局部倾角滤波和预测反演联合分离绕射波

地震绕射波源于介质非连续性,从地震记录中将绕射波分离出来并进行成像,其结果对研究诸如碳酸盐岩缝洞储层这类复杂非均质储层具有重要意义.对炮集记录进行平面波分解,在地层倾角不大的假设下,反射波和绕射波同相轴在平面波分解剖面上存在较大的倾角差异.基于此,我们提出分步进行绕射波分离的方法:(1)利用局部倾角滤波方法将绕射波的较大倾角信息成分分离出来,此时,余下的部分包含有反射波和残留的低倾角绕射波信息;(2)利用频率-空间域预测反演方法从上述含有反射波和残留的低倾角绕射波信息中分离出残留绕射波成分;(3)将两次分离的绕射波信息相加得到最终的绕射波估计.用该方法能够得到相对完整的绕射波信息,有效地克服了靠单一的倾角差异进行绕射波分离时明显损失低倾角信息,从而影响绕射波成像结果横向分辨率这一问题.理论与实际资料试算验证了该方法的有效性.     

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移

相对于传统的逆时偏移,最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量,这种改善是通过迭代反演来获得的,另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率.本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法,该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点;并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法,来消除梯度计算中的低频噪声,从而加速目标函数的收敛速度.通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试,显示了该方法的有效性和潜力.

     

最小二乘支持向量回归滤波系统性能分析

支持向量机(Support Vector Machine: SVM)一直作为机器学习方法在统计学习理论基础上被研究和发展,本文从信号与系统的角度出发,证明了平移不变核最小二乘支持向量机(Least Squares SVM: LS-SVM)是一个线性时不变系统.以Ricker子波核为例,探讨了不同参数对最小二乘支持向量回归(Least Squares Support Vector Regression: LS-SVR)滤波器频率响应特性的影响,这些参数的不同选择相应地控制着滤波器通带上升沿的陡峭性、通带的中心频率、通带带宽以及信号能量的衰减,即滤波器长度越长通带的上升沿越陡,核参数值越大通带的中心频率越高,且通带带宽越宽,正则化参数值越小,通带带宽越窄(但通带中心频率基本保持恒定),有效信号幅度衰减越严重.合成地震记录的仿真实验结果表明,Ricker子波核LS-SVR滤波器在处理地震勘探信号的应用中,滤波性能优于径向基函数(Radial Basic Function: RBF)核LS-SVR滤波器以及小波变换滤波和Wiener滤波方法.     

递推最小二乘方法用于形变时变模型的研究

递推最小二乘方法是以最小二乘算法为基础所建立的关于参数估计的一种递推式方法。它具有最小二乘估计所具有的一切特点,即参数估计具有无偏性、有效性和一致性。适合于形变动态模型的追踪。 本文研究了楚雄台水管观测和牛口峪水准观测模型随时间的变化。并讨论了模型参数的变化与地震孕育、发生之间可能存在的关系,发现地震前形变模型参数是有异常变化的。 本文亦对形变模型的物理意义进行了,必要的讨论。     

地震数据的反射波动方程最小二乘偏移

基于反射波动方程,本文提出了一种估计地下反射率分布的地震数据最小二乘偏移方法.高频近似下,非齐次的一次反射波动方程的源项是由反射率与入射波场的时间一阶导数相互作用产生的.根据反射波动方程,利用线性最小二乘反演方法由地震反射数据重建出地下产生反射波的反射源,再结合波场正演计算出的地下入射波场,得到地下反射率分布的估计.在地下反射源的线性最小二乘反演重建中,我们采用迭代求解方法,并以地震波的检波器单向地下照明强度作为最小二乘优化问题中Hessian矩阵的近似.

     

利用遗传算法和最小二乘联合反演共和地震位错参数

中国地震局第二地形变监测中心已监测到与1990年4月26日青海共和7.0级地震有关的大幅度隆起垂直形变资料．基于这些形变资料,本研究首先利用全局搜索性能优良的遗传算法和弹性半空间单一矩形均匀滑动模型,对该地震的震源位错参数进行了初步反演;然后以遗传算法的反演结果为初始值,利用拟牛顿阻尼最小二乘方法对该地震的震源位错参数进行了更精细的反演．结果表明,共和7.0级地震的发震断层为一走向NW60左右、倾向SW、倾角37左右的右旋走滑逆冲断层,同震断层破裂长度约37 km,宽度约6 km,错动幅度约2.7 m．反演结果还同时表明,遗传算法与最小二乘方法相结合是一种行之有效的联合反演方法,它既可以保证实现全局最优解,防止最小二乘方法的局部极值解问题,又可以有效地解决遗传算法达到全局最优解区域后收敛速度过慢的问题．     

基于Poynting矢量行波分离的最小二乘逆时偏移

因为在逆时偏移中基于双程波动方程构建震源波场和检波器波场,所以在波场延拓过程中地震波遇到波阻抗界面时,背向发育的反射波会与正常传播的波场互相关产生较强振幅的低频噪声.这一特点使得以逆时偏移为基础的最小二乘偏移方法在梯度计算时同样存在着低频噪声的干扰,从而导致反演收敛的速度减慢.考虑到计算量和存储成本的因素,本文借助Poynting矢量良好的方向指示性实现波场的上下行波分离,并在早期迭代的梯度计算中只保留震源波场和检波器波场沿不同垂直方向传播的组分之间的互相关,有效避免了成像噪声的干扰,提高了算法收敛的速率.数值算例验证了方案的有效性.

     

最小二乘傅立叶有限差分偏移

一般偏移算法是用反演算子通过解析方法求解.最小二乘偏移方法采用另一种思路,即采用数值方法,通过解一个线性离散反问题来索求解.这样我们试着寻找一个模型匹配地震数据并能表现出其某些特点来得到偏移图像.最小二乘法能减少偏移赝像,得到更精确的偏移效果.Kirchhoff算子在最小二乘偏移方法中应用较广,但需要较多的迭代次数,而且具有Kirchhoff偏移的缺点.本文把最小二乘方法运用到基于波长延拓的波动方程偏移方法中,为提高最小二乘偏移的效率,可采用效率较高的正传播算子和反传播算子.我们利用效率较高,能适应剧烈横向变速的傅立叶有限差分正传播和反传播算子来做叠后最小二乘偏移.数值实例表明,通过少数的共轭梯度法迭代,就能得到与真实模型差别很微小的偏移效果.对于傅式变换我们采用了数值软件FFTW,其变换速度比常规FFT算法一般要快六倍以上,进一步提高了效率.本文算法很容易在并行机上实现,这些特点在处理大型数据时大有裨益.     

基于最小二乘预估法计算渭河盆地地壳水平应变

本文采用最小二乘预估法探讨了渭河盆地地壳水平应变分布问题,该方法首先是把GPS的位移当作为随机信号,然后利用计算点与观测点之间的距离来构建协方差与自协方差矩阵,从而通过求导计算区域水平应变.结合2004-2007年的GPS观测资料,对渭河盆地水平应变进行计算,结果表明渭河盆地主应变呈现出空间分布不均匀性,山区和盆地应变性质相反,山区处于挤压状态,盆地处于拉张状态.宝鸡西部位于最大剪应变的高梯度区,其挤压应变起主导作用.     

Total least square method applied to rating curves

The ordinary least square method (OLS) has been the most frequently used least square method in hydrological data analysis. Its computational algorithm is simple, and the error analysis is also simple and clear. However, the primary assumption of the OLS method, which states that the dependent variable is the only error‐contaminated variable and all other variables are error free, is often violated in hydrological data analyses. Recently, a matrix algorithm using the singular value decomposition for the total least square (TLS) method has been developed and used in data analyses as errors‐in‐variables model where several variables could be contaminated with observational errors. In our study, the algorithm of the TLS is introduced in the evaluation of rating curves between the flow discharge and the water level. Then, the TLS algorithm is applied to real data set for rating curves. The evaluated TLS rating curves are compared with the OLS rating curves, and the result indicates that the TLS rating curve and the OLS rating curve are in good agreement. The TLS and OLS rating curves are discussed about their algorithms and error terms in the study. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

滑动最小二乘法求解地震波波动方程

本文首次将固体力学领域中的滑动最小二乘拟合法用于求解地震波波动方程.与有限差分法相比,该方法所采用的拟合思想使得解在全空间域更加连续,同时仍然保持高精度的特性;与有限元法相比,该方法绕过变分原理,经过算法的有限差分化之后,其所需的计算量及数据存储量均可大大降低.薄膜震动的数值算例表明了该方法的上述特点.最后,通过对几个模型的合成地震模拟试验,进一步证明了滑动最小二乘法用于波动方程数值模拟的可行性.     

最小二乘法分段拟合标定反应谱方法

反应谱的标定方法直接关系到反应谱特征参数的确定,合理的反应谱标定方法得到的设计反应谱能够真实地表达地震动的特性,是确定地震动输入的重要环节。提出了基于坐标变换的最小二乘法分段拟合方法,通过对汶川大地震不同场地典型强震记录反应谱的标定,对比了反应谱不同的标定方法,根据反应谱标定图形的对比及误差分析认为,最小二乘法分段拟合方法是操作简便且标定结果合理的反应谱标定方法。     

基于阻尼最小二乘法的位场欧拉反演方法

欧拉反演方法是一种常用的估算场源位置的位场反演方法.在欧拉反演方法中如何获得稳定的解是一个还没有得到很好解决的难题,场源异常相互叠加干扰使反演系数矩阵极易奇异是造成反演结果发散的主要原因.我们基于阻尼最小二乘法对欧拉反演进行了进一步的分析研究,试图提高反演结果聚集度,获得可靠的反演结果.经过研究发现,阻尼因子的选取、系数矩阵的特征值、坐标系原点的位置设置等因素都会影响反演结果.阻尼系数大小与反演结果向原点压缩的程度呈正相关关系;系数矩阵特征值的大小与反演结果向原点压缩的程度呈负相关关系;并且特征值较小的系数矩阵对应的反演结果对坐标原点的位置变化较敏感.当阻尼系数确定后,采取变换坐标参考点的方法可以获得发散性小、稳定性好的反演结果,据此我们提出了变坐标系筛选方法.为了进一步地缩小反演结果的分布范围,我们根据反演结果与窗口中心点的空间关系对反演结果进行再次筛选.模型实验表明,阻尼最小二乘法欧拉反演方法和变坐标系筛选方法简单易行,可以明显地改善反演效果,增强反演结果的聚集程度.

     

Diffraction separation by plane-wave prediction filtering

Seismic data processing typically deals with seismic wave reflections and neglects wave diffraction that affect the resolution. As a general rule, wave diffractions are treated as noise in seismic data processing. However, wave diffractions generally originate from geological structures, such as fractures, karst caves, and faults. The wave diffraction energy is much weaker than that of the reflections. Therefore, even if wave diffractions can be traced back to their origin, their energy is masked by that of the reflections. Separating and imaging diffractions and reflections can improve the imaging accuracy of diffractive targets. Based on the geometrical differences between reflections and diffractions on the plane-wave record; that is, reflections are quasi-linear and diffractions are quasi-hyperbolic, we use plane-wave prediction filtering to separate the wave diffractions. First, we estimate the local slope of the seismic event using planewave destruction filtering and, then, we predict and extract the wave reflections based on the local slope. Thus, we obtain the diffracted wavefield by directly subtracting the reflected wavefield from the entire wavefield. Finally, we image the diffracted wavefield and obtain high-resolution diffractive target results. 2D SEG salt model data suggest that the plane-wave prediction filtering eliminates the phase reversal in the plane-wave destruction filtering and maintains the original wavefield phase, improving the accuracy of imaging heterogeneous objects.     

Ricker子波核最小二乘支持向量回归滤波方法的稳健性研究

除了信噪比、有效子波畸变等,稳健性(Robustness)也是度量滤波方法效果的一个重要的物理量,它刻画了滤波系统应对异常点值的能力.一般用影响函数作为评价稳健性的工具.支持向量机方法已较成功地应用于信号与图像的滤波中,尤其Ricker子波核方法更适于地震勘探信号处理.通过考察Ricker子波核最小二乘支持向量回归(LS-SVR:least squares support vector regression)滤波方法的影响函数,可以证明该方法的稳健性较差,本文用加权方法改善该方法的稳健性.经过大量理论实验得到一种改进的权函数,使加权之后的方法具有比较理想的稳健性.进一步用这个权函数辅助的加权Ricker子波LS-SVR处理含噪的合成与实际地震记录,都得到较好的效果.由具有平方损失函数的LS-SVR信号处理系统的无界影响函数出发,本文所提出的权函数可以有效地应用于具有相似损失函数的处理过程,如消噪、信号检测、提高分辨率与预测等问题.     

选择性滤波同位网格有限差分法在地震波数值模拟中的应用.

引入计算空气声学领域的选择性滤波同位网格有限差分算法（SFFD法）用于二维地震波数值模拟．SFFD法使用经过优化的11点DRP同位网格差分格式,对空间一阶导数进行离散近似,同时采用选择性滤波方法来消除同位网格差分所产生的格点高频振荡,它既提高了数值模拟的精度, 又保证了求解过程的稳定性．数值实验结果表明,SFFD法能够达到O(Delta;x8, Delta;t4)阶交错网格算法同样的精度,同时该方法还具有很强的适应性,能够应用于存在着强泊松比差异的介质模型中,完整地模拟地震波传播过程中各类型的波场,并且对复杂非均匀介质的适应能力也很好．此外,由于避免了交错网格算法在曲线坐标系和一般各向异性介质的数值模拟时所需进行的复杂的插值运算, SFFD法在这些问题上也有着很好的应用前景．      

地震序列较强余震最小二乘拟合预测的方法研究

本研究给出了针对地震序列较强余震发生时间进行快速预测的一种方法,即最小二乘拟合预测方法.该方法包括:最小二乘拟合预测模型的建立、预测模型的各种可信性检验及模型预测等内容.震例研究表明,该方法在大(强)地震现场震情分析中可望发挥积极作用.     

重力异常分离的小波域优化位变滤波方法

在重力异常分离中,频率域滤波分离方法是以全局数据频谱特征设计针对性的滤波器实现的.滤波器参数与空间位置无关,因此无法针对局部数据频谱特征动态调整滤波器参数.针对该局限性,在小波域滤波理论和优化滤波方法的基础上,本文研究提出了小波域优化位变滤波法,该方法具有空间变化滤波能力,在不同空间位置实现不同的滤波器特性,从而能实现局部数据频谱与全局数据频谱存在较大差异的重力异常分离问题.理论模型数据分离实验结果表明,在局部数据频谱与全局数据频谱差异较大的情况下,该方法相对于Butterworth滤波和优化滤波等方法具有优势.最后,用一个实例进行检验计算,体现了所提方法技术的效果和应用前景.     

基于最小二乘反演的半航空瞬变电磁纯二次场数据运动噪声去除方法

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method, SATEM)通过在地面布置发射源, 在空中接收信号, 是一种新兴的地球物理勘探方法.在数据采集过程中, 由于接收线圈持续运动和摆动, 产生较大的运动噪声, 导致采集的数据不能直接使用.同时, 瞬变电磁只在关断之后进行数据采集, 获得的数据是非全时的, 为数据预处理过程中的运动噪声去除带来困难.为有效去除非全时半航空瞬变电磁数据中的运动噪声, 本文首先将非全时电磁数据延拓至全时长, 基于傅里叶级数构造了半航空瞬变电磁晚期数据运动噪声超定线性方程组, 通过最小二乘反演求解运动噪声, 并将所获得运动噪声从原数据中剔除.通过对仿真数据和实测数据进行去噪, 其能够有效识别并剔除数据中的运动噪声, 去噪效果良好.