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。     

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.     

高频频率预测方法中国区域的精细化研究

提出了一种适用于中国及邻近区域高频天波传播的精细化频率预测方法:该方法基于ITU-R频率预测方法体系,在应用中国参考电离层模型的基础上,利用1976—2006年10个电离层观测站近三个太阳活动周期电离层特征数据的统计分析结果,充分考虑预测参量随空间位置、昼夜以及太阳活动的变化特性,重建了E层、F1层和F2层OWF-MUF和HPF-MUF转化因子的时空映射.利用中国境内2008年1月6条链路和2012年3月9条链路的观测结果,对本文所述方法和ITU-R建议方法进行对比分析,对比结果显示本文所述方法较ITU-R建议方法在预测精度上有了明显的改善:MUF、OWF、HPF预测的均方误差分别降低了0.28、0.16、0.45 MHz,最大误差降低量为0.90、0.55、1.31 MHz,均方相对误差平均降低了4.79%、2.97%和4.91%,最大误差降低量分别为10.14%、8.63%和11.75%.     

地震监测实时仿真对比系统在水库气枪主动源激发观测实验中的应用

气枪震源具有高度可重复性,可用于检测和分析地震监测仪器的响应特性。2016年5—6月,在福建漳州南一水库、永定棉花滩水库进行气枪主动源激发观测实验,使用全球导航卫星系统GNSS、强震仪、烈度计实时采集数据,应用地震监测实时仿真对比系统,将强震仪和烈度计记录信号仿真为位移信号,与GNSS记录的真实位移信号进行对比分析,验证实时仿真对比算法的可靠性、适用条件以及强震仪和烈度计记录位移的能力。结果表明,该实时仿真对比系统具备实时数据接收、数据处理、数据显示功能,实现了各类仪器记录波形的实时对比,具体如下：①GNSS仪器Trimble NetR9记录的GPS信号,与北斗信号差分解算后的精度(水平向精度5mm,垂直向精度10mm)相当;②烈度计VH-GL-LDY与强震仪CMG-50TCDE记录波形具有较好的一致性,采用同一NTP授时服务器,CMG-50TDE在授时精度上的表现优于VH-GL-LDY;③强震仪和烈度计记录的加速度信号可以仿真得到相对真实的位移时程,且仿真位移信号在10—60 s频带范围内与GNSS位移信号的相关性最高。     

针对混叠采集现场质量监控的高性能解决方案

可控震源超高效混叠采集作为一种新的地震采集作业方式,可以做到使用多组可控震源通过采用独立激发与滑动扫描相结合的施工方式,具有采集周期短、作业效率高、采集数据量大的特点,给现场质量监控带来了巨大的挑战.针对这些挑战,本文提出了一套针对混叠采集现场质量监控的高性能解决方案,通过将多线程技术和GPU异构技术与实时监控有机的结合在一起,提高了地震数据质控效率,加快了任务响应速度,缩短了监控周期,充分发挥了计算机软硬件性能,满足了现场质控的性能要求,同时针对混叠采集特点提供了多种配套的质控方法.通过在中东生产项目上的应用,证明该技术能够有力的保障野外混叠采集的施工质量,大大降低野外发生质量事故的风险,在降本增效方面发挥了显著作用.     

基于优化步长的混叠数据编码全波形反演方法

近年来,针对混叠数据的全波形反演(FWI)方法,逐渐成为研究的热点.本文通过引入抛物拟合策略对反演步长进行优化,实现了基于变步长的混叠数据编码全波形反演理论方法.在编程实现算法的基础上,通过简单洼陷和复杂Marmousi模型试算得到如下几点认识:1)不编码混叠数据存在串扰噪声,反演迭代到15次后残差增大,反演不收敛;常规编码FWI串扰噪声减少,误差函数收敛,但出现"锯齿"的反演不稳定现象.2)优化步长编码FWI方法较好解决了反演收敛性和稳定性问题,反演结果误差函数曲线平滑且残差逐渐减小,验证了新方法的正确性和更好的适应性.     

煤矿冲击地压的微地震监测研究

为了研究煤矿冲击地压与岩层在三维空间破裂之间的关系,进而探索依据岩层破裂规律预测和预报冲击地压的可能性,文中采用自行研制的防爆型微地震定位监测（MS）系统,基于定位原理,监测了山东华丰煤矿冲击地压煤层（四层煤）及其解放层（六层煤）开采过程中的岩层破裂过程和二次应力场分布变化的过程,得到了如下结论：冲击地压的发生与岩层破裂密切相关,四层煤下顺槽处于六层煤顶板破裂区的外边缘时,正处于高应力区内,在此处掘进容易引发冲击地压,必须将六层煤下顺槽位置向实体煤侧移动20 m以上,或将四层煤下顺槽位置内移20 m以上,才能消除四层煤的冲击地压;六层煤和四层煤开采时,工作面前方断层活化的距离分别为250 m和350 m左右,根据这一距离,及时对断层带进行卸压处理,可以消除由断层带引发的冲击地压;监测显示了工作面周围岩层的三维破裂形态和范围,为矿井确定防水煤柱的高度提供了可靠的依据;监测证明了厚层砾岩的破裂、断层活化、采场附近关键层的破裂是引起冲击地压的主要原因,证明了所研制的硬件和定位软件具有较高的精度和实用性,可以在煤矿和边坡、隧道等领域应用.     

高频电磁波传播速度在水及淤积砂土中影响因素实验研究

水及淤积土中电磁波传播速度是实现水上探地雷达(GPR)探测数据准确时深转换的关键因素.论文基于探地雷达实测结果分析了水温、盐度、浊度对水中电磁波速的影响和粒径组成、含水量变化对砂土介电常数(电磁波速)的影响,建立了淤积砂土介电常数模型并给出了相应速度计算方法.研究表明水中电磁波速主要受水体盐度影响,随盐度增大而指数减小.淤积砂土介电常数符合Looyenga模型,现场探测时可根据土样三相体积比确定土体介电常数,进而确定土体电磁波速,实现GPR数据时深准确转换.     

基于峰值频率法的组合法估计叠前Q值

为了克服传统的峰值频率法等Q值估计方法精度不高的问题,本文结合了小波能量谱和峰值频率,给出了一种组合法估计叠前Q值的新方法.利用地震波在粘弹性介质中的吸收衰减传播规律,对衰减后的尺度能量谱进行补偿,根据补偿谱和未衰减的参考谱的相似程度与Q值的关系,估计Q值.同时,本文给出一种定量判断小波尺度能量谱相似程度的方法.本文方法首先利用小波变换得到衰减前后的能量谱和峰值频率,结合峰值频率法,给出一个Q值搜索的范围和搜索初值;其次根据本文给出的判定小波能量谱相似程度的方法,搜索出使得参考谱和补偿谱达到最相似时的Q值.理论模型验证了该Q值估计方法的有效性和抗噪性,并且计算效率相对较高.把该方法应用于实际数据,利用估计的Q值进行叠前CMP道集的反Q滤波,验证了本文方法的实际应用的有效性.     

地震监测卫星通信系统中保证带宽策略的实现

随着我国地震观测网络的不断完善,地震监测台站逐步覆盖全国.地震监测卫星通信系统为不具备地面通信条件的偏远山区及部分需要备份线路的台站提供卫星线路.着重研究该系统如何在保证传输可靠性和通信质量的前提下,使用SCPC回传体制根据业务需求高效合理地使用有限的带宽资源.     

起伏地表条件下的混叠数据最小二乘逆时偏移

剧烈起伏地表给地震成像带来巨大挑战.提出了一种曲网格-矩形网格耦合机制,并将耦合网格机制应用到最小二乘逆时偏移中,推导了辅助坐标系下的梯度公式、偏移算子和反偏移算子,提出了起伏地表最小二乘逆时偏移方法,在起伏地表复杂构造的成像中起到了很好的效果.对于混叠数据,采用最小二乘逆时偏移技术可以压制成像过程中的部分串扰噪声,同时引入静态编码技术可以进一步压制串扰成像噪声,最后通过整形规则化滤波技术可以很好地消除串扰成像噪声.     

一种优化的复曲波变换压制混叠噪声方法

高密度采集可以提高地震资料品质,改善成像精度,但也会增加地震采集成本.为了提高采集效率降低生产成本,混采技术得到了推广应用.但是该采集方式会产生严重的混叠噪声,降低地震数据的信噪比.针对此问题,本文结合中值滤波、动校正(NMO)和复曲波变换阈值去噪的优势,设计了一种优化的复曲波变换压制混源噪声方法.该方法首先采用大步长中值滤波对经过NMO处理的数据进行滤波,再利用基于复曲波域的阈值去噪方法提取剩余信号,计算滤波结果的伪分离记录和原始混叠数据的差值,再将该差值返回到第一步进行迭代,每次迭代中值滤波步长逐步减小,直到达到初始设定的期望信噪比为止.与基于F-K域和curvelet域的迭代阈值方法相比,本文方法可以在压制混叠噪声的同时,更好的保护有效信号,由于本文方法仅需较少的迭代次数,计算效率也可以大大提高.     

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.     

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.     

实时地震监测台网中Voronoi图生成算法的改进

地震预警是近年来发展起来的地震监测新技术和震灾防御新手段,实时地震监测台网中Voronoi图生成算法研究可为地震早期预警系统提供有效的技术支持。在对Voronoi图逐点插入算法进行分析研究的基础上,结合实时地震监测台网运行实际,提出了改进后的局部三角网格生长法,能够快速有效生成除中断台站之外正常运行台站的Voronoi单元,同时有效约束凸壳的生成。与传统方法相比,该方法生成的Voronoi图不失精度,但运行时间更短。     

基于叠前反演的流体敏感属性实验研究及应用

提取叠前地震振幅信息的叠前反演技术已成为储层预测的重要手段,其能获得各种岩石弹性参数,丰富储层预测方法.因目标储层的差异性,优选并建立有利的流体敏感参数对储层流体检测尤为重要.本文基于岩石物理实验, 测量并分析了岩石弹性参数随流体饱和度的变化特征, 进一步根据岩石物理理论建立组合流体敏感参数, 达到对油气检测的最佳敏感效果.定义了流体敏感量,定量分析岩石弹性参数的流体敏感性.最后本文在X区块进行了叠前地震反演的应用, 结果表明通过岩石物理实验分析并建立获得的流体敏感参数能明显的提高储层的识别能力.     

基于频率-慢度域叠前地震记录的合成与并行方法研究

正演模拟是叠前弹性波反演的基础.采用慢度法计算层状介质的叠前地震记录,分别对频率和慢度进行积分变换得到时-空域的地震道集,并对在慢度积分过程中产生的计算噪音提出了解决方案.为得到高精度合成地震记录,需将地层细分,但地层层数很多时,计算量较大;而对地层粗分虽然会大大加快运算速度,但合成记录会丢失很多信息,文中给出了地层的划分原则.该方法能够计算出包括转换波和多次反射在内的全地震响应.但在提高合成记录精度的同时,也导致计算量增大、计算效率降低,因此,本文对基于慢度法全波场模拟进行了并行算法设计,采用计算域分割、工作池并行技术,建立了慢度法全波场正演模拟的并行算法,使得弹性波正演问题求解更加高效,为充分利用叠前地震资料进行叠前反演提供了研究基础.     

九寨沟MS7.0地震前的地磁高频增强现象

2017年8月8日,中国四川省九寨沟发生MS7.0地震.关于这次地震,在发震构造、动力背景等方面已有一些研究报告,基于地壳形变、重力场变化的震前异常也有研究结果 发表.四川省松潘台和道孚台是震中附近、数据质量较好的两个地磁观测台,本项研究利用2017年这两个台垂直向观测的连续记录,使用多尺度小波分解方法 ,抽取了细节d...     

云平台下地震监测台网软件系统的应用方案研究

针对数字化地震台网JOPENS软件系统的技术特点及功能需求,在对当前各种主流云计算平台进行比较的基础上,基于较为合适的阿里云计算平台,提出了在云环境下部署JOPENS系统的应用方案。测试结果表明JOPENS系统部署在云环境下能够提升测震台网中心运行的稳定性及可扩展性,并节约运行维护成本。该研究对于当前三网融合新形势下云南省地震台网的建设及运行工作具有借鉴意义。