基于检波器间距约束的微地震初至拾取方法研究及应用

微地震事件初至拾取是微震监测数据处理的重要步骤之一,其精度是微地震震源定位结果的决定性因素,影响后续的解释结果.前人利用互相关函数与微地震记录相似波形特征原理,对具有相似震源位置或破裂机理的微地震事件采用波形互相关的方法进行初至拾取,但微地震事件的信号,在经过不同的传播路径,被不同检波器接收到的波形是存在差异的,若这种差异大到无法通过互相关来求取微地震信号的到时差,就会出现明显误差.本文提出基于检波器间距约束的互相关初至拾取方法,该方法在互相关函数中引入检波器间距约束条件.首先对全局有效道进行互相关运算及时差校正,其次对时差校正后的记录进行基于检波器间距约束的局部互相关运算并进行时差校正,再利用叠加道计算对经过二次时差校正后的多道记录进行叠加,并运用STA/LTA方法对新生成的叠加道进行初至拾取,最后结合叠加道初至信息以及时差相对校正量,既可得到微地震事件的初至到时.实际资料处理结果表明,相比于常规多道互相关方法,该方法合理地避免了震检距对初至到时的影响,有效地提升了微地震事件初至拾取的精度.     

基于U-Net的井中多道联合微地震震相识别和初至拾取方法

微地震震相识别和初至拾取是水力压裂微地震监测资料处理中的两个关键步骤,其结果会对后续事件定位和压裂裂缝缝网解释产生重要影响.常规方法如STA/LTA法、模板匹配法、多道互相关法等需要提取有效信号与噪声间振幅、偏振、频率、波形相似性等方面的特征差异完成震相识别和拾取工作.本文基于深度学习技术的自动特征提取能力,根据井中微地震观测系统的多道数据源特点,提出基于U-Net的多道联合震相识别和初至拾取方法（MT-Net）.方法采用具有"逐采样点"识别能力的U-Net模型,模型训练阶段以具有不同信号特征的多道微地震监测记录作为输入,以P波、S波及噪声的概率分布标签作为输出,通过设置二维卷积操作使得道内与道间的波形信息同时被自适应地学习,以满足对相邻道间波形记录处理结果高度一致性的要求;测试阶段将连续记录中的分段波形馈入模型,通过设定P波、S波概率分布曲线阈值完成单震相、双震相和噪声的波形分类,同时对含有效震相的微地震事件完成初至拾取.实际微地震资料处理结果显示,本文方法与同样基于U-Net的单道方法（ST-Net）相比,显著降低了震相识别中低信噪比事件漏拾与误拾发生的概率;同时有效避免了部分单道发生严重的初至拾取结果偏差及P、S震相误拾等情况.本文方法的识别与拾取结果整体上达到了与多道互相关法接近的水平,可满足微地震监测资料处理中实时性和准确性的要求.     

乌兰浩特地震台典型地震事件震相特征分析

选取乌兰浩特地震台记录到的典型天然地震事件及爆破事件,根据断裂带分布及波形记录特征,分析地震及爆破事件的震相特征。结果表明,研究区域近震波形Pn、Pg、Sn、Sg震相及Sm面波较清晰,Pg、Sg波走时差一般不大于23 s,与中国地震台网中心发布的M_S震级间的偏差一般小于0.6级;远震P、S、pP、sP震相可较清晰识别,Pm、L面波记录较明显,P、S波走时差一般不小于25 s,震级偏差一般小于0.4级,且通过震相特征及实地考察发现,爆破多为霍林郭勒区域爆破事件。     

乌兰浩特地震台典型地震事件震相特征分析

选取乌兰浩特地震台记录到的典型天然地震事件及爆破事件,根据断裂带分布及波形记录特征,分析地震及爆破事件的震相特征。结果表明,研究区域近震波形Pn、Pg、Sn、Sg震相及Sm面波较清晰,Pg、Sg波走时差一般不大于23 s,与中国地震台网中心发布的M_S震级间的偏差一般小于0.6级;远震P、S、pP、sP震相可较清晰识别,Pm、L面波记录较明显,P、S波走时差一般不小于25 s,震级偏差一般小于0.4级,且通过震相特征及实地考察发现,爆破多为霍林郭勒区域爆破事件。     

Pn与sPn震相到时差计算震源深度的单台应用

震源深度是地震定位的一个重要参数.本文利用沈阳台记录到4个壳内近震,进行sPn震相识别,利用sPn与Pn震相的到时差计算这几个近震的震源深度,将所得结果与国家局及辽宁台网结果进行对比研究,结果表明沈阳台定出的深度与国家局所定深度75%是一致的,与辽宁局结果也基本一致,误差较小.在2 km范围内.并对利用sPn震相计算震...     

多种方法测定广东阳西3.7级地震震源深度

应用CAP和深度震相方法,对2018年3月20日发生在广东阳西的M3.7级地震震源深度进行了测定。首先通过CAP方法反演获得震源机制解,拟合最佳震源深度为12km。然后在震中距100km以内的近台识别出清晰的sPL和PmP、sPmP震相,利用频率-波数(F-K)方法,计算出深度震相在不同深度下的理论地震图,与实际观测波形对比测定震源深度为12km。再利用250~400km震中距范围内台站上识别出的sPn与Pn震相的走时差,测得震源深度12.6km。多种方法的研究结果一致,表明该地震震源深度为12km比较可靠。     

浅析巴里坤台记录的兴都库什地震震相特征及sP震相与震源深度的关系

以巴里坤台记录的兴都库什地区2004～2019年发生的138次MW≥5.0地震为研究对象,通过分析其震相特征及sP-P到时差与震源深度的关系,为该地区地震的震相分析和震源深度计算提供参考.结果表明:① 兴都库什地区地震震相以P、sP、S为主,少数震例可记录到pP、sS或ScS震相.② 兴都库什地区地震以中深源地震为主,...     

2017年9月4日河北临城M_L4.4地震震源深度测定

震源深度是地震定位中的重要参数之一。对于一个地震,sPn与Pn震相到时差是一个常量,与震中距无关,只与震源深度和地壳模型有关。基于该理论,以河北数字台网数据为基础,识别sPn震相和Pn震相,计算2017年9月4日河北临城ML4.4地震震源深度,结果为6.86km。双差定位法是目前确定震源深度比较精确的方法,双差定位得到的震源深度为7.01km。双差定位法所用数据量比较大,计算过程繁杂。利用sPn与Pn到时差计算震源深度的结果与双差定位法结果接近,计算快速、简单,所需数据量小。因此,将该方法应用到实际工作中,可以快速、准确地测定近震震源深度。     

水力压裂微地震实验研究

微地震震源机制解包含储层及裂缝特征信息,对于地质力学建模和水力压裂储层评价都有十分重要意义.然而,目前微地震震源机制类型仍存在争议,该方面的基础实验仍需要进一步的研究.本文针对花岗岩和页岩两类岩石,开展了水力压裂微地震实验研究.在实验进行前,分析了实验条件和数据采集方式.根据实验室测定的岩石物性参数和各级检波器微震事件的P波初动信息等,利用射线追踪进行微震事件的反演定位.定位的结果同岩石CT扫描观测到的裂缝有较高吻合度.利用微震事件在各级检波器处的P波初动极性及检波器在岩石表面的位置信息,进行微地震事件的震源机制反演,得出了水力压裂实验下微地震震源机制以剪切型占优的结论.结合微地震事件定位结果,震源机制反演结果和岩石CT扫描裂缝结果等,进行对比和分析,得出了一些新的结论和认识,为今后的实际微地震监测裂缝解释提供指导意见.     

利用sPn震相计算石嘴山M_L4.4地震震源深度

利用sPn和Pn震相走时差计算的2014年2月28日石嘴山M_L4.4地震的震源深度为7.21±0.277km;分析不同震源深度下民勤台的理论波形与观测波形拟合结果,得到震源深度为7~8km。研究认为,石嘴山M_L4.4地震属于浅源地震,震源浅和沉积层较厚是此次地震震感较强的主要原因。另外,合理选取地震波形数据和震相识别方法,可有效提高s Pn震相测定震源深度的可靠性。为便于应用,本文还给出了宁夏地区地震震源分别位于上地壳和下地壳时sPn和Pn震相走时差与震源深度的对应关系表。     

干涉走时微地震震源定位方法

本文基于地震波场干涉原理,建立了干涉走时微地震震源定位方法.该方法将两个接收点相对于一个微地震事件的走时差（称为干涉走时）的扰动作为残差函数,通过迭代求解最小残差函数,最终获得震源的空间位置.干涉走时震源定位方法利用两个接收点的到时差消除发震时刻未知和速度模型误差的影响,简化了震源定位算法.数值计算表明,本文提出的干涉走时定位方法在速度模型有误差的情况下仍然可以获得准确的微地震震源定位.     

基于频率衰减补偿的微地震定位方法

本文分析了不同频率的震源子波在传播过程中频率衰减与传播距离的关系,提出了地震波频率衰减补偿的微地震定位方法.该方法通过对地震波频率衰减的补偿,间接获取微地震事件的道间时差,避免了微地震事件的信号识别与走时拾取,实现了对微地震事件的定位.本文提出了方法的基本原理和计算方法,并通过理论计算和误差分析表明该方法是合理的和有效的.

     

微地震资料贝叶斯理论差分进化反演方法

微地震监测难以拾取准确初至,为了提高反演定位精度和减小多解性,研究了微地震贝叶斯差分进化反演方法.从分析讨论理论模型反演残差及其协方差分布特征出发,结合对比不加噪音和加入不同程度的噪音后残差协方差极小点位置移动、分布梯度变化特征,提出了先验信息解估计方法.针对后验估计中,由于难以获得先验信息解的方差估计致使无法计算加权系数问题,通过分析残差变化特征和解的变化关系,研究了利用残差求取加权系数的方法.为了加快寻优速度,讨论了差分进化反演方法,在变异操作方面使用差分策略,即利用种群中个体间的差分向量对个体进行扰动,实现个体变异,充分有效利用群体分布特性,提高算法的搜索能力,避免遗传算法中变异方式的不足.通过理论模型测试本方法的反演效果,并且和搜索方法反结果进行比较.测试结果证明本反演方法,对于不同程度初至干扰,反演结果向准确解逼近程度比搜索方法要好得多,实际资料的反演结果也好于搜索方法.     

地震层析成像技术在岩体完整性测试中的应用

地震波层析成像借鉴了医学上X射线断面扫描的基本原理,利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息,通过数学处理重建地质体内部图像,从而得到所研究地质体的岩性及构造分布。本文利用这种方法,在一个钻孔中利用电火花震源激了弹性波,在另一个钻孔布设多个检波点同时接收,拾取弹性波初至时间,将接收到的数据利用SIRT方法进行反演迭代计算,最终形成一个弹性波速度谱图,然后利用岩土体的弹性波速度差异推断岩体完整性分布。与其它测试方法比较,该方法分辨率高,空间位置准确,在工程物探、岩土工程勘察中具有较好的应用前景。     

Theoretical research on intensity envelope function of strong ground motion

（金星，瘳振鹏）Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｅｎｖｅｌｏｐｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒｏｎｇｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎ￥ＸｉｎｇＪＩＮａｎｄＺｈｅｎ－ＰｅｎｇＬＩＡＯ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈ...     

数字化地震记录震相自动识别的方法研究

针对目前震相自动识别方法不能自动给出震相识别区间,以及不能确定识别出震相名称的问题,运用震相的运动学特征,由平均速度模型和J-B走时表数据,自动计算近震、远震和极远震的震相走时及震中距。对多尺度小波分解进行单支重构作为识别不同震相的分析信号。先求出初至震相和最大面波到时,估算出震中距,然后找到S波或PP波到时,求出准确的震中距,即可自动给出各震相的识别区间,采用线性偏振法在给定区间中识别出震相的初至时刻。由于该方法采用的是先明确要找什么震相,再由该震相的走时确定寻找区间,所以找出的初至就是要寻找的震相,自然解决了识别出震相的名称问题,从而实现了对震相的全程自动识别。     

基于各向异性分析的微地震震源矢量场重建和裂缝解释

针对微地震裂缝解释的复杂性,从震源矢量场的重建开始研究,在研究VTI介质速度模型各向异性条件下的走时和透射系数的变化特征基础上,形成了各向异性条件下的群、相速度及透射系数的计算方法.针对多级检波器水平分量朝向的多向性特点,提出了多级检波器水平分量的偏振分析方法,得到了完整的水平特征矢量,克服了单级检波器水平分量偏振分析构建特征矢量信息不全的问题,形成了高精度微地震事件定位方法,实现各向异性VTI介质速度模型的高斯束微地震格林函数正演模拟.利用格林函数模拟场、观测记录场,从构建完整场研究入手,重建震源矢量场.根据重建的震源矢量场,提出了裂缝解释的全新的系列方法,包括单条裂缝、裂缝网络的解释方法.通过实际资料的测试分析,验证了研究技术的实用性.     

峰度和AIC方法在区域地震事件和直达P波初动自动识别方面的应用

提出了一种基于直达P波信号的峰度和Kurtosis-AIC方法进行区域地震事件实时检测和直达P波初动精细识别的新方法,并应用于山东地震台网记录的地震波资料处理.结果表明:(1)应用峰度方法能够有效识别出地震事件,可有效减低地震事件的错误报警率和漏报率;(2)与人工识别震相到时的结果相比,根据Kurtosis-AIC震相自动识别方法得到的震相到时的平均绝对值误差为(0.09±0.08)s。     

基于自适应非稳态相位校正的时频域多尺度全波形反演

本文提出非稳态相位校正时频域目标函数,通过缩小观测数据与模拟数据在波形相位上的差异来缓解全波形反演过程中对应波形匹配错位的问题（周波跳跃）.同时引入自适应相位校正因子,可以根据观测数据与模拟数据的差异来调整相位校正量的大小.在构建非稳态相位校正时频域全波形反演目标函数的基础上,利用链式法则详细推导了对应的伴随震源,并从理论上证明了该方法的可行性与优越性.数值测试过程中结合了低通滤波多尺度反演策略,进一步缓解全波形反演过程中的强非线性问题.缺失低频分量测试结果表明,利用自适应非稳态相位校正时频域多尺度全波形反演方法结合常规全波形反演方法在缺失7 Hz以下低频分量的地震数据中仍然能够得到高精度的反演结果.震源不准确测试结果表明,即使震源子波相位差异较大,利用非稳态相位校正方法仍然能够一定程度上缓解周波跳跃现象.测试结果综合证明了本文提出的方法在构建初始速度建模,缓解周波跳跃等方面具有一定的优势.

     

煤矿井下微震震源高精度定位研究

煤矿井下微震震源准确定位,对于动力灾害监测预警具有重要意义.由于微震震源需要通过井下传感器接收信息反演确定,传感器的安装位置限制于煤矿井下巷道周围,传感器沿巷道近平面的不合理布置将大大降低震源定位精度.针对由传感器信息反演震源位置引起的病态问题,本文提出了基于微震监测测点优化布置的震源高精度定位算法.首先通过计算系数矩阵条件数,判定病态问题;然后利用中心化法和行平衡法联合进行病态矩阵预处理.对预处理后的矩阵 A、b 利用L曲线法计算正则参数,结合Tikhonov正则化算法计算得到震源坐标正则解.研究结果表明,中心化法有效降低了矩阵数量级,行平衡预处理降低了病态条件数,预处理后Tikhonov正则解的震源坐标误差最小可以达到3.09 m,与预处理前的高斯消去解相比误差大大降低.通过上述优化处理,实现了井下受限空间微震监测震源高精度定位.