中国地震交变电磁场观测数据处理技术新进展

交变电磁场是对地震事件反应最灵敏的物理场之一,已观测到与地震有关大量的电磁场异常现象.随着人工源极低频电磁技术和卫星电磁观测技术在地震观测中被逐步应用研究,交变电磁场法用于地震观测的数据量呈数量级的增加,急需发展适于海量数据或大数据的信息处理和挖掘技术.本文介绍了自适应滤波技术及其在地面电磁场观测数据处理中的应用研究,以及小波分析技术在地面和卫星观测数据分析中的应用研究,表明在对实际测量数据处理中,自适应滤波技术可以有效识别天然源信号和人工源信号,并且提高了电磁场频谱和视电阻率计算的信噪比,小波分析等技术可以发现电磁异常现象与地震事件可能存在的相关性.这些技术可能成为对海量观测数据处理分析的有效方法.     

基于低频信息补偿的数据驱动Marchenko成像

基于常规地震干涉法和地震超越干涉法,提出了SI和BSI的结合方法SIBSI,即在SI被动源低频信息提取的基础上,重构主动源BSI地震数据,并利用BSI进行格林函数重构和面向目标的Marchenko成像.研究了基于频率优势的主动源低频重构方法,在完整保留了主动源信号高频信息的基础上,有效重构了低频信息,拓宽了地震数据的频带范围.讨论了含有自由表面多次波的地震数据在Marchenko成像中应用的方法.设计了一个含有高阻抗地层的模型,在该模型上使用SI低频信息重构BSI主动源地震数据,最后与纯主动源地震数据的格林函数重构和Marchenko成像进行了对比,证明了本文所提出方法的有效性、抗噪性以及在提高成像效果中的优势.     

DAS技术在油气地球物理中的应用综述

光纤分布式声波传感技术(DAS)基于相位敏感光时域反射,是一种利用光纤后向瑞利散射干涉效应实现声波信号连续分布式探测的新型传感技术.在油气勘探开发领域,近年来在井中VSP、地表地震采集、时延或永久油藏监测、水力压裂监测等方面开展了试验和应用,取得了初步的成功.相比常规地面检波器及井中检波器,DAS技术具有低成本、高效率、密集采样、资料品质不低于传统地震检波器等优势.但DAS技术的局限性在于数据信噪比受光纤布设方式影响、单分量采集、保真距离有限.在综合分析的基础上,展望DAS技术未来发展方向:(1)螺旋缠绕技术等多分量DAS技术的发展及实用化和工业化,以及新型光纤电缆的发展,将大幅度地提高光纤的灵敏度和动态范围,DAS将逐渐克服其局限性.(2)DAS解调技术的发展和光纤采集方式的优化,包括新型采集观测系统、光纤与地层耦合技术等,以及针对性处理、成像技术发展将进一步提高DAS数据的信噪比和成像质量.(3)由于DAS具有成本低、采样率高等优点以及未来DAS技术在提高信噪比方面的进展,DAS技术在油气地球物理技术领域的应用前景将更广阔.     

淮南深地实验室分布式光纤地震立体台阵观测数据分析

在淮南深地实验室布设了水泥固结的传感光缆,结合竖井中已有通信光缆,利用分布式光纤地震传感技术(DAS)构建了高密度的三分量立体台阵,开展了为期一年的连续观测.通过分析地下870 m的背景噪声记录,发现其日间变化幅度较小,这表明深地实验室受气压、温度和人类活动等的影响较小.然而,在低频段观测到明显增强的噪声,这给低频信号研究带来了一定困难.在连续记录中,识别出了多个地方震和区域震信号,尤其是获得了高质量的玛多地震P波信号.与共址地震仪数据的一致性表明DAS波形记录的可靠性.通过三分量DAS记录识别了Rayleigh面波信号,并利用多重滤波技术测量得到其群速度频散曲线;利用DAS应变率记录与共址宽频带地震仪的速度记录比值获得了相速度信息.两种方法测得的面波频散数据可用于研究速度结构.这些初步结果展现了深地实验室提供的超静环境以及三分量立体DAS台阵观测的优势,为后续进一步研究提供参考.     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅱ:背景噪声成像

随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方面得到了应用,在提高成像分辨率的同时,又降低了观测成本.本研究使用国产分布式光纤声波传感器开展了观测实验,利用480m埋地光缆记录了13h背景噪声,计算得到噪声互相关函数,获得了高频Rayleigh面波信号.采用多道面波分析方法提取相速度频散曲线,其结果与传统检波器记录和主动源结果较为一致.采用遗传算法反演得到了研究区内二维S波速度剖面,获得了下方沉积物横向变化特征.通过本次实验,初步验证了国产设备开展地震背景噪声成像研究、构建地下浅层结构模型的可行性.     

云南漾濞MS6.4地震信号的旋转和平动分量面波记录分析研究

旋转分量是地震波场的重要组成部分,可以为地球内部结构成像和震源参数测定等研究提供基础信息,然而缺少高精度的观测仪器,其应用受限.新发展的高精度光纤陀螺为测量旋转分量提供了一个较为可行的方案,其性能需要进一步验证.为此,武汉大地测量国家野外科学观测研究站利用两个光纤陀螺和一个宽频带地震仪组成了多分量观测系统,并开展了观测工作,记录到了云南漾濞地震的Love波信号.基于Love波信号的垂向旋转速度记录和切向加速度记录,开展了Love波视速度和到达方位角度测算分析.结果表明视速度存在明显频散特性,测算值与其他方法测算值相当,到达方位角接近大圆路径预测值,尾波部分到达角偏离较大.由此表明高精度的光纤陀螺可以用于区域震监测,结合地震仪可形成多分量观测系统,为地震学研究提供有效数据.     

主动源与被动源地震数据插值及联合数据成像

本文提出了两种情况下主动源数据和被动源数据的插值方法,并研究了两种数据在偏移成像中的互补效果.基于互相关法被动源数据重构原理,本文提出了结合多域迭代去噪技术的重构方法.提出了两种时间域主动源和被动源数据的插值方法,分别是共炮点域能量匹配插值和共检波点域最小平方匹配插值.然后对获得的主动源和被动源联合地震数据进行叠前深度偏移成像.在被动源活跃度不是很高的地区进行被动源地震勘探时,少量的主动源地震数据可以有效控制和补充被动源数据的成像效果.在稀疏炮点的主动源勘探中,有效利用被动源的信息能够在成像中增加更多的细节信息,提高成像质量.     

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。     

地震科学实验场问答(一)

Q:从地震预测预报的角度看,实验场的观测和以往的观测,有什么质的区别? A:中国的地震预报思路是"场源结合"的思路,强调"场"的动态监测和"源"的过程追踪.过去由于各方面条件的限制,重点在"场"的动态监测.今天,随着传感技术、通讯网络技术的进步,实现对"源"过程的追踪成为可能.     

汶川地震断裂带东北端浅部结构的人工地震探测

结合汶川地震断裂带动态监测,利用快速响应探测系统,开展了断层带浅部结构人工地震探测.针对地震断裂带动态监测条件下的复杂波场和低信噪比的情况,在f-k波场分离的基础上,分别利用了折射波共中心点成像、面波速度反演、反射波叠加成像方法,进行了浅层断层和构造成像处理,并对处理结果进行了综合解释,给出了断裂带浅部断层分布和速度特征.为汶川地震龙门山断裂带东北端动态监测提供了基础结构信息,所发展的断裂带快速响应探测技术对于地震应急动态监测具有重要意义.     

光纤传感技术在地震勘探中的应用研究

传统地震检波器的缺陷限制了高精度地震勘探技术的进一步发展.日益成熟的光纤传感技术不仅广泛应用在各个领域,而且也促进了石油勘探的发展.光纤光栅具有抗电磁干扰、灵敏度高等优点,有望提高地震检波器的性能.文章针对光纤传感技术的特点,探讨了其在地震勘探中的应用.根据光纤传感的原理对光纤型地震检波器进行分类,重点阐述了光纤传感技...     

“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统建设及其对汶川大地震研究的数据支撑

“十五”期间中国地震观测系统得到了迅速的发展, 中国地震局地球物理研究所于2007年底完成“中国数字地震观测网络”项目“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统的建设.该数据备份中心可以准实时地接收并存储全国1000多个固定地震台站的信号,具备海量数据校验、数据格式转换、以用户定制方式截取地震事件波形数据和数据网络下载的功能.到目前为止,已累计为国内10多个科研单位开展的70多项研究提供了近70TB海量波形数据的服务,特别在快速开展的汶川特大地震震后相关研究中提供了重要的数据支撑和保障作用.本文介绍了“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统建设、汶川特大地震数据服务快速响应、大地震快速响应波形数据自动截取系统建设,以及对地震学及相关科学研究的数据支持情况.     

被动源体波信息提取技术及其质量监控

基于互相关的被动源地震干涉测量是一种潜在的、经济有效的地质与地球物理研究技术.然而,被动源地震记录常以面波能量为主,从被动源地震记录中提取体波仍然是一项具有挑战性的任务.首先,本文系统阐述和比较了互相关和反褶积以及互相干三种干涉方法的差异,并指出在进行体波成像时使用互相干方法效果更好;其次,为了有效增强体波信号,本文提...     

阵列式光纤地震仪在西藏易贡湖地区的浅层探测实验研究

随着野外观测数据的累积和地震成像技术的发展,对地球内部结构的探测范围越来越大,精度越来越高.利用新的技术手段获得更多的观测数据,不仅填补了研究区观测数据的空白,还有助于提高地下结构的探测精度.利用光纤地震仪耐极端环境和易于布设等优势,本研究使用自主研发的阵列式光纤地震仪在西藏易贡湖地区进行野外试验,首次获得了青藏高原地区主动源和背景噪声的光纤地震数据(包含一条水下测线的数据).利用背景噪声成像手段得到了易贡湖岸近地表S波速度结构,但未获得湖底的速度结构.经分析认为,湖水的流动对架设于湖底的探头造成了干扰.本次试验初步验证了阵列式光纤地震仪在极端野外环境中(尤其是水下)进行数据采集的可行性,为未来在极端环境下的数据采集提供了新思路.     

基于光纤激光地震计的钻孔地震监测

钻孔地震观测能够减少地面噪声的影响,是地震前兆观测的一种有效方法.然而,随着钻井深度的增加,温度、压力不断增高,现有电学传感器暴露出了一系列问题,主要包括:散热问题、防水密封问题、长距离信号传输问题、怕雷击问题等.光纤传感器是利用光纤进行传感和传输的新一代传感器,具有耐高温高压、信号可长距离传输、防雷击、抗电磁干扰等优点,近年来获得了广泛的研究和关注.     

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.     

基于MF-J变换的DAS观测高阶面波提取和浅地表结构成像

分布式声波传感(DAS)技术可以将现有城市通信光缆转化为密集宽频带地震观测系统,利用城市通信光缆进行主/被动源面波成像为城市浅地表结构成像和地下空间探测提供了新手段,具有广阔的应用前景.近年来大量研究表明,充分利用高阶面波信息能显著提升面波结构成像效果.为探索DAS记录中的高阶面波提取和利用的可行性,本文推导了适用于DAS系统地震记录提取多模式面波频散曲线的 MF-J变换公式,并成功应用于白家疃光纤实验的主动源观测数据,提取了多模式频散曲线并反演构建了研究区高分辨、高精度的横波速度结构剖面.研究结果表明,MF-J方法能有效地从DAS主动源记录中提取多模态频散曲线,并能去除传统 F-J方法中的交叉假频现象;基于多模式面波频散曲线反演的速度结构分辨率和置信度都明显优于只用基阶模态的反演.本文的研究结果揭示了利用城市通信光缆实现低成本高分辨率地下结构探测的可能性.     

连续重力观测潮汐与非潮汐信号提取与处理平台设计与实现

介绍了连续重力观测潮汐与非潮汐信号提取与处理平台的平台架构、数据库、主要功能模块、技术特点与功能特性等。该平台面向中国地震重力站网的大网运维业务需求和海量数据处理需求,以连续重力数据处理中的潮汐信号处理、非潮汐信号处理、时频变换等科学计算为核心,基于大数据技术实现了中国地震重力站网海量数据的自动清理、数据质量自动评估、数据产品自动产出,产出重力潮汐因子、时频图等24种数据产品,提升了连续重力观测数据的应用效能和地震重力站网的运行、管理和服务水平。     

一种适合于行星探测的单台观测系统研究（英文）

近年来，地球外层空间在地球上造成灾害的风险逐渐增加.未来行星探测对提高应对太空灾害风险能力具有重要意义. 2018年，利用InSight任务收集到的地震数据对火星台站下方不同尺度的地下介质结构进行了探测；然而，单一地震台站的摆放对于大规模火星探测仍然存在很大的局限性.因此，本研究设计了一种单站观测系统，通过将单个接收站和移动源相结合的方式来收集行星地震数据，从而能够在早期地外探测中收集更可靠的地震信号.为了从地震信号中获得一维地下介质结构，讨论了高阶频散曲线成像方法在其中的应用，提出了一种高分辨率频率Hankel函数频散曲线提取方法，用于消除频散曲线中的高频部分伪影，改进了高阶频散曲线提取方法.然后将该方法扩展到多分量情况，为利用不同分量地震信号提取更多频散曲线信息提供了可能.同时，本研究所提出的数据采集系统为二维和三维地下介质成像提供了数据基础.此外，还讨论了基于单个地震台站开发汽车地震学的可能性，以解决超重车辆导致高架桥坍塌的普遍问题，说明了单个地震台站系统在地震成像和震源监测中的重要作用.     

矿山地震研究述评

就采矿引起的诱发地震活动,即矿山地震的国际研究动态进行评述.重点介绍矿山地震的命名、早期观测与研究、几个主要矿震国家的情况、矿震的分类、矿震的震源机制、矿震震源参数与定标率等问题.还就利用矿山作为天然地震的预报实验场和作为地震技术的推广市场问题进行探讨.