基于地震信号波形形态差异的面波噪声稀疏优化分离方法

实际地震信号通常可表示为具有波形特征差异的多种基本波形信号的线性组合,如叠前道集中的工频干扰噪声与有效波信号、面波噪声与体波信号等.选择单一数学变换方法,往往不易实现地震信号的稀疏表示.近年来发展的形态成分分析理论,通过联合多种数学变换,可实现对复杂信号的稀疏表示.本文根据单道地震记录中面波与体波信号波形结构特征的差异性,提出一种基于形态成分分析的面波噪声衰减方法.针对面波的低频、窄带以及频散特性选择一维平稳小波变换作为其稀疏表示字典,而针对体波波形的局部相关特性选择局部离散余弦变换作为其稀疏表示字典,建立基于双波形字典的形态成分分析模型,通过求解该稀疏优化问题获得最终的信噪分离结果.理论模型和实际地震资料处理证实该方法不仅能够衰减单炮地震记录中的强面波干扰噪声,同时能够更好地保护有效信号的波形特征与频谱带宽,为地震资料的后续处理和分析提供良好的数据基础.     

基于Hilbert-Huang变换的地震瞬时属性提取方法及应用(英文)

希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)是一种新的适合非平稳和非线性信号的分析方法,由于地震信号一般呈现出非平稳与非线性特性,因此HHT非常适合地震信号的分析。本文首先介绍了HHT中关于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的实现过程,在此基础上分析了几种基于EMD获得本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)来计算瞬时频率的算法,其中利用了两个采样间隔瞬时频率的平均来计算瞬时频率,较好地反映了地震信号频率成分随时间变化的特征。将该方法应用于四川东北部某地区海相碳酸盐岩地层三维地震叠后偏移数据处理,提取"三瞬"地震属性,与传统的希尔伯特变换提取的"三瞬"地震属性进行对比,结果表明基于HHT的"三瞬"地震属性结果具有更高的分辨率,IMF2的瞬时相位能够较好地刻画台地边缘生物礁相,IMF2的瞬时频率亦具有较好的分带性。将IMF2的"三瞬"地震属性与钻井等资料结合分析,能够更好地识别沉积相的分布。     

基于尺度变换随机共振的瞬变电磁弱信号检测

晚期瞬变电磁信号是大参数、多频率、且各频率分量未知的电磁信号,特别在晚期还是强噪声背景下的微弱信号.随机共振系统可以在极限信噪比的情况下提取微弱信号,但仅适用于小参数、单一频率或频率已知的高频信号的情况.为此,本文提出一种基于尺度变换的随机共振算法用于检测晚期瞬变电磁信号,该方法充分利用了随机共振检测弱信号的优势,通过引入尺度变换,消除了随机共振系统对待测信号频率的限制,在绝热近似理论下,实现了从强噪声中提取出微弱晚期瞬变电磁目标信号.理论分析和仿真结果表明:对埋在强噪声中的未知频率的晚期瞬变电磁信号,采用连续的压缩算法,以获得一个适当的输入信号到随机共振体系,根据输出信号共振谐振峰的变化,经反变换运算可得待测弱晚期瞬变电磁信号的各个未知频率,各个频率的叠加即可还原晚期瞬变电磁信号.与传统方法相比,本方法数据采集量和采集时间都减小到原来的几十分之一,能在极限信噪比(信噪比-50 dB)下,提取出目标信号,为获得深层目标信号提供了可能,从而提高了瞬变电磁探测仪器的探测深度和探测精度.     

天然地震与人工爆破波形信号HHT特征提取和SVM识别研究

天然地震和人工爆破信号属于非线性非平稳信号,而传统信号分析方法是针对线性系统平稳信号的,本文采用希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang Transform,简称HHT)试图提取可明确区分天然地震和人工爆破事件的波形特征.通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)把原信...     

土洞对岩溶场地地震动参数影响研究

为研究土洞对岩溶场地地表地震动参数的影响,选取广西桂林市某岩溶场地,分析土洞的存在对地表地震动峰值和频谱的影响。依据场地地震反应分析理论,建立包含土洞与不包含土洞的有限元模型并进行地震反应分析,应用计算结果中1-3层土体表面中心点的地震动,作为原始信号输入,进行FFT(离散傅氏变换的快速算法)转换,得到场地各层土体表面中心点的频谱分析图。分析结果表明:(1)土洞的存在对地表峰值速度和峰值位移影响相对较小,对峰值加速度影响较大,且越上层土体地震动参数受土洞影响越大;(2)包含土洞的加速度频域分布峰值大于不包含土洞的岩溶场地,并且包含土洞与不包含土洞岩溶场地主要(卓越)频率分布在0-5Hz范围,分布较集中,峰值加速度对应的频率在2.5Hz附近。     

三维层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波源自由场

采用刚度矩阵方法结合Hankel积分变换,求解了层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波的自由波场.首先,在柱坐标系下建立层状黏弹性半空间的反轴对称(柱面SH波)和轴对称(柱面P-SV波)情况精确动力刚度矩阵.进而由Hankel变换将空间域内的球面波展开为波数域内柱面波的叠加,然后将球面波源所在层的上下端面固定,求得固定层内的动力响应和固定端面反力,将固端反力反向施加到层状黏弹性半空间上,采用直接刚度法求得固端反力的动力响应,叠加固定层内和固端反力动力响应,求得波数域内球面波源动力响应.最后由Hankel积分逆变换求得频率-空间域内球面波源自由场,时域结果由傅里叶逆变换求得.文中验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中球面SH、P和SV波为例分别在频域和时域内进行了数值计算分析.研究表明基岩上单一土层中球面波自由场与均匀半空间情况有着本质差异;基岩上单一土层中球面波位移频谱峰值频率与场地固有频率相对应,基岩面的存在使得基岩上单一土层地表点的位移时程非常复杂,振动持续时间明显增长;阻尼的增大显著降低了动力响应的峰值,同时也显著减少了波在土层的往复次数.     

基于广义模型约束的时间域航空电磁反演研究

由于航空电磁具有海量数据,因此快速有效的成像和反演手段至关重要.本文针对层状介质模型推导与实现了广义模型约束条件下时间域航空电磁一维反演.从正则化反演的目标函数出发,通过改变模型约束项构造Lp范数反演和聚焦反演,进而通过改变模型求解域构造出基于小波变换的稀疏约束反演.针对不同反演方法目标函数的构建方式,本文进一步从数学原理上分析不同反演方法的预期效果,并通过理论模型和实测数据进行验证.结果表明L0.8范数反演、聚焦反演和基于小波变换的稀疏约束反演可以得到更符合地下层状介质陡变界面的反演结果.

     

辽河西部凹陷欢喜岭地区沙河街组层序界面的识别

对辽河西部凹陷欢喜岭地区层序地层的研究,总结出4种层序界面的识别方法:①钻井、测井资料;②泥砂比曲线;③小波变换;④地震时频分析。方法①表现为在沙河街组各三级层序界面处,岩性、相序、曲线形态和幅值有不同程度的突变;方法②表现为在一个完整的三级层序中,泥砂比曲线由小变大再变小,其中泥砂比值最大处为最大湖泛面(MFS)位置;方法③表现为在一个完整的三级层序中,谱系图从低频到高频再到低频的变化,在系数曲线上表现为一个或近似一个完整的振荡旋回,其中谱系图中高频部分对应着最大湖泛面位置;方法④在剖面上层序界面处为低频部分,高频部分是最大湖泛面位置。通过测井与地震信息相结合,综合运用4种方法识别出7个层序界面和6个最大湖泛面,由此建立了研究区的高精度层序地层格架。     

消频散变换反演海底地声参数

提出1种将消频散变换应用到海底地声参数反演的方法。对单一水听器接收声压信号进行消频散处理后,根据群延时差建立代价函数,反演得到主要海底参数,最后根据贝叶斯统计理论给出了待反演地声参数的边缘后验概率密度。对单层波导进行仿真证明这种新方法的有效性。     

小波变换压制噪声在单道地震资料处理中的应用

海洋区域地质调查中,单道地震勘探以其高分辨率、方便快捷等优点成为揭示浅地层地质构造的重要手段之一.结合前人研究成果并出于保护信号的完整性,对低频部分的噪声采用带通滤波进行滤除,而对高频信号中的随机噪声采用小波阈值去噪方法进行压制处理.在小波阈值去噪过程中,通过比较选用最佳小波基函数sym5对地震剖面进行三层小波分解.结果表明:两种阈值去噪方法在带通滤波的基础上进一步提升了剖面的质量,使得反射层面变得连续可追踪.软阈值去噪滤掉了剖面上的较多信息,去噪效果较为彻底,硬阈值去噪则保留了较多的细节信息.