自然时间域中的地震序列参数分析

自然时间χ是Varotsos等于2001年提出的一种新的时间域, 其将复杂系统的时间序列在自然时间域中进行分析,能够有效地提取有用信号并提高相关结果的准确性,从而更容易获得复杂系统的动态特征.文中对自然时间法进行了简单介绍,选取中国地震台网中心1978—2014年地震目录中震级排序前30的震例,计算每次地震的归一化能量在自然时间域中的方差κ₁及其变异系数β,并将方差κ₁作为序列参数,利用变异系数β对序列参数κ₁进行定性分析,并在此基础上,对序列参数κ₁进行定量分析.研究结果表明:30次震例中有21次震例的地震序列参数κ₁自震前半小时至几个月开始持续在0.07上下波动,并在主震发生前迅速下降至0值附近.此外,还简单讨论了定量分析中时间窗口的选择以及分析结果中可能出现的特殊情况.本文的研究结果对我国地震事件的回溯性研究及地震预测研究具有一定的指导意义.      

由中国CDSN台网检测到的汶川地震所激发的地球球型自由振荡

2008年5月12日汶川发生M8.0特大地震, 这次特大地震使得地球自身产生了整体的连续振动。 本文采用地震发生之后中国数字地震台网(CDSN)所记录到的5天地震波形, 对VHZ频段进行了功率谱密度分析。 由于CDSN台网的地震仪对低频信号具有压制特点, 所以没有对资料进行固体潮处理, 从而获得了大地震激发的73个(₀S₄～₀S₇₆)基频球型自由振荡和6个谐频球型自由振荡(₁S₂, ₃S₂, ₁S₄, ₁S₀, ₁S₇, ₄S₂), 并与PREM模型的理论自由振荡周期进行了对比, 结果表明观测振荡周期与PREM预测的振荡周期吻合很好。 所得结果可以进一步用来研究地震震源机制和地球内部结构, 并对大地震的震源破裂分布给出一定的约束。     

基于l1-l2范数的高分辨率时频分析方法及应用

本研究提出一种基于l₁-l₂范数的稀疏约束类时频分析方法,以提高信号时频分析的精度.稀疏约束类时频分析方法通过窗口类时频分析的逆变换构造反演方程,使用稀疏范数约束每个时间点的频谱,从而提高时频谱的分辨率;常用约束包括l₁范数、l_p范数等,近几年l₁-l₂范数被证明稀疏约束能力强于l_p范数,被广泛的应用于地震数据处理高分辨率、反演等问题中.本文基于压缩感知理论,使用l₁-l₂范数约束频谱,基于交替方向乘子法(ADMM)进行反问题的求解,得到基于l₁-l₂范数的高分辨率时频分析方法,并将其应用于地震频散属性的计算中.模型分析表明,本研究提出的基于l₁-l₂约束时频分析具有高时频聚焦性,高抗噪性,适用于地震信号的时频分析.实际数据表明,基于l₁-l₂范数的时频分析具备...     

近场P波频谱分布及震级确定方法

通过研究国内12个4~7级地震的近场P波前3秒加速度波形记录的频谱分布, 我们发现, 对于较大的地震, 近场通常接收到的低频信息比较稳定, 尤其是1 Hz以下的信号。 通过对3秒初至P波震相加速度记录的低频窄带滤波及对传统震级公式的改造, 我们得到了4个低频段的震级计算公式M₁, M₂, M₃, M₄及预警震级计算结果M_n。 将其应用到日本13个4~7级的地震中, 并对比目前主流Pd震级计算方法, 我们的结果离散度与可靠性更好。 因此, 可认为我们得到的震级公式是较可靠的一种估算近场震级的方法, 并且可以应用到地震预警中。     

探测一阶模态三重分裂的MSE技术和SHS方法的比较研究

完全剥离一阶模态_nS₁的三重分裂信号将有助于识别出其全部分裂谱线,进而更好地约束地球内部结构.理想情况下,球谐叠加法(SHS)与多台站实验技术(MSE)均可剥离一阶模态_nS₁的三重分裂信号,但部分学者持不同观点.本文基于对二者的理论分析进一步确认,在自耦合前提下,MSE方法可成功剥离_nS₁的三重分裂信号;而SHS方法在实际应用中无法成功剥离_nS₁的三重分裂信号,但可相对增强目标信号的振幅强度.此外,本文解释了MSE可剥离单线态信号的真实原因,并指出由于MSE未考虑全频段耦合影响,故仅适用于1 mHz以下的低频模态.鉴于超导重力(SG)数据在1 mHz以下比宽频地震数据具有更高的信噪比,因此,为验证本文结论并弄清MSE和SHS的实质,基于模拟数据及SG台站实测数据,本文利用MSE和SHS分别对一阶模态的合成信号及模态₃S₁进行了探测分析.实验结果表明,MSE可成功剥离一阶模态三重分裂信号,SHS则无法完全剥离,验证了我们的理论结论,表明前人部分结果需重新审视与评价.此外,本文基于三种不同方法并利用13个SG 台站数据给出的₃S₁的分裂宽度比分别为1.008, 1.000和1.001,远小于异常分裂判别临界值1.5, 因此,₃S₁应是正常分裂模态.     

JCZ-1型地震仪观测的地球环型自由振荡

本文首次采用JCZ-1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡, 并在2011年日本9.0级地震、 2010年智利8.8级地震和2005年印尼8.6级地震后武汉地震台JCZ-1型地震仪观测到了其激发的环型自由振荡, 从中检测了基振型₀T₂~₀T₆₇和一次振型 ₁T₂~₁T₅₀等振型的本征周期, 与PREM的理论值比较, 误差比小于0.5%, 补充了PREM中未提到的几次振型的本征周期: ₀T₁₁、 ₀T₁₅、 ₀T₁₉、 ₁T₄、 ₁T₅、 ₁T₁₄, 并观测到了日本地震 ₀T₂、 ₀T₆、 ₀T₇和 ₀T₈振型的多峰值现象。 研究结果表明, JCZ-1型地震仪具有良好的观测超低频长周期地球自由振荡的能力。     

新疆喀什原场地地震动频谱特性研究

2020年1月19日和2020年2月21日在新疆喀什地区先后发生M_S6.4和M_S5.1地震,针对新疆强震动台网收集到的128条强震动记录进行统计分析,研究2次地震记录的幅值及反应谱特性,并与两个现行规范设计反应谱进行对比,结果表明：(1)震级相同时,震中距越小加速度反应谱越大,且加速度反应谱衰减速度越慢;震中距相同时,震级越大加速度反应谱越大,且加速度反应谱衰减速度越慢;(2)震级越大加速度谱值、速度谱值、位移谱值越大;(3)M_S6.4、M_S5.1地震波加速度反应谱及其平均值曲线相近,与我国现行规范加速度反应谱相比差别很大。建议在新疆喀什地区采用基于当地强震记录的加速度反应谱进行结构抗震设计。     

中国大陆科学钻探工程主孔地下流体特征及与地震活动的关系初步研究

收集了中国大陆科学钻探主孔工程(CCSD)主孔中117～2045 m深度地下流体某些组分(He、 Ar、 CO₂、 CH₄)的浓度资料和2001年7月1日至2002年4月30日时间段内钻孔周围500 km范围内震级M_L≥1.0地震目录资料, 对其流体资料进行日均值处理、 差分分析和最大相关系数处理。 由日均值浓度看出地震前后He、 Ar、 CO₂、 CH₄浓度存在明显异常; 最大相关系数分析表明, CH₄和CO₂组分两者相关性好, 最大相关系数平均值为0.95, 均方差为0.08, 说明两者可能具有相同的来源。 CH₄和CO₂浓度日均值最大相关系数在地震前后出现明显的异常波动。 主孔中的地下流体特征及与周围地震活动的对应关系揭示大陆科学钻探主孔中的地下流体异常与区内地震活动可能存在一定关系。     

山东乳山震群重复地震P波频散衰减特征分析

利用波形互相关方法识别乳山震群中的重复地震,挑选一组在时间上跨越2015年5月22日M_L 5.0地震的重复地震序列（repeating earthquake sequences,RES）,利用测算单台直达P波第一个周期信号频散衰减特性的方法,估算乳山震群震源区介质品质因子,结果显示,不同路径下Q_m值随时间的变化形态基本一致,即此次M_L 5.0地震前Q_m值升高,临震及震后Q_m值下降并恢复至震前水平。同时,通过对震源区近场及远场应力状态的相关性分析,认为此次M_L 5.0地震发生在远场作用下区域构造应力状态调整过程中,与区域构造的介质状态、断层分布、速度结构密切相关。     

海拉尔地震台重力数据分析

选取海拉尔地震台2016—2020年PET重力观测数据,进行Nakai拟合检验和维尼迪可夫(Venedikov)调和分析,发现Q₁波、O₁波、P₁S₁K₁波、M₂波、S₂K₂波重力潮汐因子和相位滞后存在大幅度异常,在潮汐因子及相位滞后异常时段及异常后一段时间内,国内均有6.0级及以上地震发生。通过对重力数据的非潮汐变化部分进行分析,发现重力数据受到温度和气压季节性变化带来的周期性干扰、仪器零漂和地壳变化等的影响。     

The statistical laws of strong seismic motion phase characteristics

ＴｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌａｗｓｏｆｓｔｒｏｎｇｓｅｉｓｍｉｃｍｏｔｉｏｎｐｈａｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＸｉｎｇＪＩＮ（金星）ａｎｄＺｈｅｎ－ＰｅｎｇＬＩＡＯ（廖振鹏）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｓ...     

Joint viscoacoustic waveform inversion with the separated upgoing and downgoing wavefields in zero-offset vertical seismic profile data

The attenuation of seismic waves propagating in reservoirs can be obtained accurately from the data analysis of vertical seismic profile in terms of the quality-factor Q. The common methods usually use the downgoing wavefields in vertical seismic profile data. However, the downgoing wavefields consist of more than 90% energy of the spectrum of the vertical seismic profile data, making it difficult to estimate the viscoacoustic parameters accurately. Thus, a joint viscoacoustic waveform inversion of velocity and quality-factor is proposed based on the multi-objective functions and analysis of the difference between the results inverted from the separated upgoing and downgoing wavefields. A simple separating step is accomplished by the reflectivity method to obtain the individual wavefields in vertical seismic profile data, and then a joint inversion is carried out to make full use of the information of the individual wavefields and improve the convergence of viscoacoustic full-waveform inversion. The sensitivity analysis of the different wavefields to the velocity and quality-factor shows that the upgoing and downgoing wavefields contribute differently to the viscoacoustic parameters. A numerical example validates our method can improve the accuracy of viscoacoustic parameters compared with the direct inversion using full wavefield and the separate inversion using upgoing or downgoing wavefield. The application on real field data indicates our method can recover a reliable viscoacoustic model, which helps reservoir appraisal.     

电阻率和速度随机分布的MT与地震联合反演

在已有研究成果的基础上,为了适应物性参数剧烈变化的复杂模型并满足联合反演的要求,开发了速度和电阻率随机分布共网格单元模型的建模技术.基于这种统一的物性随机分布的网格介质模型,利用有限元方法和改进的射线追踪法分别正演计算大地电磁场和地震走时,结合改进的模拟退火算法,研究实现了电阻率和速度随机分布条件下的大地电磁与地震资料的同步联合反演.对物性界面不完全一致和物性变化剧烈的带地形复杂模型的试验,表明了该方法在精细反演复杂电阻率和速度结构方面的效果,克服了以往研究局限于简单模型的不足.对地震资料品质差的地区开展的实际资料联合反演,表明了方法的适用性,先验信息约束下的联合反演提高了反演精度.     

三种常用叠加方法提取气枪信号的效果分析

基于安砂水库气枪震源实验资料,采用线性叠加、频谱白化叠加和相位加权叠加三种常用叠加技术进行处理,从信噪比、波形相关性和震相走时差等方面,分析评估三种叠加方法的实际应用效果.结果表明:(1)相位加权叠加方法提高信噪比的能力最强,但是与线性叠加一样,两者都无法有效地消除强干扰,而频谱白化则可以削弱强干扰的影响,有利于信号准...     

Homeomorphic imaging approach — theory and practice

The homeomorphic imaging (HI) approach is a generalization of the common mid-point (CMP) stack to media of arbitrary structures with the following key properties: it collects and enhances useful waves; no knowledge about the velocity structure of the overburden is required for correlation and stacking; and neither the resolution of nor the information about the target objects is degraded by stacking the data. The so-called common reflecting element (CRE) method, which has all three properties, was proposed by Gelchinsky [Gelchinsky, B., 1988. Common reflecting element (CRE) method. Explor. Geophys. 19, 71–75]. However, the CRE method did not only provide a generalization of the CMP method with the key properties; it also has a topological feature that led to the creation of the HI approach. Today, HI can be regarded as a system of methods and schemes for the study of seismic structures that are based on asymptotic wave theory and on fundamental topological ideas. HI is based on a single supposition: it assumes that a target wave exists on the chosen central trace. The next step makes use of the ensemble of all possible wave fronts that can be formed in the vicinity of the central ray corresponding to the chosen central trace. This approach is applicable to a medium of arbitrary structure without the assumption of a seismic model or its parameters.     

带粒子滤波约束的PP-PS联合反演的稀疏解算法

随着地震勘探目标从构造型油气藏向岩性油气藏的转变,地震勘探难度日益增大,这就要求从地震数据中获得更多可靠且具有明确地质含义的属性信息,并充分利用这些属性信息来对储层的岩性、岩相进行分析.AVO三参数反演能够从振幅随炮检距的变化信息中直接提取纵波速度、横波速度以及密度来估计岩石和流体的性质,进而对储层进行预测.然而,AVO反演本身是一个不适定的问题,加上地震纵波反射系数对横波速度和密度的不敏感,会造成单纯利用纵波地震数据进行反演的结果误差大.随着地震接收和数据处理技术的发展,越来越多的学者对PP-PS联合反演方法进行了研究并在实际资料中得以运用.融合转换横波地震数据的联合反演在一定程度上提高了反演的精度,降低了解的不稳定性.但是在信噪比较低的情况下,联合反演的效果受到了限制.本文从优化理论出发,提出了基于粒子滤波提供先验知识的l₁范数约束极小化问题的稀疏解算法.并将上述方法运用到了不同的模型中,通过比较分析,证实了该方法在不同信噪比资料中的有效性和在信噪比较低情况下的优势.     

Implementation aspects of eigendecomposition‐based high‐resolution velocity spectra

In this paper, we discuss high‐resolution coherence functions for the estimation of the stacking parameters in seismic signal processing. We focus on the Multiple Signal Classification which uses the eigendecomposition of the seismic data to measure the coherence along stacking curves. This algorithm can outperform the traditional semblance in cases of close or interfering reflections, generating a sharper velocity spectrum. Our main contribution is to propose complexity‐reducing strategies for its implementation to make it a feasible alternative to semblance. First, we show how to compute the multiple signal classification spectrum based on the eigendecomposition of the temporal correlation matrix of the seismic data. This matrix has a lower order than the spatial correlation used by other methods, so computing its eigendecomposition is simpler. Then we show how to compute its coherence measure in terms of the signal subspace of seismic data. This further reduces the computational cost as we now have to compute fewer eigenvectors than those required by the noise subspace currently used in the literature. Furthermore, we show how these eigenvectors can be computed with the low‐complexity power method. As a result of these simplifications, we show that the complexity of computing the multiple signal classification velocity spectrum is only about three times greater than semblance. Also, we propose a new normalization function to deal with the high dynamic range of the velocity spectrum. Numerical examples with synthetic and real seismic data indicate that the proposed approach provides stacking parameters with better resolution than conventional semblance, at an affordable computational cost.     

伪波阻抗反演和频谱成像技术在琼东南盆地储层预测中的应用

我国琼东南盆地深水区勘探程度低,工区内只有一口刚打到研究层段黄流组顶部的探井,针对该情况,介绍了一种在无井或少井情况下利用速度谱资料进行地震反演的方法.该方法首先利用离工区较近的井进行有井反演,然后结合有井反演过程的认识,利用速度谱资料提取伪井信息进行伪波阻抗反演,并充分利用已有的地质信息来完善无井反演的结果,最后利用频谱成像技术对反演结果进行验证.结果表明,为了获取准确的伪波阻抗数据,需要准确的速度谱数据,且在构造比较平缓、能量集中、质量较好的道集提取伪井资料,并充分利用已知地震、地质信息和频谱成像分析结果,可以减小无井反演结果的多解性.     

储层弹性与物性参数地震叠前同步反演的确定性优化方法

储层弹性与物性参数可直接应用于储层岩性预测和流体识别,是储层综合评价和油气藏精细描述的基本要素之一.现有的储层弹性与物性参数地震同步反演方法大都基于Gassmann方程,使用地震叠前数据,通过随机优化方法反演储层弹性与物性参数;或基于Wyllie方程,使用地震叠后数据,通过确定性优化方法反演储层弹性与物性参数.本文提出一种基于Gassmann方程、通过确定性优化方法开展储层弹性和物性参数地震叠前反演的方法,该方法利用Gassmann方程建立储层物性参数与叠前地震观测数据之间的联系,在贝叶斯反演框架下以储层弹性与物性参数的联合后验概率为目标函数,通过将目标函数的梯度用泰勒公式展开得到储层弹性与物性参数联合的方程组,其中储层弹性参数对物性参数的梯度用差分形式表示,最后通过共轭梯度算法迭代求解得到储层弹性与物性参数的最优解.理论试算与实际资料反演结果证明了方法的可行性.     

共转换点道集S变换谱相似性的多波地震数据横波波场提取技术

横波速度动校正后的共转换点(CCP)道集内,同时刻的各道横波信号S变换(ST)谱与其叠加道ST谱具有相似关系.因此,可基于这种相似关系设计自适应滤波器来提取多波地震数据中的横波波场.首先对共中心点(CMP)道集应用纵波速度动校正并在各道减去叠加道来去除数据中的纵波波场;然后在CCP道集应用横波速度动校正,将地震道振幅水平调整至叠加道振幅水平并做S变换,以叠加道ST谱为参考对地震道ST谱进行自适应滤波,去除数据中的残余纵波和噪声;最后,将滤波结果的振幅水平恢复至滤波前振幅水平.理论和实际数据试算表明,本文方法可有效提取多波地震数据中的横波波场,为多波多分量横波数据处理提供新思路.