有较好的重建效果,在插值精度和计算效率两个方面有更好的平衡性.

     

地震折射波资料解释中射线方法应用的进一步探讨

开鲁陆家堡凹陷内断裂发育、构造复杂,垂直于构造走向跨度30km,凹陷边缘和凹陷内古生界基底顶板埋深分别为1km和5km,在此开展了基底折射波地震勘探。在已知资料基础上,我们用多段倾斜单界面折射波正演理论计算作指导,设计了野外试验和初步的生产观测系统,t_0和差异时距曲线解释方法对于应用于如此复杂的构造地区其准确性和精度受到了限制。因此,我们在解释方法上试做了如下工作:①多段倾斜单界面折射波理论正演走时拟合,给出较有益的反演解释结果;②二维非均匀介质中射线追踪解释方法,提供准确的射线途径给出基底面上下详尽的更为符合实际的二维速度分布信息。     

非线性插值地震射线追踪方法

针对走时线性插值法(LTI)的计算精度问题,利用非线性插值替代传统的线性插值。该方法利用边界上多个节点的走时,使得插值误差减小,从而提高整体边界网格离散点走时精度,同时保留LTI所具有快速、全局性的优点。数值模拟结果表明,非线性插值算法比LTI算法精度高,可以追踪包括直达波、折射波、透射波等多种射线路径,适合速度突变模型。     

A seismic interpolation and denoising method with curvelet transform matching filter

A new seismic interpolation and denoising method with a curvelet transform matching filter, employing the fast iterative shrinkage thresholding algorithm (FISTA), is proposed. The approach treats the matching filter, seismic interpolation, and denoising all as the same inverse problem using an inversion iteration algorithm. The curvelet transform has a high sparseness and is useful for separating signal from noise, meaning that it can accurately solve the matching problem using FISTA. When applying the new method to a synthetic noisy data sets and a data sets with missing traces, the optimum matching result is obtained, noise is greatly suppressed, missing seismic data are filled by interpolation, and the waveform is highly consistent. We then verified the method by applying it to real data, yielding satisfactory results. The results show that the method can reconstruct missing traces in the case of low SNR (signal-to-noise ratio). The above three problems can be simultaneously solved via FISTA algorithm, and it will not only increase the processing efficiency but also improve SNR of the seismic data.     

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Bregman迭代的复杂地震波场稀疏域插值方法

在地震勘探中,野外施工条件等因素使观测系统很难记录到完整的地震波场,因此,资料处理中的地震数据插值是一个重要的问题。尤其在复杂构造条件下,缺失的叠前地震数据给后续高精度处理带来严重的影响。压缩感知理论源于解决图像采集问题,主要包含信号的稀疏表征以及数学组合优化问题的求解,它为地震数据插值问题的求解提供了有效的解决方案。在应用压缩感知求解复杂地震波场的插值问题中,如何最佳化表征复杂地震波场以及快速准确的迭代算法是该理论应用的关键问题。Seislet变换是一个特殊针对地震波场表征的稀疏多尺度变换,该方法能有效地压缩地震波同相轴。同时,Bregman迭代算法在以稀疏表征为核心的压缩感知理论中,是一种有效的求解算法,通过选取适当的阈值参数,能够开发地震波动力学预测理论、图像处理变换方法和压缩感知反演算法相结合的地震数据插值方法。本文将地震数据插值问题纳入约束最优化问题,选取能够有效压缩复杂地震波场的OC-seislet稀疏变换,应用Bregman迭代方法求解压缩感知理论框架下的混合范数反问题,提出了Bregman迭代方法中固定阈值选取的H曲线方法,实现地震波场的快速、准确重建。理论模型和实际数据的处理结果验证了基于H曲线准则的Bregman迭代稀疏域插值方法可以有效地恢复复杂波场的缺失信息。     

基于卷积神经网络的智能化地震数据插值技术

地震数据通常存在数据缺失问题,严重影响地震数据各个处理环节,需采用适当的手段对其重构.本文提出了一种基于深度学习卷积神经网络(CNN)的智能化地震数据插值技术.算法的关键在于构建一个适用于地震资料插值的CNN模型,该技术以缺失地震数据作为输入层,由卷积算法提取地震数据的特征信息,并通过池化层实现数据压缩降维,同时引入修正线性函数(ReLU)提高模型的非线性表达能力,再通过反卷积层恢复数据尺寸,最终搭建卷积自编码器模型(CAE),实现数据-数据的映射关系.该模型通过残差学习获得缺失数据特征并实现重构数据输出,与现有技术相比,该方法采用自监督学习方式,利用大量数据训练卷积自编码器模型,通过所得模型实现缺失地震道的数据重构.分别利用CAE模型及POCS插值技术对模型资料和实际数据进行插值,测试结果表明,CAE能有效实现地震数据插值,且与POCS方法相比具有更高的精度,验证了算法的可行性和有效性.     

多点地震动激励下的高效反应谱方法

在多点地震动激励下,结构的反应谱分析计算非常耗时。结构的地震谱响应可以用若干个相关系数来表示,如果相关系数使用解析形式来表示,可以大大减少计算时间。本文提出了空间相干函数的近似表达式,并对其系数进行积分,得到了相关系数的解析式。该解析表达式根据克拉夫-彭津（Clough-Penzien）和胡聿贤自功率谱密度函数模型推导得出。案例桥梁的计算结果表明,相关系数的近似解析表达式具有足够的工程精度,用于多点地震反应谱计算具有极高的效率。      

Extension of the effective modal seismic design method to generally irregular RC wall structures

Structural irregularity in new buildings is sometimes desired for aesthetic reasons. Often it is unavoidable due to different uses in adjacent spaces within the building. The seismic behaviour of irregular structures is harder to predict than that of regular buildings. More comprehensive analysis techniques are often required to achieve adequate accuracy. Designing irregular structures poses additional challenges as the structural characteristics are unknown. There is a lack of practical design methods that reliably produce economic and seismically robust design solutions for highly irregular RC structures. This paper presents an extension of the Effective Modal Design (EMD) method from asymmetric-plan RC wall buildings to vertically setback asymmetric-plan RC wall buildings. EMD is a generalization of the Direct Displacement-Based Design method for highly irregular ductile uncoupled RC wall structures. EMD reverse engineers a multi-degree of freedom Equivalent Linear System to produce the most economic design solution that achieves the target performance levels. The utility of EMD is verified for a wide range of setback asymmetric-plan reinforced concrete wall structures using nonlinear time history analysis of reasonably realistic 3D structural models. Advantages of EMD include explicit consideration of nonlinear, torsional and ‘higher mode’ effects. The method produces capacity-designed design actions for all reinforced concrete walls in the seismic structural system. EMD only requires three response spectrum type analyses. It does not require time history analysis or pushover analysis. EMD is a practical seismic design method for generally irregular RC wall buildings that uses analysis techniques that most engineering practitioners are familiar and confident with. It was found that for over 95% of the structures considered, EMD achieved critical mean peak responses between ??20 and +?15% of the target response values, with a median of ??5%. This significant improvement in design accuracy and reliability (compared to traditional force based design) was achieved at the relatively small additional computational effort of two Response Spectrum Analyses. This demonstrates the value that the proposed Effective Modal Design method adds to the current spectrum of seismic design methods for irregular ductile RC wall structures.