关于地震观测系统中滤波器的讨论

用于定点连续观测的地震观测仪器,产出的观测数据是一个时间序列,反映了被观测量随时间的变化。本文将地震观测系统中任何与频率特性有关的信号处理过程均视为滤波器,如传感器的频率特性、数据采集过程中的抗混叠滤波等,对地震观测系统中的滤波器进行了深入讨论。实际工作中往往认为慢变量信号中不存在高频分量,使得在数据采集过程中忽视了抗混叠滤波器的应用,从而在实际观测中导致频率混叠干扰时有发生。针对这一问题,本文通过模拟计算的示例,显示了频率混叠干扰对观测数据质量的影响,解释了分量应变分钟值观测数据中同震响应波形的不合理现象,进一步阐明了数据采集过程中抗混叠滤波器的重要作用。     

一种基于同相轴追踪的炮混叠记录分离方法的研究与应用

海上地震勘探中为提高采集效率会采取连续采集方案,导致地震记录尾端与下一炮起始记录重合,这种现象对浅层地震处理影响不大,但是会完全掩盖深层地震信号.由于混叠噪声与真实信号属于同方向及同震源采集,其频谱完全重叠,常规的噪声压制方法无法完全压制混叠噪声.本文提出了一种基于同相轴追踪的混叠记录分离方法,利用时域上混叠噪声与真实地震信号时距曲线的曲率差异得到混叠噪声的模型,再利用最小平方约束反演方法进行自适应相减,使有效信号误差最小,最终完成混叠炮集分离.通过理论分析与正演测试,混叠衰减的关键在于求取可靠的混叠模型,而自适应衰减则控制细微振幅与相位差异.通过对实际地震资料进行处理,并与F-K滤波方法进行了对比,证实了该方法的有效性.     

联合高频GNSS和强震数据快速反演四川泸定6.8级地震断层破裂特征

北京时间2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形,并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明：高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的震中相差32 km,与中国地震台网中心发布值相差16 km;高频GNSS反演的震级,与两个机构均仅差0.1个震级单位.针对地震预警、震后快速响应等时效性应用,提出了一种联合高频GNSS和强震数据的线源破裂特征快速反演方法.泸定地震实验结果表明：在震后20 s时可获得稳定的线源模型,破裂长度、方向和破裂模式值分别为33.3 km、151°和0.6,破裂方向与USGS震源机制解断层走向相差14°,反演的断层破裂模式为双侧破裂.提出的地震断层破裂特征快速反演方法可用于地震预警、震后灾害快速评估以及紧急响应,同时可为今后联合高频GNSS和强震数据快速测定地震破裂特征提供参考.     

基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解压制高频噪声

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中提高信噪比的关键性问题.本文针对f-x(频率-空间)反褶积空间预测滤波器无法处理非平稳、非线性信号的缺点,提出了一种基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解(Empirical Mode Decomposition in the frequency-space domain,f-xEMD)压制地震剖面中高频噪声的方法.该方法采用全域高通滤波从原始数据中分离出含有部分有效信号的高频数据,将其变换到f-x域,然后在滑动的短窗口内提取每一个频率的空变数据序列进行EMD分解得到高频复本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)IMF1,将所有频率的IMF1序列反Fourier变换到时间域得到噪声剖面,将其与原始数据相减,达到高频噪声压制的目的.该方法可克服传统EMD分解方法中的模态混叠现象,保护陡倾角反射同相轴;压制后的噪声剖面中不包含有效信号能量,地震剖面的信噪比得到了提高.模拟数据和实际数据处理结果充分证明了该方法的有效性.     

基于混叠震源和频率组编码的频率域自适应全波形反演(英文)

全波形反演是一种高精度的地震成像方法,可以对地下介质物性参数模型进行准确的重构。然而在实际应用中,尤其是在三维复杂介质反演中,计算成本太大是该方法的一个重要缺陷。将混叠震源技术引入到频率域全波形反演中可以大幅度地降低计算成本,提高反演效率。但是使用震源编码技术也带来了两个问题:一方面,参与编码的各个震源之间会产生"串扰噪声",导致反演结果中出现假象;另一方面,基于震源编码的频率域全波形反演方法周围噪声较为敏感,使该方法对含噪数据反演质量较差。本文引入一种频率组编码方法来压制"串扰噪声",并基于震源编码技术提出一种频率域自适应全波形反演方法,通过一个与频率相关的自适应选择机制,将常规频率域全波形反演方法和基于震源编码的全波形反演方法联合起来,在保证反演质量的同时也最大程度地提高了反演效率。     

改进HHT算法在地震动特性分析中的应用研究

本文首次提出了HFBG-EMD的HHT改进算法,将滑动平均3次B样条求均值方法与改进的滤波终止条件相结合,大大减小了传统的EMD分解滤波次数,并提高了HHT的原有精度。对用该方法求出的各阶IMF函数进行瞬时频率变换后发现,它对减小各阶IMF瞬时频率的带宽和提高地震动主频特性的作用比较显著。此外,本文还采用了先在原始地震信号中加入高频正弦谐波再进行分解的方法,有效消除了传统方法中一直难以克服的IMF模态混叠及瞬时频率畸变现象。     

地震属性技术在四维地震监测中的应用

四维地震(4D seimic)主要是指利用重复三维地震测量资料进行油藏动态监测。在油田开发过程中,由于储层特性变化所引起的地震振幅异常、频率变化以及反射同相轴下拖现象等均可作为注蒸汽波及范围四维地震监测的良好识别标志。由于叠后地震资料中常常存在动校正速度不准、动校正拉伸畸变、剩余静校正误差、以及CDP道集中各道波形的差异性等多方面的问题,这会对叠后地震资料所反映出的四维地震异常特性产生影响,造成解释结果的差异性和不确定性。为此,本文尝试开展叠前地震属性反演研究,利用瞬时频率、瞬时频率梯度、能量衰减85%时的频率、最大振幅频率、最大振幅、总能量等多种衰减属性的叠前剖面及其差值剖面来定性解释四维地震实验区的注入蒸汽在剖面上的反映。     

高频GNSS实时地震学与地震预警研究现状

为实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,如何提高地震灾害监测预警和风险防范能力成为我们关注的重点.本文给出了国际上GNSS位移记录、强震动加速度记录、测震速度记录在地震预警中的应用现状,并总结了各自的特点,归纳出围绕高频GNSS地震学在震级与破裂过程实时反演中的几个需要进一步研究的关键问题：（1）引入北斗系统,基于高频GNSS（GPS/BDS）双系统的实时位移解算方法来提高实时单站位移解算精度,使实时解算精度达到厘米级;（2）开展强震仪加速度记录基线偏移校正研究,弥补地震近场GNSS站密度不足问题;（3）强震仪加速度记录与GNSS位移记录特点不同,开展强震仪加速度数据与GNSS位移数据实时融合处理研究,快速获得包含丰富地震形变和速率的波形数据;（4）测震学方法可快速估算震级,但是在强震发生时会出现震级饱和现象,造成震级估算偏低.需要开展基于GNSS位移时间序列的多种方法相结合的实时震级估算方法研究,通过与地震学方法比较和结合,来得到精度高、计算快的震级估值算法;（5）基于高频GNSS、断层初始模型快速选取、断层尺度、参数自适应调整是快速判断断层破裂方向的基础,在断层破裂过程自适应准实时反演算法方面需要进一步加强.通过国内外研究现状调研、分析,表明基于高频GNSS地震学的震级快速确定、震源破裂过程准实时反演算法的发展将对我国地震预警系统从"二网融合"到"三网融合"提供坚实的技术支撑.     

强震变形的地震大地测量监测与研究

地震大地测量是将大地测量（特别是空间大地测量）与地震学及构造地质学进行融合的新兴交叉学科,其可用于监测地震孕育的地球物理背景场及动态变化过程,对相关形变实现了10²a～10^-2s的宽频带监测,基本弥补了地震学与构造地质学间的频率空白。以多频带的地震大地测量技术（GNSS、InSAR、高频GNSS）为支撑的陆态网络工程,不仅获得了中国大陆长期的地壳运动图像,而且在强震形变监测中发挥了重要作用。汶川、芦山、尼泊尔廓尔喀及九寨沟等地震的研究成果表明,高频/静态GNSS、InSAR、精密水准相融合的多频大地测量,极大地拓展了地震形变监测的时空频域,促进了大陆型地震的相关研究,为地震预测预警研究奠定了基础。然而,目前使用的地震大地测量资料有限,同时,我国地震大地测量监测网络也有待不断加密和优化。     

利用高频GPS反演强震发震时刻和震中位置

<正>1研究背景针对全球地震等各种地质灾害的频繁发生,研究人员对地震相关方面的研究不断深入,而随着高频GNSS设备的出现和处理方法的不断改进,高频GNSS成为地震相关研究热点。地震发生后第一时间获得发震时刻、震级及震中是后续预警及应急的基础。传统地震仪在强震（M> 7）发生时,会出现限幅、饱和、系统偏差及信号扭曲等现象,给地震参数的获取带来困难（Bilich et al,2008）。例如,2011年日本3·11地震发生时,受传统地震仪对强震记录饱和等现象的影响,测定震级偏小,震后灾害被低估,由此造成严重的人员伤亡。     

频率域全波形反演方法研究进展

全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力.根据研究需要,全波形反演既可在时间域也可在频率域实现.频率域相对于时间域反演具有计算高效、数据选择灵活等优势.近十几年来频率域全波形反演理论在波场模拟方法、反演频率选择策略、目标函数设置方式、震源子波处理方式、梯度预处理方法等方面取得了进展.目标函数存在大量局部极值的特性是影响反射地震全波形反演效果的重要内在因素之一.如果将Laplace域波形反演、频率域阻尼波场反演、频率域波形反演三种方法有机结合,可以降低反演的非线性程度.     

高频GNSS形变波的震相识别：模拟实验与实例分析

高频GNSS震时形变波震相及识别是GNSS地震学的重要内容.在实时数据处理基础上,本文利用振动台的高频GNSS观测实验,并结合近期部分大震的高频GNSS形变波震相特征进行研究.数据处理结果表明,实时处理与事后处理的精度在同一量级,且与采样率无关.通过与同址观测强震仪和地震计记录的对比及特定震相的频谱分析,发现高频GNSS可完整记录P波、S波、Love波及Rayleigh波震相,影响震相记录的主要因素是GNSS定位精度与震级,而仅当震中距很小时,采样率将产生一定影响.研究结果得出：基于地震波传播规律,利用高频GNSS台阵记录的形变波空间分段特征,结合震相运动轨迹及其他地震波记录,可实现实时高频GNSS形变波的震相识别.     

自适应VMD的地震资料高分辨率处理方法研究

随着勘探开发的不断深入,常规地震资料受分辨率的限制难以满足精细勘探开发的需求.由于地震信号不同频率成分的衰减程度不同,故可结合分频技术对各频率成分进行差异化补偿,进而提高地震资料分辨率.而常规分频技术普遍分频精度不高,存在模态混叠现象,不能较好地适用于地震资料处理.针对上述问题,本文提出基于自适应变分模态分解(VMD)...     

叠前FAGVO计算方法及应用（英文）

地下储层含烃类流体引起地震信号频率的衰减,目前对叠后地震资料的频率衰减研究较多,但是涉及叠前道集上的频率衰减研究较少。作者综合叠前AVO的计算公式及频率衰减积分计算式,对叠前部分叠加角道集的频率衰减梯度差值(Frequency Attenuation Gradient vs.Offset,简称FAGVO)的计算公式进行了推导,显示完全弹性介质的FAGVO为零,粘弹性介质的FAGVO为负值,且FAGVO的绝对值大小与介质粘度、频率变化、反射系数及高频的衰减有关。FAGVO可以消除部分影响地下岩层频率变化因素的干扰,从而突出含烃储层频率衰减梯度的异常,达到利用叠前部分叠加道集进行含烃类流体检测的目的。该方法经过二维波动方程正演模型的验证,检测效果理想,且该方法对钻井信息的依赖较小,可应用于油气地震勘探阶段,尤其是无井区的勘探,既经济又高效。     

基于递归高通滤波的经验模态分解及其在地震信号分析中的应用

将地震信号分解成包含频谱互不重叠的单主周期的分量有利于地震信号的分析.分析了经验模态分解(EMD)中模态混叠的内在原因和已有的解决方法,梳理了解决模态混叠的思路框架,进而提出了一种新的基于输入递归高通滤波的EMD算法.首先用递归高通滤波器将信号预分解成频率由高到低的多个分量,实现信号的等价带通滤波,再用EMD对各带通分量按频率高低逐级递归筛分,获得完备的经验模态分量.通过合成信号和地震信号的仿真实验表明,该算法较好地克服了模态混叠,获得了频谱互不重叠的单主周期分量,并成功用于震相分离和分析,为地震信号分析提供了一种新思路.     

Geophonino的开发与编程:一个低成本的基于Arduino技术并用于垂直地震检波器的地震记录仪

通常用于地震勘探的商用数据采集系统都是一些很昂贵的设备。本文中,我们开发了一种低成本的数据采集系统(Geophonino),用来记录来自垂直地震检波器的地震信号。该信号首先通过INA155仪表放大器,这个放大器适用于诸如地震噪声这样的低振幅信号,以及一个基于MAX7404开关电容滤波器的反混叠滤波器。然后,放大和滤波后的信号经过Arduino Due数字化和处理并写入SD存储卡中。将Geophonino设置为连续写入,其中采样频率、振幅增益和寄存时间可由用户定义。完整的原型是一个开源和开放硬件的系统。我们已经把写入的信号与从不同的商用数据采集系统和不同种类的地震检波器获得的信号进行了比较测试。得到的结果显示被测试的测量值之间具有良好的相关性,表明可以将Geophonino作为低成本的地震数据采集替代系统。     

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

逆时偏移中波形光滑性分析与波形校正研究

针对RTM成像波形不光滑的问题进行研究,利用简单模型分析了空间、时间采样间隔对成像波形光滑性的影响。结果表明,空间采样间隔对波形光滑性的影响较大,而时间采样间隔的改变并不能改变波形光滑性。利用三次样条插值,在空间上对RTM成像波形进行插值,可以解决波形不光滑问题。通过复杂模型进行验证,也证明了该方法的有效性。同时对RTM成像剖面沿层地震属性(瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位)进行了分析,结果表明波形经过光滑校正后可以提高地震属性的横向空变稳定性。     

叠后地震反演面临的问题与进展

叠后地震反演技术自提出以来,在储层预测和评价、油藏特征描述等方面得到了广泛的应用.叠后地震反演可以相对快速地将地震波形信息转换为具有地质意义的波阻抗等信息,指导储层的识别与刻画.因此叠后地震反演技术在油气勘探中发挥了十分重要的作用.本文首先就叠后地震反演技术的起源、分类做了简要介绍;然后对影响反演结果的因素进行了归纳,总结出叠后地震反演结果主要受地震频带宽度、子波、地质层位和井信息这4种因素的影响,并系统梳理总结了每种影响因素在叠后地震反演中发挥的作用和目前在优化反演结果中所用的方法和技术;接着分析了反演过程中构建的低频和高频分量是造成叠后地震反演多解性的主要原因,介绍了相关研究成果;最后点明了现阶段叠后地震反演技术存在的问题并展望了其发展趋势.     

利用概率密度分布提取流体观测资料中的高频异常信息——以2008年汶川8.0级地震为例

随着地下流体观测技术的提高,尤其是地下流体观测数字化改造以后,观测资料的采样频率明显提高,这些高频采样的观测资料中蕴含着丰富的构造信息,如何从分钟值甚至更高频率采样的观测资料中提取有用的异常信息,是目前从事地震地下流体资料分析人员最为关注的科学问题之一.本文引入概率密度分布法,分析了2008年汶川8.0级地震前南北地震带及其附近区域72个测点的数字化水位和水温分钟值采样高频观测资料,结果显示:汶川8.0级地震前有16个测点水位和14个测点水温出现高频异常信息,出现高频信息异常的观测点多集中在滇西南构造带,异常出现的时间呈现出由南向北推移的特征.据此认为概率密度分布法在流体资料的高频异常信息提取方面具有一定的可靠性与适用性,可为数字化高频观测资料异常提取提供借鉴.