ObsPy包中的地震事件触发和震相拾取算法梳理

ObsPy包是基于Python语言编写的面向地震学应用的地震数据处理工具软件包,该软件包中实现了5种地震事件触发和2种震相拾取算法。文章主要对这几种算法进行梳理,分析其参数需求与特点,并以临汾台、太原台和大同台3个国家测震台记录到的2016年3月12日运城盐湖ML4.8地震的事件波形为例进行分析,为研究ObsPy包在地震数据自动处理中的应用提供参考与借鉴。     

由长时间连续记录不压制地震信号提取近似格林函数的可行性研究

从地震背景噪声、地震波直达波或者地震波尾波的相关函数中提取近似格林函数(Estimated Green's Function)已经成为地震学研究的一个热点.由近似格林函数中提取面波频散曲线,进而研究地壳和上地幔结构,已经成为地震学研究地球内部结构的一种新方法,其尺度由最初的几十千米发展到全球尺度.从原理上,只要由充分漫射波场的数据计算得到的互相关函数都可以得到近似格林函数,但在地震背景噪声数据的实际处理过程中,需要通过时间域的归一化处理压制地震信号的影响,然后利用频率域归一化压制单色噪声源影响和提高信噪比.但是时间域归一化的常用方法均为非线性,影响进一步提取噪声互相关函数(NCF)中的有效信息.我们通过对比有无时间域归一化和频率域归一化对不同数据进行计算得到了相似的NCF,发现时间域归一化处理并非必需,在此基础上频率域归一化处理也可以省略,由此得到一个简化的处理流程,直接计算长时间的地震记录的互相关函数得到近似格林函数,并且最大限度保留了原始振幅信息,可以更有效地用于研究噪声源.     

ObsPy:将地震学引入科学Python生态系统的桥梁

NumPy和SciPy这两个Python库是十分强大的数值处理和分析工具,适用于多种应用程序。我们开发了一个Python库ObsPy(http://obspy.org),目的是使地震学软件包和工作流程的发展更为便利,也利用这些功能为地震学进入更大的科学Python生态系统建桥铺路。许多领域的科学家希望转化他们现有的工具和程序,以便能够利用Python所提供的这类平台环境,但是经常遇到下述困扰,例如特殊的文件格式、未知的专业术语,以及找不到合适的办法来替代软件中的某一个重要功能。我们提出一种方案,即在科学的NumPy包上层实现特定领域的时间序列库。据此,我们显示了一个时间序列数据的内部抽象表现的具体化实现,它能支持各种不同文件格式的读写。随后我们仔细描述了已充分发挥作用的旧代码的集成与改造,使它们能够在Python编写的现代工作流程之中继续发挥作用。最后我们举例研究如何将科研代码整合到ObsPy中,使其受众更为广泛。虽然本文给出的例子针对的是地震学,但是其中许多概念和抽象方法都可以直接应用于其他学科,特别是那些重点放在时间序列分析上的学科。     

噪声地震学方法及其应用

基于背景噪声的地震方法发展迅速,已广泛应用于全球和区域地球内部结构研究、浅地表地质调查及油气田勘探开发.本文简要介绍了背景噪声的来源,回顾了噪声地震学的发展历程.给出了基于背景噪声的全波场和面波格林函数恢复的公式,较为详细综述了噪声源的分布和记录台站间距对格林函数恢复的影响.讨论了两台站互相关法和空间自相关法获取面波频散特性的区别与理论连接.对基于噪声的面波层析成像法、程函方程层析成像法、空间自相关法的原理进行了总结.介绍了噪声地震学方法在各领域特别是浅地表方面的应用现状.最后简要展望了噪声地震学的发展前景.     

地震背景噪声成像技术研究进展与展望

背景噪声成像技术是21世纪以来地震学研究最为重要的突破性进展之一.该方法不依赖于天然地震事件的发生,利用连续地震记录中普遍存在的"背景噪声",通过不同台站对间连续时间信号的互相关来提取经验格林函数并用以进行地下介质结构成像研究.与传统的天然源地震探测手段相比,背景噪声成像技术从随机场源信号中提取介质结构的信息,具有成像...     

地震背景噪声互相关方法应用研究综述

利用地震台记录的背景噪声数据,进行台站对之间数据互相关以获得反映地下介质信息的格林函数,是目前地震学领域理论研究和实际应用方面的前沿和热点。首先介绍了噪声互相关应用的发展历史,之后对其在面波成像、体波信号提取与体波成像、监测地下介质波速变化与衰减、地震定位、噪声源分析与时移校正等多个方面的应用进行了阐述,最后针对目前背景噪声互相关应用的发展进行了分析与讨论。     

基于波场分离归一化成像条件的被动源数据多次波逆时偏移成像（英文）

随着地震勘探技术的进步,被动源数据越来越受到重视,噪声型被动源数据在自然界和工业生产中广泛存在,利用好被动源数据对随钻测井,大尺度构造勘探等领域有重要意义。本文针对噪声性被动源地震数据等特性,提出了基于波场分离归一化成像条件的被动源数据多次波逆时偏移成像方法。不同于地震干涉法,本方法不需要重构虚拟炮集,对噪声型被动源数据本身偏移成像。将逆时偏移结合多次波成像的边界条件应用于被动源地震数据,并采用波场分离的方法消除逆时偏移的低频噪声问题,同时采用能量归一化的成像条件,克服了被动源震源分布不均匀导致成像能量比例失调问题,同时增强了边缘和深部地层成像质量,且计算效率高。最后用Marmousi模型进行测试,证明了本方法的有效性。     

利用背景噪声研究壳幔结构发展综述

利用背景噪声研究地下结构即对两个台站长时间的地震噪声记录进行互相关计算提取台站间的格林函数,获取面波频散特征,并进一步层析成像或测量面波走时变化.通过该方法可获得壳幔速度结构和对地下介质监测.近些年,该方法在理论上和实践上都有长足进展.首先介绍地震背景噪声应用的发展历史,进而重点论述利用背景噪声对壳幔进行群速度和相速度结构成像、三维剪切波速度结构成像、与其他方法联合成像和对地下介质监测的应用.最后分析了目前背景噪声应用面临的问题,并展望了其发展前景.     

汶川震中区震后波速变化——基于三分量噪声互相关的结果

利用地震背景噪声互相关研究地下介质波速随时间变化是目前地震学的研究热点之一.对于2008年汶川地震引起的地下介质变化多个研究组也用噪声互相关进行了研究,观测到发震断层附近的龙门山地区和四川盆地出现明显的同震波速降低.     

中国大陆背景噪声成像研究及应用前景

对长时间序列的背景地震噪声进行互相关计算可以得到台站间的经验格林函数,这种方法不依赖天然地震及人工震源,仅利用台站记录的背景噪声就能得到地下结构,该方法可以更为便捷地获得地震活动性较低地区的地下构造.随着背景噪声层析成像技术的发展应用,该方法会进一步提高地壳上地幔速度模型的分辨率.本文综述了背景噪声成像技术及其在中国大...     

利用背景噪声进行地震成像的新方法

利用背景地震噪声提取格林函数，即通过一对台站记录的地震噪声进行互相关计算，来近似台站间的格林函数，并进一步通过地震成像获取地下结构的认识，成为最近跨学科研究的热点问题之一.本文首先叙述了其发展背景及过程，然后分别从四个角度，简要介绍了目前对其物理原理的解释.如果该方法能得到进一步的发展，将不再依赖于天然地震以及人工地震，而仅仅利用地震台站记录的地震噪声便可获取高分辨率的地下成像.该方法将会大大促进地震学的发展.     

SeisProc：基于ObsPy库的地震数据处理软件

在已有地震数据处理软件的基础上,为了进一步丰富和完善地震数据处理工具库,基于ObsPy模块库,设计并实现了一款简单易用、可拓展的地震数据处理软件SeisProc。该软件利用ObsPy提供的信号接口,实现了对多种格式的地震数据文件的预处理功能,应用PyQt5库设计GUI,实现数据预览、格式转换、波形绘制和预处理等功能。     

地震背景噪声成像研究综述

地震背景噪声成像方法已成为21世纪地震学的伟大突破之一,其原理是,对2个台站记录的连续背景噪声信号进行互相关计算,得到台站间的格林函数,利用经验格林函数得到面波速度函数,获取面波频散特性,用地震层析成像方法对面波速度进行反演,得到地球内部的速度结构。其应用近年来日益广泛,涉及各向同性和各向异性的速度结构成像、大地震前后速度结构变化监测、体波联合成像、衰减结构成像、地震定位精度提高、噪声源分布和物理起源探究、强地面运动评估等。其优点是不需要等待天然地震或使用对环境构成威胁的人工爆破,所有台阵都可以当作源,拓宽了频带范围,可以获得较多短周期频散数据,提高反演分辨率。     

噪声成像在地震预测研究中的现状与展望

近年来,随着噪声成像方法原理的成熟,其发展迅速,已经被众多学者所关注并广泛应用于地震研究领域.对两两台站记录到的长时间连续背景噪声进行互相关计算可以提取出台站间的经验格林函数,再利用层析成像方法得到不同时段地球内部的速度结构,以此来分析强震前后的波速差异,进而可以应用于地震预测研究.本文介绍了噪声成像的发展背景、方法原理及研究现状,分析其优缺点,并综述了其在地震预测研究中的应用与结果的可靠性,最后探讨其未来的发展方向与需要解决的问题.背景噪声在时间上稳定并可重复利用,有效地避免了传统地震成像因地震定位不精确和台站分布不均匀等因素所导致的不可重复性,有助于对地壳内部的波速变化进行实时监测,分析地壳内部区域应力状态的变化,将会促进地震预测方面的探索研究.     

基于地震背景噪声互相关函数研究介质衰减综述

近年来,基于地震背景噪声互相关函数的地震层析成像技术,在研究地球深浅部结构中获得了广泛应用.目前,绝大多数的背景噪声成像仅仅利用了互相关函数的相位信息,即利用走时来反演地球介质的速度和各向异性特征.利用互相关函数的振幅信息提取介质的衰减仍在研究之中.从背景噪声场中提取的衰减信息可以从非弹性的角度更好地约束地壳和上地幔的精细结构,为地球动力学解释提供更多证据.利用背景噪声提取介质衰减,有两种基本的方法:(1)基于时间域噪声互相关函数的相对振幅随台间距变化,即衰减介质中的地震干涉方法;(2)基于频率域空间相干曲线的拟合,即考虑衰减的空间自相关(SPAC)方法.这两种衰减提取的方法在原理上是一致的.本文分别评述这两种方法的理论发展和处理过程,介绍背景噪声互相关技术提取衰减的应用成果.背景噪声互相关函数幅度受噪声源分布,固有衰减、散射、聚焦和散焦等因素的共同影响,文中对此做了评述.利用背景噪声场提取衰减时,需要谨慎对待这些因素的影响.最后对背景噪声衰减提取和今后的发展前景进行了展望.随着密集台阵的布设和衰减提取方法的不断完善,噪声互相关幅度信息的研究将会获得更为广泛的应用.     

地震勘探中的时间-暴光声学

本文提出用于地下成像无源地震方法的分析,在该方法中应用环境地震噪声作为地下散射体的照明源。该成像算法能够以递归方式将新的数据融入到成像中,这使成像背景噪声随时间减少。在空间域不相干环境背景噪声的假设前提下推导出成像算法的点-扩展函数。点-扩展函数表征成像的分辨率,即接收排列长度和环境带宽的函数。     

井间地震数据的波动方程偏移成像

针对井间地震数据成像技术的一些缺陷并根据井间地震数据的特点,利用井间上、下行反射波信息,提出了一种基于波动方程的井间地震反射波偏移成像技术,该技术既考虑了井间地震数据的运动学特征(时间信息),又考虑了动力学特征(振幅信息).以PC机集群为计算平台,Linux为操作系统,设计了井间地震炮域波动方程偏移成像并行计算流程,并且在64位联想机群上用井间模型数据和某油田的实际数据对该技术和计算流程进行了测试和试处理,试验结果表明成像方法和并行算法正确、实用且计算效率高.     

便携式节点地震仪数据采集和处理技术进展

地震学方法在地球物理的研究中占有重要的地位,便携式节点地震仪凭借着其灵活性、低价格、高效率等特点越来越多地出现在地球物理探测领域.本文基于已有的便携式节点地震仪应用实例,对数据采集流程和数据处理技术进行了简要介绍,还阐述了其在主动源与被动源数据采集中相比于传统采集的差异和优点.相比较宽频带流动台阵,便携式节点地震仪观测形式的主要特点是短周期密集台阵方式.近年来,便携式节点地震仪的短周期密集台阵观测在利用被动源地震开展深部结构探测的应用越来越广泛.本文就SPAC、HVSR、背景噪声成像及接收函数四种方法在节点地震仪的应用中进行了评述,分析了几种处理技术的原理和特点,最后探讨便携式节点仪器相比宽频带仪器的优缺点,为未来发展灵活地震采集技术提供一点参考.     

起伏地表叠前逆时偏移的实现及应用

复杂地表复杂构造是近年来陆上地震勘探的重难点问题.其中,复杂构造成像问题可用叠前深度偏移技术如逆时偏移较好地解决,而地表起伏大、横向变速剧烈引起道间时差大问题则需要采用起伏地表偏移的思路.结合常规地震数据处理,本文提出一种基于起伏面的逆时偏移成像技术流程,该流程利用固定面与平滑起伏面高程差和替换速度将静校正后的叠前炮集反静校正到起伏面上,然后进行起伏面逆时偏移成像计算.将流程应用到模型数据和实际资料处理,结果均表明该流程在复杂地表复杂构造地震成像方面具有很好的效果.     

接收函数的曲波变换去噪

压制横向非均匀地壳介质引起的散射波场对于基于水平分层介质模型的接收函数地壳结构成像及其地震各向异性研究至关重要.虽然通过数据叠加和低通滤波,在一定程度上能够压制散射波场,但也有可能导致不希望的波形畸变、信息丢失或数据分辨率降低.为了避免上述问题,本文将近年来快速发展的曲波变换理论用于远震接收函数的散射噪声压制.与勘探地震学不同,我们面临的主要问题在于地震台站和震源的空间缺失导致的接收函数空间不均匀采样.为此,我们将压缩感知理论与曲波变换去噪相结合,在对缺失数据进行波场重建的同时,实现散射噪声的压制.为了论证方法的可行性,本文进行了噪声压制和波场重建的理论检验.并将本文方法用于处理IRIS全球台网固定台站和川西台阵远震接收函数.结果表明:1)地壳介质横向不均匀引起的散射噪声可以得到有效压制,接收函数的信噪比得到提高,震相的可追踪性得到改善,从而利于进一步的接收函数反演和地震各向异性研究;2)缺失数据可以正确重建;3)本文的方法既可用于单台-多事件的数据集,也可用于单个事件-阵列观测的数据去噪,但单台-多事件数据集的结果优于阵列观测的情况.