一种基于压缩感知的地震数据重建方法及其在城市活断层地震勘探中的应用

在城市地区采用地震勘探方法时,由于地表障碍物、地形等因素的影响,地震检波器不能按照观测系统设计规则布设,采集的地震数据存在道缺失,常规的浅层地震数据处理方法由于没有采用数据重建方法,因此会影响地震数据处理和解释的效果.压缩感知技术被引入到地震勘探中已经有十余年,但都是在石油地震勘探中应用,其原因是石油地震勘探数据量大,信噪比高.由于浅层地震勘探的覆盖次数小,信噪比低,在浅层地震勘探中应用压缩感知技术存在一定的挑战,能否应用压缩感知技术于城市浅层地震勘探尚未可知.本文对压缩感知理论在浅层地震勘探中的应用进行探索,将模拟的压缩感知采集的数据进行重建;以曲波变换为稀疏变换,通过构造0-范数的一种逼近函数建立稀疏反演模型,并提出了一种快速的求解方法.模拟数据实验表明,本文方法能够很好的对缺失地震数据进行重建.对某地区地震活断层勘探的实际地震数据进行了模拟的压缩感知采样和数据重建,并对原始数据、压缩感知采集数据和重建数据分别进行了相同的地震数据处理,偏移成像结果验证了基于压缩感知的重建方法能够获得和常规采集数据相当的处理结果.本文验证了基于压缩感知的地震数据重建技术在浅层地震勘探中的可行性,为后续的研究打下了良好的基础.     

基于自动增益控制调制法的高频重建技术

针对我国东部油田目前急需解决的河流相薄互层储层预测中地震资料分辨率不能满足实际需求的问题,提出了一种高频重建方法.该方法利用地震资料极值点得到的调制函数通过与原地震资料的运算得到重建资料的高频部分,保留原地震资料的低频部分,得到重建的高频地震资料.该方法计算时间较常见方法大大缩短,参数调节非常方便,结果保持了原有同相轴的波组特征,避免了常见提频方法中打破原有同相轴添加新的零点产生假象的错误,而且对比原始剖面增添了层间细节.该方法有效的拓宽了地震资料有效频带,并通过实际资料的处理给予证实.     

浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的应用

本文通过一个实例介绍了浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的数据采集方法,分析了地质解释依据,论述了浅层高分辨地震勘探在采空区勘测的有效性.     

神府矿区隐蔽采空区相关致灾因素分析及勘查技术

本文在分析神府矿区隐蔽采空区相关致灾因素基础上,针对该区隐蔽采空区主要相关致灾因素特点进行了勘查方法重新划分,对各勘查技术方法测网密度、参数选择等进行优化,形成一套精细勘查神府矿区隐蔽采空区相关致灾地质因素的技术体系.为了充分发挥不同勘查方法对隐蔽采空区不同致灾因素响应特征的的优点,分别采用浅层地震技术勘查采空区范围、瞬变电磁法技术勘查积水区位置;采用同位素测氡技术和钻孔测温、测气技术勘查火区和有毒有害气体;采用钻孔电视技术和钻孔冲洗液漏失量观测技术勘查采空区顶板;采用三维激光扫描精确勘查房柱式采空区残留煤柱尺寸.该体系研究成果为神府矿区采空区隐蔽灾害评估、治理提供参考依据.     

综合物探方法在高压架空线路下方采空区探测中的应用

利用物探方法准确高效地探测输电线路下方采空区的位置和范围对电网安全、稳定地运行具有十分重要的意义.根据采空区的地球物理性质,常使用电阻率法、电磁法、地震法等对其进行探测,但是,由于工区的干扰以及物探资料解释的多解性,单一的探测方法常常难以取得理想的效果.本文综合利用电测深法和浅层地震反射方法对高压架空线路下方采空区进行...     

塌陷采空区的正演模拟及波场分析

老窑塌陷采空区造成的透水事故严重威胁着大型矿井的生产与安全,探测出塌陷采空区已成为当前三维地震的一项重要研究课题.针对老窑采空区不同的塌陷类型,建立多种不同内部结构的塌陷采空区地质模型。并采用有限差分法数值模拟技术对其进行正演模拟,分析出不同塌陷采空区在生成时间剖面上的波场特征.结合一些典型的工程实例,总结出塌陷采空区在地震资料上的判别标志以及识别特征,为矿井提供出准确的塌陷采空区位置.     

龙门山山前彭州隐伏断裂高分辨率地震反射剖面

彭州断裂是龙门山山前一条重要的隐伏断裂.为了调查彭州断裂的位置、性质及其活动性,5·12汶川M_S8.0地震发生后,作者采用可控震源和高精度的地震反射勘探方法,对彭州隐伏断裂进行了高分辨率地震反射成像.本文利用获得的浅层地震剖面资料并结合石油地震反射剖面,给出了彭州断裂的空间展布特征以及断裂两侧的新生代地层厚度.结果表明,彭州断裂为一条走向NE、倾向NW、倾角约为58°～62°的逆断层,该断层向上错断了第四纪沉积层,具有明显的第四纪活动,向下大约在深度8～10 km左右收敛到向西缓倾的滑脱面之上.研究结果为评价断裂的活动性和灾后重建提供了地震学证据.     

浅层地震勘探方法在活动断层中的应用——以邯郸市活动断层探测为例

浅层地震勘探方法在城市活动断层探测中发挥着重要作用,实践表明,浅层地震反射波法可以获取深度十米至几十米的浅层地层反射信号,且大部分反射剖面均可较清楚地揭示出浅部断层位置和断层特征,地震数据处理是准确识别近地表活动断层的重要环节,也是提高资料分辨率和信噪比的有效途径。本文应用邯郸市活动断层浅层地震资料,运用多途径、分步骤的去噪技术和方法,压制干扰,极大地提高了资料的分辨率和信噪比,并对活动断层的典型剖面进行重点研究和验证。     

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。     

城市活断层探测的高分辨率浅层地震数据采集技术

在简要介绍城市浅层地震勘探干扰波特点的基础上 ,结合福州市活断层探测的浅层地震试验探测资料 ,阐述了抗干扰高分辨率浅层地震勘探的技术装备、地震数据采集的技术方法以及在强干扰背景条件下围绕抗干扰和提高地震资料信噪比与分辨率而采取的技术措施。试验结果表明 :采用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、多通道和高频检波器接收的工作方法 ,是实现抗干扰高分辨率浅层地震数据采集的有效途径     

南海北部陆坡神狐海域含水合物沉积层时频特征提取及识别方法

南海北部陆坡神狐海域是天然气水合物发育的有利区域,天然气水合物在时间-频率域具有独特的响应特征.结合研究区最新处理的高分辨率三维地震资料、测井和钻井解释成果,采用基于连续小波变换的时频分析方法,可以实现对含水合物沉积层及其下伏游离气沉积层在时间-频率域成像.通过分析,在研究区识别出低频低能、高频低能、低频高能、高频高能、低频盲区和高频盲区等多种频率异常,发现频率异常与游离气饱和度、水合物饱和度、裂隙发育情况及调谐效应密切有关,认为水合物存在带可以通过寻找低频高能、高频低能或高频盲区之上的低频低能、高频高能或高频低能区识别.研究证明基于时频分析的时间-频率域水合物识别方法其分辨率明显高于时间-振幅方法,即使是在时域剖面BSR特征不明显时,也可以对含水合物层进行识别,因此,荻取的时频特征也可以作为水合物识别的直接指示.     

最小加权范数插值与调制升频结合的地震数据重建研究

提出一种新的反假频地震数据重建的两步算法,将最小加权范数插值(MWNI)方法与调制升频方法有效地结合起来.首先利用MWNI方法构建数据谱的低频部分,为了提高计算效率,在低频重建算法中,引入了预条件共轭梯度法求解反问题方程,并使用了与频率有关的变波数带宽技术;然后,基于重建的低频数据,采用调制升频方法重构数据的高频部分.调制升频方法灵活,简便,能有效地从低频资料中恢复出高频成分,克服了以往AR模型预测高频走不远的限制,当数据存在严重的空间假频时,亦能获得较好的重建效果.该两步算法不仅可用于规则地震数据的内插重建,也可用于含空道地震数据的重建.理论模型和实际地震数据重建试验表明,该方法效率高,精度高,反假频能力强,重建剖面波形连续、自然,与正确完整的地震剖面相似程度高,具有良好的实用价值和应用前景.     

基于随机地震反演的Russell流体因子直接估算方法

本文研究了一种基于随机地震反演的Russell流体因子直接估算方法,该方法是一种基于蒙特卡罗的非线性反演,能够有效地融合测井资料中的高频信息,提高反演结果的分辨率.本文应用贝叶斯理论框架,首先通过测井数据计算井位置处的Russell流体因子,利用序贯高斯模拟方法(sequential Gaussian simulation,SGS)得到流体因子的先验信息;然后构建似然函数;最后利用Metropolis抽样算法对后验概率密度进行抽样,得到反演的Russell流体因子.其中对每道数据进行序贯高斯模拟时,采用一种新的逐点模拟方式,具有较高的计算速度.数值试验表明:反演结果与理论模型和实际测井数据吻合较好,具有较高的分辨率,对于判识储层含流体特征具有较好的指示作用.     

基于jittered采样的浅层三维地震数据处理及应用

目前,浅层三维地震勘探在国内外尚处于起步阶段,其勘探深度在100 m以内,勘探目标速度低,地震资料主频较高,根据采样定理,允许的最大道间距较中深层地震勘探要小得多,因此浅层三维地震勘探的观测系统设计和数据处理方法还有许多亟待解决的问题,本文将信号处理领域的压缩感知理论应用到浅层三维地震的观测系统设计和数据处理方法中,研究具有重要的实际意义.理论研究表明:随机采样数据比有规律的欠采样数据能更好的进行波场重建,随机欠采样数据可以将相干混叠转化为不相干噪声,从而将地震数据解释问题转变成了数据去噪问题,同时采用jittered随机采样方式可以避免完全随机采样的数据存在的数据点空间位置过于集中或过于稀疏的情况.本文采用模型分析和实际数据研究的方法,结果显示:在野外进行浅层三维地震数据采集时,如采用jittered随机欠采样方式进行检波器的布置,可以实现以较少的检波器布置较大范围的观测系统,从而大大提高了野外数据采集工作的效率,同时,这种随机的布线可以较灵活地适应野外的工作环境,在采用规则布线时,尽量希望测区足够平坦、开阔,无大尺度障碍物,而随机的布线可以适应有障碍物的地形地貌,在遇到障碍物或不能跨越的地形时,可适当增大道间距,在开阔位置减小道间距进行数据补偿.得到的结论是:这种浅层三维地震道间距无法满足奈奎斯特采样条件的情况,通过检波点的随机分布所采集的地震数据可以有效降低地震资料的混叠效应.     

基于改进经验模态分解的地震弱信号增强处理方法

针对地震反射信号经验模态(EMD)分解过程中出现的混叠及分解重建失真等问题,本文提出一种改进的EMD分解方法.首先对地震信号进行小波转换,对转换分解得到的信号高频部分进行噪声压制处理,然后将转换后的结果再进行EMD分解;针对频带宽度、振幅大小变换,提出了地震信号EMD分解的分段控制停止准则,根据主频带宽,确定相应的时窗长度,并采用各个时窗段部分叠置衔接的方法,最后对每段结果再利用单调函数停止准则进行变换,该方法有效避免了计算结果的时窗效应.通过实际资料处理对比分析,改进的EMD分解方法较以往常规EMD分解方法,在分解结果的可靠性、分解精度及非线性弱信号时频分析能力等方面都具有显著的改善,为提高薄层地质体识别能力提供了有力的技术手段.     

利用SKS波分裂研究上地幔各向异性及其在中国东部的应用

地震各向异性方法是研究地幔流动以及岩石圈变形最直接有效的方法之一,利用远震事件识别近乎垂直入射的SKS波震相能直接反映台站下方的上地幔各向异性。近年来,SKS波分裂由于识别方位各向异性灵敏、多解性小逐渐发展为探究大陆动力学及其演化以及地幔形变特征的有力工具。本文收集了近20年来利用SKS波分裂在中国东部地区开展的各向异性研究工作,综述了该方法在中国东部的研究进展以及存在的不足和有待解决之处;同时,还通过在长江中下游地区布设的102个高质量高密度的宽频流动台站以及中国国家数字地震区域台网262个固定台站的数据,详细分析了该地区的上地幔各向异性变形特征。     

基于零偏VSP初至波的地震高频补偿和相位校正

松辽盆地中浅层之上地层的压实程度低,对地震波吸收衰减作用明显,对高频成分的衰减尤为严重,如何恢复和补偿被大地吸收的地震波高频成分,从而提高地震资料的垂向分辨率,解决薄储层地震识别问题,是地震资料处理急需解决的技术难题.本文基于零偏VSP数据的初至波主频率随深度下降的关系,应用主频偏移法逐点求得随深度变化的地层品质因子Q;按照坳陷盆地层状介质的特点,依据地震速度和主要反射界面将目的层上部坳陷期地层划分为多层常数Q模型,实现Q值场的时变和空变.在叠前、叠后地震数据体上,采用增益控制Q值高频补偿和相位校正技术,提高地震资料的分辨率.大庆油田常家围子三维地震工区应用该技术的成果数据,频带展宽5 Hz以上,主要反射层同相轴连续性增强,层间反射细节突出,与测井及VSP数据的匹配程度提高,为该区油藏评价研究奠定了资料基础.     

地震数据反假频规则化方法研究

由于诸多因素的影响,地震数据沿空间方向通常是稀疏采样的,因此引起较为严重的空间假频.本文提出一种反假频地震数据规则化的方法,采用Fourier变换域加权范数带限重建方法完成低频数据重建,利用自适应频谱加权范数的正则化项约束方程的解,将地震数据的带宽和谱形状作为先验信息,具有较好的低频重建特性.文中采用共轭梯度算法求解方程,而后利用重建的低频数据信息,应用频带延拓的方法重建高频数据,未知的高频带信息由重建的低频带信息构建.本方法在完成地震数据规则化的同时,可有效去除地震数据中的空间假频干扰.理论模型和实际资料处理均表明文中所提出的反假频地震数据规则化方法是有效可行的.     

普洱大寨深井噪声压制效果及井孔附近波场特征研究

基于2011年建立的云南普洱大寨深井台站,开展了噪声压制及附近波场特征研究.通过计算该台站的噪声功率谱概率密度函数,显示该井下台站对1 Hz以上的高频噪声具有明显的压制效果, 最高能降低40 dB,其降噪能力优于其它井下台阵,推断与该台站附近的场地条件有关.基于地表与井下地震记录的差异,应用正则化反卷积干涉方法进一步研究该台站附近的波场特征.以地表记录为参考,对井下记录进行反卷积,获取两台站之间的格林函数,直接识别出了原始记录上无法区分的上行入射波与下行地表反射波,然后利用两震相的到时差建立了一个浅层地震波速度模型,与理论模拟的结果一致.研究结果表明,相对于地表观测,井下台站在压制噪声和近地表地震波传播特征研究等方面具有很大的优势,同时该研究对其它地区开展深井观测具有参考意义.      

形变观测数据的多异常形态统一识别

地震前兆数据中的形变观测数据变化复杂,地球物理场变化和环境干扰等信息识别与剔除是与地震相关现象分析的关键.传统的信号识别主要采用回归分析、经验模态分解、频域信号分解等方法,但它们难以统一识别高幅值变化(尖峰、阶跃)与高频变化波形.本文利用信息熵参与形变时序数据的自动化分段构造子序列,一定程度上避免了这两种波形被分割的弊端,然后以统计描述方式表达子序列,最后利用角度异常因子(Angle-Based Outlier Factor,ABOF)和局部异常因子(Local Outlier Factor,LOF)构建对数函数定义离群点,以解决统一识别高幅度变化与高频率变化的问题.实验表明,对于特征向量维度变化的情况,LOF-ABOF算法的计算效率呈线性变化关系;在特征表达策略改变的情况下,该算法对高幅值变化和高频变化的异常识别效果良好.本文所提供方法可以检测出高幅值变化与高频率变化的异常形态,为地震前兆数据中形变观测数据"前兆信号"的识别提供指导与参考,为深入认识地震现象及其产生机理奠定基础.