气枪震源波形走时变化分析的反褶积处理

利用云南省宾川主动源基地周边10km范围内7个流动台站2017年2月气枪震源集中激发时段记录的气枪信号,使用干涉法计算了直接使用波形和将波形与参考台反褶积后的格林函数两种处理方法下气枪信号的走时变化。使用了气枪震源附近不同方位角的两个参考台的数据,以分析不同参考台对走时变化结果的影响。结果表明:反褶积能较为有效的压制气枪震源的时间、空间和频谱轻微不重复性导致的走时变化;反褶积能降低一些来源不明的伪走时变化;使用CKT2的数据反褶积的结果略优于CKT0,其可能原因是气枪阵列沿方位角的非均匀辐射。     

云南宾川大容量气枪震源波形频谱特征分析

2011年云南省地震局、中国地震局地球物理研究所在云南省宾川县大银甸水库开展了大容量气枪激发实验。为了深入研究气枪震源激发波形的特征,本文对不同距离台站记录的波形进行了频谱分析,对气枪激发震源的能量进行了计算,并将彩凤台气枪信号的波形、频谱特征与天然地震进行了对比分析。结果表明,1次激发相当于M_L0.7的天然地震。对相近震级天然地震波形的频谱与气枪激发波形的频谱进行对比后发现,气枪震源激发波形频率小于15Hz,主频多数集中在2~5Hz;气枪震源激发的地震波中低频信号较相当震级的天然地震明显;1次激发释放的能量为8.90×10~6J,相当于2.4kg硝铵炸药的当量。     

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...     

基于小波谱能量曲线EWT的面波压制算法

面波提取和压制是地震资料处理的关键问题之一,对地震资料处理的准确性具有重要影响.针对传统地震面波压制算法面波分离精度低、有效波损伤大的问题,提出一种基于小波谱能量曲线(Wavelet Spectrum Energy Curve,WSEC)经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)的面波压制算法,该算法利用连续小波变换(Continuous Wavelet Transform,CWT)精细化的时频分析能力得到地震信号的WSEC,从频率和能量两个维度对信号进行自适应分解,提高面波提取精度.首先对地震记录进行CWT,根据小波谱计算各频率点的能量得到WSEC;基于WSEC极大值点的频率及ε邻域法确定频谱分割边界进行改进EWT,得到依能量和频率分解的各固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);根据各子频带的频率和能量确定面波IMF,最后对面波IMF进行带通滤波以保护其中的有效波.仿真实验表明,算法能根据地震信号的频率和能量自适应分解,实现面波的精准分离与提取;实际地震资料处理表明,算法能准确分离面波,能最大限度保护有效波,提高资料信噪比,是一种有效可靠的面波压制算法.     

利用反投影方法计算陆地有限水体气枪震源激发过程

陆地大容量气枪震源可用于区域尺度地球物理结构及变化的勘测.对气枪震源在有限水体内震源过程的研究,有助于我们深入了解气枪信号机制及气枪信号不同震相产生的成因.然而由于有限水体中大容量气枪激发的复杂物理过程,特别是复杂固液界面的存在,目前却没有较好的理论模型用以描述陆地气枪震源信号的能量传播特征.反投影方法是一种计算震源破裂过程的方法,能在动力学参数有限的情况下得到较优的结果.本文以此提出了一种修改的反投影方法,以用于模拟气枪震源激发过程中的能量分布图像.将气枪的激发分解为五个简化的物理过程,并分别建立数值模型,计算每个模型的理论波场,用作新方法的输入数据.通过对五个数值模型的数据计算发现,该方法可以准确地得到气枪激发后水体中的波场形态的变化,能够分辨出气枪激发过程中的气枪激发、气泡上浮、气泡震荡等过程,刻画能量分布特征,并且发现水听器足够密集与合理布置能达到更好的效果.该方法可以为气枪震源的快速评估及气枪震源的有效应用提供参考.     

匹配追踪算法及其在煤层气富集区预测中的应用

为了更准确地刻画地震信号的时频信息,实现高效率的时频谱分解,本文引入一种基于复数道地震记录的匹配追踪算法,阐述了该算法的基本原理和具体算法流程,基于合成记录进行了匹配追踪算法的抗噪能力和端点效应分析,并对实际煤田地震资料进行了匹配追踪的计算和分析.结果表明:1)匹配追踪算法更适用于信噪比为10dB以上的信号;2)端点平滑方法的引入可有效提高算法的准确性,解决了因端点振幅值过大导致的算法陷入局部匹配的问题;3)实际煤田地震资料中,煤层气富集区下部具有低频能量强、高频能量弱的特点,可将其作为煤层气富集区预测的一个标志.     

新疆呼图壁人工水体大容量气枪信号发射台性能研究

介绍了新疆呼图壁人工水体大容量气枪震源地震信号发射台的选址、建设过程及震源信号特征。从地质构造、历史地震的角度分析了地震信号发射台选址的合理性、必要性以及气枪激发池设计的合理性。利用激发池岸边的低灵敏地震仪记录到的气枪信号,阐述了气枪震源的高度重复性和人工水体气枪震源信号的稳定性,并对信号进行时频分析后得出,气枪信号的优势频率为2~6Hz。最后通过叠加的方法提高信噪比,得到呼图壁气枪震源信号的传播距离约为380km。     

稀疏反演用于消除气泡和增强频谱

由无气泡气枪震源形成的简单波形可以大大简化子波相位函数的确定和控制,可以提高地震数据的地层学分层的可靠性。本文中,我们提出一种创新方法,即通过利用频率-波数域稀疏反演法用于消除气泡和增强频谱。与著名的气枪震源不同,我们使用目标源的概念。目标源是单一波瓣且无气泡的气枪震源。为了反演使用类似目标源获得的地震数据,我们计算一个估计问题。该方法的基本思想是利用卷积和反卷积,由于稳定性因素在时空域存在随机噪声。我们提出当通过频率-波数(f-k)域值约束做反卷积时,利用迭代消除随机噪声。与传统的维纳滤波法相比,此方法可以获取更为接近完美的结果,并消除其他噪声和人工干扰。我们利用一个线性事件合成数据和一个更为真实的Marmousi模型实例来演示此方法的性能。结果表明,此方法能有效地消除气泡影响并填补频谱凹槽。     

基于非二次幂Curvelet变换的最小二乘匹配算法及其应用

本文提出了基于非二次幂Curvelet变换的最小二乘匹配算法.首先,根据输入地震信号的频谱和方向等特征进行非二次幂Curvelet变换,根据其特征不同,最大程度地将有效信号和噪声分开;然后,在噪声能量集中的非二次幂Curvelet子记录上对输入数据和预测的噪声模型进行最小二乘匹配滤波处理.本方法提高了常规最小二乘匹配算法在时间空间域内进行信噪分离的稳定性和准确性.对含有面波的实际地震数据进行测试,其结果表明本方法可以有效地压制面波干扰,特别是当面波和有效信号有交叉或重叠等现象出现时,能较好地保护反射同相轴信息.本方法还可用于对含自由表面多次波和层间多次波等地震数据进行自适应信噪分离.     

气枪震源资料反褶积方法及处理流程研究

不同工作条件下气枪震源产生的信号会存在细微差异,反褶积方法能在一定程度上消除由震源变化引起的记录信号变化。为了去除气枪震源子波信号,获取气枪源到台站之间的格林函数,通常需要选取一种恰当的方法对地震波形数据进行反褶积处理。频率域水准反褶积和时间域迭代反褶积是在接收函数等领域已被广泛使用的2种反褶积方法。本文以云南宾川主动源资料为例,对比了利用这2种方法处理气枪震源信号的效果,结果表明,在计算效率方面,频率域水准反褶积方法更具优势;在处理结果的信噪比方面,时间域迭代反褶积方法表现更好,P波初至也更清晰。此外,进一步讨论了在多炮资料的处理过程中反褶积和叠加等操作的顺序问题,最后提出了从气枪震源资料中提取气枪源到台站之间的格林函数的一般流程。     

立体气枪阵列延迟激发震源特性及在浅海区OBS探测中的应用

利用中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源和海底地震仪(OBS)在我国北部浅海海域开展了人工地震深部地球物理探测试验.基于水深条件和压制水体虚反射、提升低频能量的需要,使气枪震源有足够的输出能量和高品质子波特性,研究了立体气枪阵列延迟激发震源工作机理,经远场子波理论模拟优选了组合参数并进行了海上试验工作.结果表明,中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源,适应了浅水海域的激发环境,降低了由虚反射造成的局部陷波和干扰作用,有效地改善了OBS信号的品质,获得了Ps,Pg,PmP,Pn等多种震相.创新了由中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源在浅海区OBS探测中的应用,也填补了南黄海海域深地震探测数据的空白,为南黄海、渤海深部地壳结构研究及含油气盆地形成演化研究提供了重要的基础资料.     

S变换谱分解技术在深反射地震弱信号提取中的应用

在深反射地震资料处理中,当来自深部的有效弱信号和噪声干扰频带差异较小且难以区分时,传统滤波方法的应用会受到限制.谱分解方法是一种使用离散傅里叶变换,基于信号的频率-振幅谱等信息生成高分辨率地震图像的方法,通常用来识别介质物性横向分布特征,处理复杂介质内频谱变化和局部相位的不稳定性等问题,包括定位复杂断层和小尺度断裂等.S变换作为一种新的时频分析方法,具有自动调节分辨率的能力,近些年来被广泛应用到勘探地震、大地电磁等数据处理中,逐渐成为地球物理方法中噪声压制的有效方法之一.与常规石油反射地震资料相比,深反射主动源地震为了探测深部结构信息,常采用大药量激发方式、长排列观测系统等,导致深部有效信号基本湮灭在噪声干扰之中.针对深反射数据特点,本文结合谱分解和S变换技术,首先设计了简单的脉冲函数实验数据,证实S变换方法的有效性,同时说明谱分解方法的效果受所用时频分析方法影响较大,而其中决定分辨能力的变换窗函数的选取尤为重要.在此基础上,分别应用到深反射地震资料的单道和叠加剖面实际数据上,对比分析了传统变换谱分解和S变换谱分解的应用效果,单道资料对比结果表明:相比传统谱分解,S变换谱分解方法具有自动调节分辨率的能力,能够精确的标定深反射地震资料中弱信号不同时刻的频率分量;叠加剖面资料应用结果表明:由S变换谱分解得到的剖面结果与其他谱分解方法结果整体上具有较高的一致性,同时清晰地刻画出原叠加剖面上被噪声湮灭的低频细节特征,提高了剖面的分辨率及同相轴连续性;对比结果明显看出,Gabor变换谱分解方法得到的结果同相轴较为破碎,分析原因认为这是由Gabor变换的时频分解方法的定长窗函数所致,窗口大小不会随着信号频率的变化来调节长度,只能在处理的过程中根据一定的记录长度范围选取窗函数参数,而S变换谱分解方法在窗函数的选取时,通过时变信号的局部频率特征自动调节窗口长度,能够更好的刻画各个频段的细节特征,在深反射剖面成像应用中效果尤为明显.本文结果表明S变换谱分解技术在深地震叠加剖面上的应用有效地提高了来自深部弱反射信号的信噪比和分辨率,并刻画出了叠加剖面上所不具有的低频细节特征,在实际深反射地震资料处理中能有效保护低频弱信号获得更好的成像效果.本文为深地震反射资料中弱信号的保护处理找到一种有效的方法.     

基于压缩感知的信号重建方法及在气枪震源信号处理中的应用

在气枪源探测过程中,由于各种干扰因素的影响,导致部分有效信号缺失或受随机干扰严重,为了重构出连续完整的数据,依据气枪源信号在傅里叶变换域中具有稀疏性的特点,构建了一种基于压缩感知(Compressive Sensing,简称CS)的缺失信号重建方法。首先进行数值模拟,并将该方法与传统的插值方法处理效果进行对比,对重建效果进行均方根误差及信噪比(SNR)分析,结果显示:压缩感知方法重建前后信号的波形吻合度高、振幅一致性更强、同相轴清晰且连续性相同,对噪声压制较好。综上表明:该方法重建效果优于传统的三次样条插值方法。将该方法应用于实际资料,结果显示受干扰的有效信号能够得到很好的恢复重建。     

Seismic signal analysis based on the dual-tree complex wavelet packet transform

We tried to apply the dual-tree complex wavelet packet transform in seismic signal analysis. The complex wavelet packet transform (CWPT) combine the merits of real wavelet packet transform with that of complex continuous wavelet transform (CCWT). It can not only pick up the phase information of signal, but also produce better “focalizing” function if it matches the phase spectrum of signals analyzed. We here described the dual-tree CWPT algorithm, and gave the examples of simulation and actual seismic signals analysis. As shown by our results, the dual-tree CWPT is a very effective method in analyzing seismic signals with non-linear phase. Foundation item: Cultural Heritage Protection Program of State Administration of Cultural Heritage (200001).     

基于数学去噪后模拟地震信号测试混凝土结构抗震性能的研究

针对当前混凝土结构建筑抗震性能测试方法存在的测试结果准确率较低的问题,提出一种新的测试方法,利用小波函数的伸缩平移操作得到一个函数族,对模拟地震信号进行小波变换。当函数族组成一个标准的正交基时,从连续小波变换中对地震信号进行重构,将去噪后的地震信号作为检测混凝土结构建筑抗震性能的信号样本。利用单自由度体系的动力平衡方程对地震的位移反应、速度反应加速度反应以及恢复力进行求解,通过强度折减系数计算公式和结构最大弹性反应计算公式,计算混凝土结构建筑的强度折减系数和结构最大弹性反应,最后在震动台上对混凝土结构建筑抗震性能进行测试。测试实验结果表明,所提方法可以实现对混凝土结构建筑抗震性能的测试,且测试结果准确程度较高。     

Weak Seismic Signal Extraction Based on the Curvelet Transform

Seismic signal denoising is a key step in seismic data processing. Airgun signals are easy to be interfered with by noise when it travels a long distance due to the weak energy of active source signal of the airgun. Aiming to solve this problem, and considering that the conventional Curvelet transform threshold processing method does not use the seismic spectrum information, we independently process the Curvelet scale layer corresponding to valid data based on the characteristics of the Curvelet transform of multi-scale, multi-direction and capable of expressing the sparse seismic signals in order to fully excavate the information features. Combined with the Curvelet adaptive threshold denoising the algorithm, we apply the Curvelet transform to denoising seismic signals while retaining the weak information in the signal as much as possible. The simulation experiments show that the improved threshold denoising method based on Curvelet transform is superior to the frequency domain filtering, wavelet denoising and traditional Curvelet denoising method in detailed information extraction and signal denoising of low SNR signals. The calculation accuracy of the relative wave velocity variation of underground medium is improved.     

地震信号的复地震道分析及应用

复地震道分析又称三瞬分析,该分析方法可将反映地震信号局部变化情况的地震波的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率等信息分离开.本文应用Hilbert变换求解虚地震记录,用复地震道分析方法求取"三瞬"信息,并用该方法计算了理论合成地震记录的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率,获得了较好的效果.同时,本文也利用该方法对某区块实际地震资料进行了处理,结果表明,复地震道分析方法获得的"三瞬"信息可反映地震信号的局部变化,有助于进行地震薄互层分析,并能提高数据的解释精度.     

基于自适应阈值RCSST变换的金属矿山地地区地震信号随机噪声消减

随着陆地地震勘探工作的加深,勘探环境变得越来越复杂,获得的地震信号信噪比越来越低,这给地震成像和数据解释带来了巨大的困难.为了解决这一技术难题,本文针对云南山地金属矿区的勘探环境提出了一种基于自适应阈值递归循环平移的Shearlet变换去噪算法（Recursive Cycle Spinning Shearlet Transform,RCSST）.首次将递归循环平移与Shearlet变换相结合,利用Shearlet变换的多尺度多方向特性对平移后的地震资料进行分解变换,之后,我们又提出了一种全新的自适应阈值,避免了信号系数被过度扼杀,同时也保护了有效信号.实验表明基于自适应阈值的RCSST算法克服了传统Shearlet变换去噪算法在低信噪比下易出现假轴的弊端并且能够有效地保护信号的幅度.在处理较低信噪比的模拟和实际云南山地地区地震资料的过程中,本文方法能够较好的压制随机噪声和保护有效信号.     

主动震源在中国区域尺度及水库地震监测中的应用

综述精密可控震源与陆上气枪2种主动震源特性及在国内区域尺度上的应用,估算观测介质波速随时间变化的精度,探讨主动震源在构建水库地震观测介质波速随时间变化中的系统应用。