从背景噪声提取瑞利面波频散曲线——方法与应用实例

利用地震背景噪声提取台站间的面波频散信息,进而进行地下结构研究是目前地球物理学的研究热点之一.本文详细介绍了该方法的发展历程,并以流动台阵和固定地震台站数据为例给出了较为详细的噪声数据处理过程,重点阐述了如何利用地震背景噪声提取瑞利面波的频散曲线.此外,对基层科研人员如何更好地应用固定台站数据资料的技术细节问题给出了具体解决方案.     

从背景噪声提取瑞利面波频散曲线——方法与应用实例

利用地震背景噪声提取台站间的面波频散信息,进而进行地下结构研究是目前地球物理学的研究热点之一。本文详细介绍了该方法的发展历程,并以流动台阵和固定地震台站数据为例给出了较为详细的噪声数据处理过程,重点阐述了如何利用地震背景噪声提取瑞利面波的频散曲线。此外,对基层科研人员如何更好地应用固定台站数据资料的技术细节问题给出了具体解决方案。     

黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演

瑞利波具有能量大、信噪比高等特点,可以用来反演介质内部的力学信息,近年来在浅层地球物理勘探、深层地震学研究以及超声波无损检测等多个领域都有较广泛的应用。目前大多数瑞利波的应用中都假设介质是弹性的,然而实际中岩石、土壤和金属等介质都在一定程度上体现出了黏弹性。当介质的黏弹性较强时仍然采用弹性假设研究其中瑞利波的反演将增大误差,因此有必要考虑黏弹性介质中的瑞利波反演,但是目前这方面的研究仍不够深入。本文研究黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演问题,给出其在半空间中联合反演的方法,并对该方法的误差进行分析。     

面波频散曲线快速追踪算法

层状地球模型面波频散理论传播矩阵法采用传统的Knopff's root-bracketing算法求频散函数的根即相速度,并广泛应用至今。本文提出了一个自动追踪求根算法,使频散曲线的计算变得更为有效,方便和快速。     

高铁地震面波相速度频散曲线提取

为了充分利用高铁地震信号中的面波信息,本文将双台法和旋转法等面波相速度提取方法应用于高铁地震模拟记录,尝试提取基阶瑞利波与勒夫波相速度频散曲线.通过分析以高铁高架桥的桥墩为源的高铁波场干涉特征,给出了适用于高铁地震波场的面波相速度校正方法;通过数值实验,证明了方法的有效性.     

基于图像分析的双台面波相速度频散曲线快速提取方法

双台波形的互相关方法是面波相速度频散曲线提取的一种常用方法。传统的方法精度不高,效率较低。本文提出了一种基于图像分析的频散曲线快速提取方法,采用图像显示互相关振幅矩阵,且提出了快速追踪整条频散曲线的算法,并用Matlab编写了交互式的处理软件。基于这种方法编写的资料处理软件提高了双台相速度频散曲线提取的速度和精度,为大批量处理地震数据资料提供了坚实的软件基础。基于图像分析的方法可以更为清晰地展现出双台问的面波频散曲线的特征,对频散曲线的识别和分析也提供了更为有效的研究工具。     

层状介质中轴对称柱面瑞利面波频散函数的计算

本采用层状、均匀、各向同性和完全弹性模型，在柱坐标系下，利用位移应力在各界面处连续及自由表面边界条件和无穷远处的辐射条件，得出了层状介质中轴对称柱面瑞利面波的频散函数，并进行了数值计算，取得了好的效果。对瑞利面波在工程中的应用有一定的理论指导作用。     

背景噪声频散曲线测定及其在华北地区的应用

利用华北地震台阵垂直分量的观测资料,采用滑动绝对平均方法对资料进行预处理,通过互相关方法从背景噪声中提取瑞利面波的格林函数,开发了群速度频散曲线的自动提取工具,测量了位于华北盆地、燕山隆起和太行山隆起的3条频散曲线,反演得到了3个区域的S波速度结构．研究分析表明,滑动绝对平均方法可以有效降低地震和台站附近干扰源的影响．为了得到可靠的层析成像结果,应计算格林函数的信噪比,选择高信噪比的格林函数测量其频散曲线,进行层析成像反演．当信噪比大于7时,一般都能得到稳定可靠的频散曲线．群速度频散曲线的最大可信周期(Tmax)与台站间距有关,华北地区最大可信周期以不超过台站间距的1/12为宜,周期大于Tmax时不同月份测得的频散曲线变化较大．     

基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用

瑞利面波垂直-水平振幅比(或ZH振幅比)是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台(KMI)下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.     

面波频散能量谱计算方法

面波勘探通过对提取面波的频散曲线等观测进而反演获得探测目标信息。面波勘探技术始于20世纪60年代,但近几十年来迅猛发展,已经被广泛应用在地震灾害及火山活动预测、深部地质结构、工程施工、矿区采空区、塌陷区探测以及星体近地表结构探测等方面。为了更全面了解面波勘探技术,本文从面波勘探技术的主动震源和被动震源这两种数据类型开始,回顾基于频散曲线和水平垂直振幅谱比观测的面波勘探技术基本理论,简要介绍面波反演方法,并介绍面波勘探技术的应用领域和发展趋势和前景。

     

广义S变换在瑞利波频散曲线提取中的应用

虽然一些时频分析方法已经被用于频散曲线提取中,但是它们自身时频窗的缺陷使的所得频散曲线信息缺失或错误.本文首次尝试利用广义S变换分析瑞利波的频散特性.以半空间模型为例确定方法的可行性,频散曲线变化准确反映地层变化情况.不同炮检距设置对频散曲线有一定影响,采用大于勘测深度,小于4倍勘测深度可以得到较稳定的结果.最后,为了得到更加光滑稳定的频散曲线,提出了一种基于多道瑞利波的改进方法.用此方法对四种典型地层模型下的多道瑞利波数据进行分析,得到频散曲线光滑稳定,且比理论频散曲线和基于单道法获得频散曲线更能准确反映地层变化情况.这就为瑞利波勘探中的反演解释提供了更可靠依据.     

改进的等效半空间法及瑞雷波频散曲线反演

层状模型的理论频散曲线表明,层状模型表面瑞雷波同一频率对应的相速度具有多值特点,这就是所谓的瑞雷波多阶性. 面波的多阶性导致了实测频散曲线的复杂性,当地层中存在软弱夹层时这一问题尤为突出,从而给实测频散曲线的解释带来了困难. 本文从工程实用的角度出发,根据等效半空间理论,提出了一种计算理论频散曲线的新算法——改进的等效半空间法,避开了面波多阶性这一复杂问题. 由此方法计算得到的面波相速度并不同于某个具体阶数的面波,而是对多阶面波的综合反映. 按照改进的等效半空间法编制了拟合反演程序,并在工程中进行了运用,取得较好的效果.     

瑞雷波多阶模式频散曲线稀疏正则化反演方法研究

目前瑞雷波多阶模式频散曲线反演中仅考虑数据的拟合,缺乏对模型的约束,不能很好地刻画地层间断面的问题,针对此问题,研究了瑞雷波多阶模式频散曲线稀疏正则化反演方法.正演模拟基于广义反射-透射系数法,数值计算上采用一种快速求根方法,与二等分方法相比,能够在很短的时间内达到最优的收敛效果;反演建模时采用L1范数正则化方法对模型进行稀疏性刻画,使反演结果更加符合地质实际;在反问题的数值实现上,针对稀疏正则化模型提出一种隐式迭代正则化算法,其迭代算子具有非膨胀特性,可以收敛到极小化问题的解.数值实验结果表明,新的反演方案具有计算效率高,模型"逐块"光滑的特性刻画好,对非高斯噪声鲁棒性强的特点.     

A hybrid inversion method of damped least squares with simulated annealing used for Rayleigh wave dispersion curve inversion

Surface wave methods are becoming increasingly popular in many geotechnical applications and in earthquake seismology due to their noninvasive characteristics.Inverse surface wave dispersion curves are a crucial step in most surface wave methods.Many inversion methods have been applied to surface wave dispersion curve inversion,including linearized inversion and nonlinearized inversion methods.In this study,a hybrid inversion method of Damped Least Squares(DLS) with Very Fast Simulated Annealing(VFSA) is developed for multi-mode Rayleigh wave dispersion curve inversion.Both synthetic and in situ fi eld data were used to verify the validity of the proposed method.The results show that the proposed method is superior to the conventional VFSA method in aiming at global minimum,especially when parameter searching space is adjacent to real values of the parameters.The advantage of the new method is that it retains both the merits of VFSA for global search and DLS for local search.At high temperatures,the global search dominates the runs,while at a low temperatures,the local search dominates the runs.Thus,at low temperatures,the proposed method can almost directly approach the actual model.     

Rayleigh wave separation using high-resolution time-frequency polarization filter

Obtaining geological information from seismic data motivates researchers to innovate and improve seismic wave processing tools. Polarization-based methods have received much attention regarding their ability to discriminate between different phases of the seismic wave based on polarity. Combining the intuitive definition of polarity in the frequency domain (monochromatic waves) with the non-stationary properties provided by time-domain methods, time-frequency approaches are attracting widespread interest because they localize the information extracted from the seismic waves in the joint time and frequency domains. Due to the lack of high-resolution time-frequency maps, the time-frequency polarization approach was not able to resolve specific temporal polarity changes in the seismic signal. The main objective of this study was to devise a robust time-frequency-based polarization filtering method using high-resolution polarization attributes obtained directly from the sparse time-frequency map without using Eigen analysis or analytic signals. The method proposed here utilizes a computationally effective sparsity-based adaptive S-transform to obtain a high-resolution polarization map of an inherently non-stationary seismogram for the entire frequency content of the signal at different times. The superiority of the proposed method over the S-transform method was verified using synthetic and real data sets to calculate the polarization attributes in the time-frequency domain and separate the Rayleigh waves from the seismogram.     

数字地震波时频分析

选取具有较高分辨率和较低交叉项的赵—阿特拉斯—马克斯(ZAM)方法,进行数字化地震波时频处理。结果显示:(1)S波高能量密度区域处于低频段,其频带比P波高能量密度区域窄,且S波能量密度比P波大1个数量级;(2)天然地震的高能量密度分布较为离散,爆破的高能量密度分布较为集中。     

瞬变电磁场资料的联合时-频分析解释

本文充分利用瞬变电磁（TEM）信号包含的信息,采用联合时-频分析方法解释了TEM资料。文章选取了Wigner-Ville分布和Gabor展开的联合时-频分布（或表示）,将一维时间域信号拓展到时-频二维平面上,不仅将不同地电断面的响应成功地分开来,而且所显示的信号特征与地层电性结构之间有着明确的物理意义,从时间和频率两个方面同时描述了瞬变涡流场在地层中的激发和衰减的过程。利用时间窗数据和频率窗数据所进行的联合时-频反演,缩小了拟合差,提高了定量解释精度。