Modeling of Wave Dispersion Using Continuous Wavelet Transforms II: Wavelet-based Frequency-velocity Analysis

In this paper, we show how to estimate the phase velocities of multi-mode signals as present in 2-D shallow seismic surveys along a seismic line with the help of a method that is based on the deformation of the wavelet spectra of the seismic traces. In analogy with frequency-wavenumber (f–k) analysis, we perform “frequency-velocity” analysis using the correlations between phases of the wavelet spectra. Our method has two tuning parameters — the parameter of an analyzing wavelet and the parameter of a threshold operation. Numerical and experimental examples are presented to illustrate how the method accurately extracts the phase velocity from single- and multi-mode signals.     

高斯线调频连续小波变换的时频能量衰减因子方法及其应用

本文基于高斯线调频连续小波变换，提出了能够反映震源区或近场区小地震波形在震源深度、震源尺度、震源破裂机制、地震波传播途径、地震波衰减等方面的差异特征信息的特征指标，即小波变换的时频能量衰减因子方法。为了验证该方法的有效性，选取了震源破裂机制有明显差异特性的天然地震、爆破或塌方资料以及非强地震孕震区同一地点发生的多次小震资料。研究结果表明，天然地震与爆破或塌方记录的连续小波变换时频能量衰减因子有明显区别；正常地震活动背景下地震记录的连续小波变换时频能量衰减因子变化比较稳定；利用该方法，通过对某一地区的连续观测，可望为强震预测提供有效判据。     

The Time-Frequency Energy Attenuation Factor and Its Application on the Basis of Gauss Linear Frequency-Modulated Continuous Wavelet Transform

Based on the Gauss linear frequency-modulated wavelet transform, a new characteristic index is presented, namely time-frequency energy attenuation factor which can reflect the difference features of waveform in earthquake focus mechanism, wave traveling path and its attenuation characteristics in focal area or near field. In order to test its validity, we select the natural earthquakes and explosion or collapse events whose focus mechanisms vary obviously, and some natural earthquakes located at the same site or in a very small area. The study indicates that the time-frequency energy attenuation factors of the natural earthquakes are obviously different with that of explosion or collapse events, and the change of the time-frequency energy attenuation factors is relatively stable for the earthquakes under the normal seismicity background. Using the above-mentioned method, it is expected to offer a useful criterion for strong earthquake prediction by continuous earthquake observation.     

基于连续小波变换的自适应面波压制方法

面波干扰的抑制是陆上地震资料处理的主要问题之一.本文根据炮集记录中面波与反射波主要能量在小波域分布区域的不同,以及面波干扰的影响随炮检距变化等特点,提出了一种具有时变、空变特性的自适应面波衰减方法.文中将该方法用于模型及实际炮集资料的处理,并与常用的高通滤波方法进行对比,结果表明,该方法在衰减面波干扰的同时,能更好地保持反射波的振幅及相位信息.     

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.     

黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演

瑞利波具有能量大、信噪比高等特点,可以用来反演介质内部的力学信息,近年来在浅层地球物理勘探、深层地震学研究以及超声波无损检测等多个领域都有较广泛的应用。目前大多数瑞利波的应用中都假设介质是弹性的,然而实际中岩石、土壤和金属等介质都在一定程度上体现出了黏弹性。当介质的黏弹性较强时仍然采用弹性假设研究其中瑞利波的反演将增大误差,因此有必要考虑黏弹性介质中的瑞利波反演,但是目前这方面的研究仍不够深入。本文研究黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演问题,给出其在半空间中联合反演的方法,并对该方法的误差进行分析。     

Verification of the Litho-spheric Structure along Profile Uppsala-Prague Using Surface Wave Dispersion

Experimental dispersion curves of Rayleigh and Love waves along the Uppsala-Prague profile have been determined using records of several Italian earthquakes. To interpret the dispersion data, results of previous geophysical investigations in this region were first analyzed. Seven blocks of the crust and upper mantle were distinguished along the profile on the basis of deep seismic sounding and other seismic data. Layered models were proposed for these blocks. Computation of Rayleigh and Love waves shows a large differentiation of theoretical dispersion curves for the northern (Precambrian) and southern (Palaeozoic) part of the profile. A laterally inhomogeneous model for theUppsala - Prague profile, composed of the seven blocks, satisfies the surface wave data for the profile. Moreover, a mean layered model for the whole profile has also been proposed.     

基于连续小波变换的时变结构瞬时模态参数识别

为体现时变结构动力特性,定义随机冲击荷载作为时变结构输入激励,提出了基于连续小波变换的时变结构瞬时模态参数识别方法。在短时时变假定条件下,建立基于模局部极大值的连续小波变换时变参数识别原理,利用结构的输出响应进行瞬时模态参数识别,采用三自由度的时变结构体系进行数值模拟,该方法能够准确识别时变结构的瞬时模态参数值。通过设计具有质量参数可变的两层钢框架模型进行测试,验证了方法的有效性与可行性。     

用小波变换方法提取地下流体观测异常信息

首先对小波分析方法作了简单介绍,然后运用该方法,对1992～2002年上海地区9口水氡观测井的资料进行了6阶小波变换,提取的地震异常信息与实际地震有较好的对应关系;对1983年山东荷泽5.9级地震和1998河南清丰4.0级地震前聊古1井的氡观测资料进行了小波分析,发现1～6阶小波系数均出现异常;对1999年山东苍山5.2级地震前枣庄十里泉井的水汞观测资料进行了小波分析,发现1～6阶小波系数也出现异常.因此,运用小波分析方法可以有效地提取地震前兆异常信息.     

运用小波变换方法研究华北地区的地震活动性

运用小波变换方法,以不同的小波时间尺度分析了华北地区1480-2009年M≥5.0和1970～2009年M≥4.0地震的贝尼奥夫应变数据,得到了不同时间尺度的地震活跃期和平静期.分析表明:目前华北地区从1480年以来的M≥5.0地震活动刚过活跃期,处于应力积累阶段,而1970年以来M≥4.0地震存在7年左右的活动周期,目前正在进入4级以上地震的活跃期.     

弹性波场数值模拟的隐式差分多重网格算法

为了得到稳定的弹 性波数值模拟,而不得不选择隐式差分方程;为了提高解的精度,又不得不增加节点数目, 但同时也降低了隐式迭代求解的收敛速度. 为此,本文使用隐式差分的多重网格算法进行弹 性波数值模拟,多重网格算法通过粗网格收敛较快的迭代过程求出近似解,以近似解为初值 使用细网格进行精确的迭代求解,从而加速了隐式迭代求解的过程,能够以较高计算速度、 精度、稳定性完成弹性波传播过程的数值模拟.     

上海佘山钻孔形变观测资料正常背景噪声变化特征分析

对上海佘山钻孔形变观测资料正常的背景噪声进行初步分析并定量刻画其正常信息场的变化特征。结果显示:上海佘山形变观测资料的小波变换细节部分不同尺度包含着不同的信号成分,通过研究形变观测资料小波变换各尺度信号的非震异常特征变化,可能会捕捉到与地震孕育过程有关的前兆异常信息。     

小波变换在深井水位异常识别中的应用

在小波多尺度分解的基础上,首先利用小波谱识别出所研究时间序列的主尺度,然后采用正弦拟合对主尺度的主频信息进行消除,以达到识别被主频信息掩盖的异常信息的目的。通过对湖南省安乡井水位日均值序列和河北省浅牛6井水位日均值序列的分析处理实验,获得了较好的结果。     

交错网格高阶差分法三维弹性波数值模拟

本文应用交错网格高阶有限差分方法模拟弹性波在三维各向同性介质中的传播。采用时间上二阶、空间上高阶近似的交错网格高阶差分公式求解三维弹性波位移-应力方程,并在计算边界处应用基于傍轴近似法得到的三维弹性波方程吸收边界条件。在此基础上进行了三维盐丘地质模型的地震波传播数值模拟试算。试算结果表明该方法模拟精度高,在很大程度上减小了数值频散,绕射波更加丰富,而且适用于介质速度具有纵向变化和横向变化的情况。     

Pg回折波的上地壳三维层析成象

提出利用人工地震Ｐｇ回折波走时重建区域上地壳三维速度分布的方法。正问题利用经典最小二乘迭代求解垂向速度梯度模型的参数值及相应走时残差。反问题采用泛函空间的最小二乘准则来实现。对速度不需要预先进行参数化处理，可以计算反演区内任意点的速度值。数值计算结果表明了该方法的可靠性。处理了滦县地震区人工地震Ｐｇ走时资料，获得了该区上地壳顶部的三维速度分布。     

基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移

时间域常Q黏声波方程,由于含分数阶时间导数项,数值求解需要大量内存,计算效率低,不利于地震偏移的实施.通过一系列近似,可将该方程简化为介质频散效应和衰减效应解耦的分数阶拉普拉斯算子黏声波方程,数值求解内存需求少,计算效率高.本文采用交错网格有限差分逼近时间导数,改进的伪谱法计算空间导数,PML吸收边界去除边界反射,对该方程进行数值离散和地震正演模拟.开展地震数据的黏声介质逆时偏移,实现波场逆时延拓过程中同时完成频散校正和衰减补偿.改善深层构造的成像精度,数值结果表明,基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移可大幅度提高地震模拟计算效率,偏移剖面明显优于常规声波偏移剖面,极大改善深层构造的成像品质.