高铁地震震源子波时间函数及验证

基于纵横波产生机理并结合高铁列车及铁轨结构,本文给出了高铁列车产生地震纵波及横波震源(点源及等效源)子波的时间函数;通过实际高铁地震数据及合成高铁地震数据分析,验证了高铁地震震源子波时间函数的合理性;在高铁列车匀速、加速及减速运行情况下,利用高铁地震点源子波合成记录分析了高铁地震震源子波的频谱特征,为实际高铁地震数据处理解释奠定了良好的基础.     

孔隙介质地震电磁信号的数值模拟研究

本文利用最近开发的孔隙介质震电波场算法开展了数值模拟研究,重点探讨不同结构模型中双力偶点源以及有限断层面源作用下产生的地震波及其伴随的电磁信号的时域和频域特征,考察了不同震源时间函数类型对震电波场数值模拟结果的影响,并以Ricker子波为例讨论了震电波场的频率响应特征.结果表明:地震电磁信号的波形、振幅和持续时间等都不同程度受到模型结构的影响,结构越复杂,波形也越复杂;不同震源(双力偶点源与有限断层面源、震源时间函数类型、Ricker子波峰值频率)产生的位移场和电磁场在波形和频谱响应方面整体上呈现相似的特征,但在波形和频谱的幅度和复杂程度方面存在一定差异.     

不同纵波速度介质中炸药震源激发数值模拟研究

震源激发是影响地震勘探效果的一个重要因素,在油气勘探中需要选择合适的震源参数以获取较好的地震记录。本文以数值模拟方法为基础,通过使用ANSYS/LS-DYNA软件,对单井条件下不同岩土介质中柱状炸药震源激发进行了对比研究,计算得到相应的地震子波。通过对比分析各组参数对应的地震子波振幅和频谱,选择合适的激发参数。研究结果表明,在纵波速度较低的介质中,中低爆速、细长药柱炸药激发产生的地震子波频率高、能量大,而在纵波速度较高的介质中,高爆速、短粗药柱炸药激发产生的地震子波频率高、能量大。该研究结果与实际勘探结果比较符合,可为实际勘探中激发参数的选择提供参考。      

基于三元伪随机编码的冲击夯可控震源控制系统设计

冲击夯可控震源具有移动方便、质量轻、输出力大等优点,在城市工程勘察以及中浅层地震勘探等领域具有一定的应用前景.其激励信号主要基于二元伪随机编码技术,由于旁瓣效应导致相关干扰严重、地震记录信噪比低等问题,制约了冲击夯震源的推广应用.本文针对传统控制方法的不足,开展了基于三元伪随机的冲击夯可控震源编码技术和编码匹配控制方法研究,并在此基础上设计和实现了相应的控制系统.野外实验结果表明:相比于二元伪随机编码控制方法,三元伪随机编码控制方法得到的地震子波的主旁瓣比提高了4.04 dB;震源信号穿透力强,在测线远端处能量约为30磅锤击震源的100倍,约为二元伪随机方法的4倍;单炮地震记录中干扰抑制能力强,信噪比显著提升,子波频带宽,提高了分辨率,在一定程度上提高了地震勘探效果.     

利用直达波提取地震子波进行相关滤波

利用可控震源进行地震勘探时,通常都需要进行相关滤波,相关滤波结果的好坏取决于所选取的子波与有效反射波的相关性.海洋地震勘探常用的电火花震源激发能量通常可以调控,理论上,同一激发能量产生的震源子波应当是一致的,因此可以仿效可控震源资料的处理手段,对单道地震资料进行相关处理.但在复杂多变的海洋环境下,震源参数也要随勘探条件的变化而改变,采用理论计算或实验环境下获得的子波模型进行相关滤波往往难以达到预期的效果,需要寻找与实际勘探中激发的地震波相似度更高的地震子波.单道地震记录中直达波的能量较强,波形畸变较小,与震源子波较为接近.本文建立了一种利用直达波提取地震子波的方法,并应用到实际资料.实际资料的地震子波提取和相关滤波处理结果显示,利用直达波提取地震子波进行相关滤波能够有效地压制干扰波、突出有效波,提高了地震记录的信噪比.需要注意的是:1)提取子波的过程中要降低环境因素的影响,可利用统计平均的方法来实现;2)相关滤波时要根据实际处理效果的改善程度选择相关子波长度.     

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.     

大容量气枪震源广角地震数据的高频成分分析

大容量气枪震源由于能量集中在低频段、子波一致性好、绿色环保等优点,广泛应用于广角地震探测中,极大地推进了人们对地壳结构和地球动力学过程的认识.气枪信号的有效频带是地震数据质量评价和精细处理一个重要基础参数,以往研究由于数据源和研究方法的局限,认为最高有效频率在10 Hz以下.本文基于福建省地震局采集的大容量气枪源广角地震数据,根据地震道褶积模型分析了有效频带及其影响因素,对不同类型、不同台基条件的地震接收仪器记录的大容量气枪信号数据进行了分频扫描,结果显示台基条件较好的台站数据,在10～20 Hz频段仍有较高的信噪比,说明大容量气枪激发的地震波在经过深部地层衰减后,仍存在相当可观的高于10 Hz的成分.这些高频成分可以显著提升地震信号的倍频程,减少频带过窄带来的旁瓣效应等不利影响,是准确提取走时的必要条件.值得注意的是大容量气枪源数据中PmP震相的主频可达10～12 Hz,显著高于震源子波的主频,据此推断Moho面的广角反射系数有显著的蓝谱特征,因此10 Hz以上成分对准确提取走时、获取更为精细的地壳结构非常重要.本研究对大容量气枪源广角地震探测的野外采集和数据处理提供了关键质量指标,同时提出从构造反演向岩性反演推进是广角地震探测一个重要的研究方向.     

基于虚源估计的复杂上覆地层下地震相干成像

在上覆地层比较复杂的情况下,常规地震勘探方法常常难以得到好的成像.本文研究了基于地震相干避开复杂上覆地层对地震波的影响,利用VSP数据估计地震虚源直接对目的地层进行成像的方法.在地震相干成像过程中,震源子波对分辨率有比较大的影响,尤其是存在薄层的条件下,两个非常近的反射同相轴将无法辨认.利用估计出虚源地震子波的性质,对...     

逆时偏移震源子波影响分析

逆时偏移作为一种先进的地震偏移成像方法,其成像结果的好坏取决于很多因素,其中成像奈件是关键的一个因素.成像条件一般采用互相关成像条件,它是将源波场沿时间进行正推,接收波场沿时间进行逆推,然后将源波场和接收波场进行互相关,从而得到偏移成像结果.源波场正推和接收波场逆推都是采用同一个波动方程,这里采用波动方程一阶应力-速度形式,数值计算方法采用交错网格有限差分方法.采用振幅补偿拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移成像中的低频噪声.采用三次样条插值方法解决逆时偏移成像中的波形不光滑问题.在接收波场逆推过程中,是将地震记录作为边界条件.而在源波场正推过程中,需要给定震源子波作为初值条件.理论上来讲,震源子波为脉冲时是最佳的,但在实际当中难以实现.在源波场正推时,一般采用子波函数.子波函数形式非常多,最常用的是雷克子波.不同主频震源子波产生的源波场频率也不同,从而导致逆时偏移互相关成像效果也不同.那么震源子波主频对逆时偏移成像影响到底有多大呢?为了简便,本文基于不同主频雷克子波,初步分析了相应的逆时偏移成像效果,同时对速度模型存在不同误差时的情形也进行了试验分析.结果 表明:在不同速度误差情况下,震源子波主频越低,成像同相轴连续性越好,散射点聚焦能量越强;震源子波主频越高,虽然分辨率提高,但成像同相轴连续性变差,散射点聚焦能量变弱,同时背景噪声增强.本文研究结果对逆时偏移成像技术在实践中的应用具有一定的参考价值.     

基于弹性波全波形反演的主被动源多分量混采地震数据速度建模

在常规地震采集中,被动源地震波场往往被视为噪声而去除,这就造成了部分有用信息的丢失.在目标区进行主动源和被动源弹性波地震数据的多分量混合采集,并对两种数据进行联合应用,使其在照明和频带上优势互补,能显著提高成像和反演的质量.本文针对两种不同类型的主被动源混采地震数据,分别提出了相应的联合全波形反演方法.首先,针对主动源与瞬态被动源弹性波混采地震数据,为充分利用被动源对深部照明的优势,同时有效压制被动震源点附近的成像异常值,提出了基于动态随机组合的弹性波被动源照明补偿反演策略.然后,针对低频缺失主动源与背景噪声型被动源弹性波混采地震数据,为充分利用被动源波场携带的低频信息,并避免对被动源的定位和子波估计,提出了基于地震干涉与不依赖子波算法的弹性波主被动源串联反演策略.最后,分别将两种方法在Marmousi模型上进行反演测试.结果说明,综合利用主动源和被动源弹性波混采地震数据,不仅能增强深部弹性参数反演效果,还能更好地构建弹性参数模型的宏观结构,并有助于缓解常规弹性波全波形反演的跳周问题.     

城市活断层的抗干扰高分辨率浅层地震勘探研究

首先，简要介绍了城市活断层探测的意义及世界各国开展城市活断层探测的基本情况。在简述抗干扰高分辨率浅层地震勘探基本原理的基础上，重点论述了城市活断层的抗干扰高分辨率浅层地震勘探的震源激发、数字地震仪性能、接收方式与接收条件、观测系统以及数据处理与资料解释等。研究表明，对于城市活断层的抗干扰高分辨率浅层地震勘探，在数据采集环节应采用具有线性或非线性变频扫描功能的可控震源和与其相匹配的地震仪器，以及小道间距、小偏移距、多接收道、短排列和高频检波器接收的工作方法；在数据处理与解释环节，要重视折射静校正技术、噪声压制技术、高精度速度分析技术、子波压缩技术、子波零相位化技术和叠前偏移技术等的应用。最后，给出了城市活断层的抗干扰高分辨率浅层地震勘探实例。     

基于带状混合矩阵ICA实现地震盲反褶积

基于对地震反褶积本质上是一个盲过程的认识,引入高阶统计学盲源分离技术——独立分量分析（ICA）实现地震盲反褶积.在无噪声假设条件下,利用地震记录时间延迟矩阵和地震子波带状褶积矩阵,将地震褶积模型转化为一般线性混合ICA模型,采用FastICA算法,将带状性质作为先验信息,实现所谓带状ICA算法（B\|ICA）,得到个数与子波算子长度相等的多个估计反射系数序列和估计子波序列,最后利用褶积模型提供的附加信息从中优选出最佳的反射系数序列及相应的地震子波.模型数据和实际二维地震道数值算例表明：对于统计性反褶积,在不对反射系数作高斯白噪假设,不对子波作最小相位假设的所谓“全盲”条件下,基于ICA方法（反射系数非高斯分布,地震子波非最小相位）可以较好解决地震盲反褶积问题,是基于二阶统计特性的地震信号统计性反褶积方法的提升,具有可行性和应用前景.     

基于波场分离归一化成像条件的被动源数据多次波逆时偏移成像（英文）

随着地震勘探技术的进步,被动源数据越来越受到重视,噪声型被动源数据在自然界和工业生产中广泛存在,利用好被动源数据对随钻测井,大尺度构造勘探等领域有重要意义。本文针对噪声性被动源地震数据等特性,提出了基于波场分离归一化成像条件的被动源数据多次波逆时偏移成像方法。不同于地震干涉法,本方法不需要重构虚拟炮集,对噪声型被动源数据本身偏移成像。将逆时偏移结合多次波成像的边界条件应用于被动源地震数据,并采用波场分离的方法消除逆时偏移的低频噪声问题,同时采用能量归一化的成像条件,克服了被动源震源分布不均匀导致成像能量比例失调问题,同时增强了边缘和深部地层成像质量,且计算效率高。最后用Marmousi模型进行测试,证明了本方法的有效性。     

二氧化碳相变技术应用于新型震源研发的可行性研究

为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验．并与传统炸药震源进行了对比．地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地震仪和PDS-2型三分量地震仪接收．根据实测地震数据,从野外地震记录震相识别,初至波传播距离分析,震源近场地震信号时频分析,CO_2相变激发震源子波提取和基于CO_2震源子波的地震初至波波形反演实验等多个方面,进行了关于CO_2相变激发技术能否产生地震波信号以及能否将其应用于新型震源研发的可行性研究．研究结果表明CO_2物理相变膨胀能够产生能量集中的地震波信号;在实验区地质条件和激发参量下地震记录中初至波的可识别的传播距离约为1km;震源近场地震信号的主频集中在8～13Hz;利用震源近场数据提取了CO_2震源子波;通过地震初至波波形反演实验认为这种震源子波能够应用于波形反演等方面的研究．因为CO_2相变激发具有绿色、环保、安全等方面的优点,若能进一步在激发能量、激发—延迟时间一致性等方面加以改进,该技术有望在城市隐伏活动断层探测、城市地下空间探测、煤矿高瓦斯环境人工地震勘探等领域发挥重要的作用．     

低频可控震源在哈拉湖冻土区二维地震勘探试验研究

高原冻土区由于地质条件复杂,对地震波能量尤其是高频信号吸收作用强,一直是地震勘探的一个难点.为探测哈拉湖冻土区的深部结构,分析可能的天然气水合物的分布情况及地球物理响应特征,我们在研究区采用低频可控震源激发进行了高精度二维地震勘探试验.本文通过对原始单炮定性分析以及针对能量分析、频段相对能量比估算、道集间频率分析方面进行定量分析,来确定振动台数、扫描频率、扫描长度、驱动幅度以及覆盖次数等优选参数.文章总结了可控震源在高原冻土区的野外施工方法,对以后类似地区的地震勘探工作有一定的借鉴意义.     

基于源波场重构的子波自适应频移算子

地震信号中的多尺度信息对于分辨率、成像精度和反演结果有非常重要的意义,本文提出一种基于直达波模拟波场重建震源子波的地震数据频移算子,以期能应用于基于波动的地震信号多尺度分频.频移过程主要分为两步,第一步利用直达波反传构建震源子波,第二步借助震源子波和频移算子进行多尺度分频.与常规数字滤波器相比,频移算子突破了滤波造成信...     

地震干涉技术被动源地震成像

被动源地震成像是基于地下反射波响应和透射波响应之间的关系,通过在地表接收由地下非人工震源发出的透射波响应,利用互相关运算来合成反射波响应的方法.合成的反射波响应,又称虚炮集记录等价于地表地震剖面记录.本文研究了由地下随机分布的被动源发出的透射波记录来合成虚炮集记录的基本原理,推导了反射波记录和透射波记录的关系公式;并通过数值模拟方法,分析了被动源成像的可行性.结果表明:利用被动源地震信息进行成像是可行的.     

高铁地震数据干涉成像技术初探

高铁运行会引起铁轨的震动,从而产生地震波向地下介质中传播,通过研究该地震波可对高铁沿线的地质情况进行持续监测.与常规地震勘探中的震源相比,高铁地震中的震源较为复杂,为移动震源,而地震干涉技术可以通过地震记录间的相互干涉,消除震源的影响,因此可利用地震干涉技术对高铁地震信号进行处理并成像.本文通过分析研究,总结出地震干涉方法在处理高铁地震数据时的关键技术问题:不同于常规地震干涉中先干涉后叠加的干涉成像方式,高铁地震移动源的特点使得干涉顺序变为先叠加后干涉,由此带入了大量震源串扰噪声;初步提出两种解决高铁地震干涉成像的思路:通过对高铁地震信号的处理,使高铁变相"提速"或"降速",给出了"提速"或"降速"后各自的成像思路,并给出了数据处理的技术设想.     

相控震源对地震信号信噪比的改善研究

当测区噪声很强,采用组合震源工作仍然不能满足信噪比要求时,为进一步提高地震勘探信噪比,引入能形成定向地震波的相控震源.针对水平层状介质模型,对组合震源、相控震源地震进行了数值模拟,并定量计算了采用4,8,15,20单元的组合与相控震源地震数据的信噪比,同组合地震相比,相控地震使来自不同反射层的反射波信号的信噪比平均提高了154～990 dB.结果表明,相控震源地震得到的反射波信号信噪比高于组合地震,并且随着激震器数目增加,相控震源合成地震记录中的反射波地震数据信噪比明显提高.     

高分辨深反射地震探测采集处理关键技术综述

深反射地震勘探以其可靠性强和精度高的特点,一直作为深地探测的主要技术之一.其中分辨率又作为评价深反射地震勘探质量的关键指标之一,在理论研究及实际生产中都有着重要的意义.文章将深反射地震勘探中影响分辨率的主要因素划分为采集、地质、处理三方面,采集因素主要包括子波激发、空间采样率、接收及观测系统设计;地质因素则主要包括深部波阻抗变化、深部地质体尺度、浅部构造、吸收衰减等,针对以上因素人们提出了静校正、振幅恢复、反褶积、偏移等处理方法来提高深反射地震勘探的分辨率.本文阐述了影响深反射地震勘探分辨率的主要因素,并对提高深反射地震勘探分辨率的主要方法进行了总结与展望.