GPR信号去噪的变分模态分解

为了进一步提高探地雷达(ground penetrating radar,GPR)数据的信噪比,压制由随机扰动引起的随机绕射能量,将二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)引入二维GPR数据的噪声压制处理中。首先,对GPR数据进行2D-VMD处理,并分析各阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量及其对应的频率-波数域谱来确定雷达剖面中的各回波类型。然后,计算IMF分量与原始数据的互相关系数来确定信号模态和噪声模态,并对信号模态进行重构得到降噪后的数据。理论数据和实测数据测试表明,相比于传统的1D-VMD法,2D-VMD滤波后的含噪正演记录峰值信噪比由6.44 dB增加到7.72 dB;经2D-VMD降噪处理后的雷达剖面在保留有效信号的基础上,可以有效压制随机扰动带来的噪声,并且得到的雷达剖面同相轴连续性更好。

一流课程建设背景下勘探地震学课程教学改革探索与实践

高等教育是支撑、推动和引领国家现代化发展的重要力量,课程建设是高等教育发展的源泉,在以落实立德树人为根本任务,全面开展一流本科课程建设的背景下,开展教育教学改革是优化课程的重要驱动力。勘探地震学课程,从分析传统教学的局限性出发,提出“一引领,三结合,主体性,一体化”的教学改革理念,建设优质丰富的课程资源,实施“四维、六化、全程性评价”的创新改革举措,进行系统的教学模式改革,打造优质课程,培养复合型、高素质、创新性专门人才。该文为相关专业课程进行教学改革提供参考,对进行高质量课程建设具有一定的指导意义。

量子计算在地球物理学中的应用

量子计算具有强大的计算能力,被视为一种可能对未来产生颠覆性影响的计算方法,可为多种复杂计算问题的求解提供新思路,目前已在多学科或领域实践与应用。近年来,量子计算逐步应用于地球物理研究,多种量子算法及量子计算机的应用为揭示地球内部构造、探测深部资源等提供了技术支持。量子计算具备高效求解科学问题的能力,在地球物理领域具有巨大的应用潜力。为此,系统分析、阐述量子计算原理并总结了量子算法的发展现状,对其在地球物理数据采集、波场模拟、反问题求解等领域的成果进行归纳、分析;通过建立理论模型并进行反演,验证了量子算法的优越性;最后展望了量子计算未来可能的研究方向。

GPR绕射波与反射波分离的变分模态分解方法研究

针对传统绕射波与反射波分离方法易造成有效信号丢失的问题,本文利用二维变分模态分解(2D-VMD)进行探地雷达(GPR)数据的绕射波与反射波分离。对二维GPR数据进行2D-VMD分解后,可得到包含从低频低波数到高频高波数的各阶模态分量及各阶模态分量的F-K谱。通过分析绕射波与反射波在频率-波数域的差异,分别重构绕射波与反射波对应的模态分量,得到分离后的绕射波与反射波数据。数值模拟与实测数据处理结果表明,相比于传统方法,该方法可以有效分离绕射波与反射波,并且不损失任何有效信号。

基于L_(1/2)正则化的抛物线Radon变换多次波压制方法

在地震数据处理中,多次波的存在会对地震数据成像和地震资料解释带来影响,如何有效地压制多次波干扰是地震勘探中的重要问题。抛物线Radon变换因其高效的特点被广泛应用于多次波压制中,但在野外地震数据采集时,炮检距的有限性会导致变换域中的能量扩散,产生假象,使多次波压制达不到理想的效果。针对此问题,提出一种基于L_(1/2)正则化的稀疏反演高分辨抛物线Radon变换,并应用广义迭代收缩算法(generalized iterated shrinkage algorithm,GISA)进行求解。研究结果表明,L_(1/2)正则化有很强的稀疏约束能力,能提高解的稀疏度,改进信噪分离的效果。与最小二乘反演和基于L_(1)正则化的稀疏反演相比,基于L_(1/2)正则化的稀疏反演高分辨抛物线Radon变换能更有效地压制多次波,并确保了重构数据与原始数据的一致性。

改进的地震AVAZ裂缝弱度反演方法及其在致密砂岩储层中的应用

致密砂岩气储层具有低孔、低渗的特征,裂缝的存在可以提高储层的渗透率,同时裂缝是油气重要的储存空间和运移通道,裂缝发育也有利于水力压裂过程中裂缝网络的形成,裂缝预测可为致密砂岩气储层的开发和部署提供重要依据.地震振幅随方位角的变化可以提供储层中垂直裂缝的信息,本文针对HTI介质提出了一种改进的方位振幅差异反演方法,并结合岩石物理理论预测表征裂缝性质的裂缝弱度参数.常规的反演方法一般同时反演弹性参数和裂缝参数,改进的方位振幅差异方法引入一个参考方位,构建消除各向同性背景的方位振幅差异道集,仅反演与各向异性项相关的裂缝弱度参数,充分利用方位各向异性响应,提高裂缝识别的敏感性与裂缝参数反演的准确性.实际数据应用表明,方位振幅差异反演方法对裂缝参数预测的敏感性较常规方法有所提高,预测的裂缝弱度与测井渗透率曲线相吻合,并且与致密砂岩气储层产气性具有明显的相关性.因此,利用方位振幅差异方法预测裂缝分布及其发育程度可为致密砂岩储层含气有利区的识别与开发提供可靠的指标.

基于理性扩展热力学的L-S热声弹性理论框架

本文基于连续介质力学和理性扩展热力学分析流程,将L-S(Lord and Shulman)热弹性理论与声弹性理论相结合,建立L-S热声弹性理论的基本框架,包括运动学、力学与热力学、本构方程与演化方程、基本场方程四部分。在运动学部分,区分了Lagrange描述和Euler描述,以及3种不同的状态和构形,同时针对热声弹性情况定义了两类从自然状态到初始状态的转变过程;在力学与热力学部分,给出了质量守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律、能量守恒定律以及熵产不等式,从而引出经典不可逆热力学的局限性;在本构方程与演化方程部分,介绍了扩展不可逆热力学原理,并基于理性扩展热力学流程,推导了从自然状态到初始状态、从初始状态到最终状态的热声弹性本构方程与演化方程,将热流作为本构自变量并考虑了热流与应变和温度的相关性;在最后一部分给出了基本场方程的运动方程形式和适用于数值模拟的一阶速度-应力-热流-温度微分方程。

旋转时空双变网格有限差分地震波场正演模拟

在交错网格有限差分算法中,模型网格剖分原则与正演计算效率密切相关.当模型存在小型非均质体或者低降速层等情况,为保证精度,满足稳定性条件,需缩小网格步长,导致局部过采样,计算效率低下.为保证模拟精度的同时保持高计算效率,通常采用变化的空间网格与时间步长相结合的高阶有限差分模拟方法对波场进行模拟.然而,时空双变算法存在着交错网格固有缺点,在模拟非均匀性较强的复杂介质波场传播时,需对介质参数进行平均或内插.同时,该算法在空间与时间上的变网格实现极为复杂.为压制变网格引起的虚假反射,提升模拟精度和计算效率,本文在时空双变网格算法的基础上,采用旋转差分角度的方式,提出了旋转时空双变交错网格算法.该方法既保留了旋转网格和双变网格的优势,又简化了时空双变算法流程,更利于推广和应用.

基于改进海洋捕食者优化算法和瑞雷波频散曲线的近地表地层参数反演

面波勘探是获取近地表地质结构的重要手段,利用瑞雷波频散曲线可以反演得到地层横波速度和厚度或泊松比等参数.本文提出了一种新的优化策略来处理瑞雷波频散曲线的反演问题.改进海洋捕食者算法(ACMPA)是一种改进混沌初始化,引入自适应步长和精英竞赛机制优化的反演算法.采用混沌映射进行种群位置初始化,提高初始化种群位置的质量;加入自适应函数,增强全局搜索能力;引入精英等级制度,避免算法陷入局部极值点,从而从局部和全局寻优进行优化,提高反演的收敛速度.通过正演模拟和实测数据进行测试分析,证明了改进的海洋捕食者优化算法的有效性与稳定性.该方法可以利用瑞雷波频散曲线信息反演得到近地表地层的介质参数,其收敛精度和收敛范围明显优于其他优化算法,具有较强的应用前景.

连续缺失地震数据的高阶流式预测滤波插值方法

由于观测系统实施以及经济因素的限制,采集到的勘探地震数据在空间方向上总是不规则分布的,并且往往会出现数据的大范围连续缺失情况.许多后续地震数据处理方法(例如:多次波压制和波动方程偏移等)都需要空间上规则分布的数据.插值技术是一种解决地震数据缺失问题的有效手段,但是传统的数据插值方法在进行连续缺失数据重建时往往会出现失效的情况,尤其在处理非平稳地震同相轴时精度不高,并且大多数的方法需要迭代计算,在处理高维大规模数据时效率较低.针对连续缺失地震数据的快速插值问题,本文提出了一种非迭代的时空域高阶流式预测滤波插值方法,通过使用高阶限制条件来提高连续缺失数据的滤波器估计精度,提高局部约束条件的稳定性,改善低阶流式计算由于滤波器系数无法连续更新所造成的插值失效情况.同时,空间非因果滤波器和蛇形插值路径的设计方案可以有效减小大范围连续缺失数据和数据边界对于预测滤波器的计算误差,本方法能够有效处理包括近炮检距缺失情况在内的连续缺失数据插值重建.通过与工业标准傅里叶凸集投影(POCS)方法进行比较,理论模型和实际数据处理结果表明,本文提出的高阶流式预测滤波插值方法对高维连续缺失地震数据有较好的重建效果,在插值精度和计算效率两个方面有更好的平衡性.

基于地震频散属性的火山岩气藏裂缝预测

随着我国油气勘探开发不断向深地、特殊岩性、低渗致密等复杂油气领域推进,油气藏特征更加复杂,火山岩气藏是主要的非常规油气勘探目标之。随着火山岩油气勘探的不断深入,常规地球物理技术已经不能满足火山岩气藏高精度勘探开发需求。该地区地质条件较为复杂,火山岩储层以高角度缝为主,是影响储层连通性的关键因素。

基于近场动力学理论的裂纹模型波场数值模拟及频散特性分析

近场动力学理论采用积分形式的运动方程,能够有效避免空间偏导数不存在的问题,在模拟不同材料发生裂纹扩展、断裂破坏等不连续问题方面有着广泛应用,但是对近场动力学理论中波的传播问题和频散特性研究较少。为了研究近场动力学理论中应力波的传播规律,考虑平面应力情况,建立积分形式的运动方程,在均匀各向同性模型及含水平裂纹模型下进行了波场数值模拟,并与经典连续介质理论中的纵波和横波波场进行对比分析。基于常规态型近场动力学理论的运动方程,详细推导了一维和二维情况下的频散关系,并探讨了邻域内物质点数、邻域半径和形状参数等近场动力学参数对频散曲线的影响。在波场数值模拟中,线性近场动力学理论中固体与经典连续介质理论中线弹性介质的波场数值模拟结果具有良好的一致性,介质内裂纹的存在会阻碍波的传播;在频散特性分析中,所选邻域半径越小、形状参数越大,线性近场动力学理论中的频散特性越接近经典连续介质力学理论中的频散特性。

有效压力对致密砂岩气储层地震波频散衰减影响研究

致密砂岩气作为种非常规天然气能源,在世界范围内分布广泛,并且拥有可观的规模。与常规油气储层相比,致密砂岩气储层岩石压实紧密且非均质性强、微观孔缝结构复杂、表现为低孔隙度和低渗透率等特征,为致密砂岩气优质储层识别带来了挑战。且研究区致密砂岩气储层存在异常的地层压力,也会导致储层的岩石物理特征与地球物理响应较为复杂。因此对孔缝结构、渗透率以及含气饱和度的预测较为困难。

二维多级中值滤波技术在随机噪声消除中的应用初探

二维多级中值滤波技术是信号处理中的一项成熟技术,它不仅具有自适应性,而且具有窗口的可变性。本文将这项技术用于地震勘探中的噪声压制,重点分析了噪声条件与滤波因子长度的关系。本文中定义的噪声条件包括噪声强度及噪声分布密度两个因素。当噪声条件固定时,二维多级中值滤波效果以5点滤波长度为最佳;当固定噪声密度时,改变噪声强度对滤波长度的选取不起决定性作用;当固定噪声强度,改变噪声密度对滤波长度有很大的影响。此法通过实际资料的处理,不仅能有效地压制随机噪声。

模糊嵌套多级中值滤波方法及其在地震数据处理中的应用

多级中值滤波器在地震数据处理应用中,其滤波长度越大,消噪效果越好,但同时也会破坏有效信息.如果为了保护有效信息而减少滤波长度,又会造成大量的噪声不能消除.本文提出一种新的模糊嵌套多级中值滤波器,设计一个阀值作为判断参数,使滤波器能够在消除随机噪声时采用长滤波器滤波,而在保留有效信息时采用短滤波器滤波,从而既能很好地消除随机噪声,又能最大限度地保护有效信息,保留有效信息的细节结构.经过模型分析和实际资料处理都取得了很好的效果.

一种频域吸收衰减补偿方法

针对地震信号的吸收衰减补偿问题,在重新建立吸收系数和Q值关系的基础上,提出了一种基于反Q补 偿的分时窗频域吸收衰减补偿方法。首先,逐道抽取地震信号,从浅层到深层选取不同长度的时窗进行傅里叶 变换;然后从非均匀粘弹介质波动方程出发,导出更加准确的吸收系数与Q值的关系,并应用于频域吸收衰减补 偿中;最后将处理得到的频谱反傅里叶变换回时间域重构地震信号。将该方法应用于松辽盆地某地区的叠前和 叠后地震资料的吸收衰减补偿,取得了很好的效果,地震资料的信噪比和分辨率得到了提高。

松辽盆地西边界带深部构造:地电学证据

满洲里绥芬河地学断面综合研究了松辽盆地西、东边界的构造特征.在由广角地震波速分布所得到的认识基础上,本文利用松辽盆地西边界带附近新实施的大地电磁测深(MT)(约470 km 42个测点)剖面,经过数据处理的二维电性分布,更为详细地表达了西边界带深部构造特征.与满绥断面研究相近的结果是西边界带的断裂构造表现为作为盆地西边界的嫩江断裂,在地表附近与黑河贺根山缝合带断裂叠加在一起,于深几公里以下两条断裂分开,缝合带断裂西倾并穿过地壳,嫩江断裂东倾而且可能不超壳.本次研究与满绥断面研究不同点是两条断裂分开部位之下的构造表现.由于兴安微板块与松嫩微板块间碰撞、焊合以及边界断裂走滑等复杂区域应力场作用,留存的岩石圈残片被分割在嫩江断裂两侧.所建立的地质一地球物理解释模型提供了西边界带可能的构造地质作用过程.

基于seislet变换的反假频迭代数据插值方法

许多地震资料处理方法需要完整的数据信息,但是受野外施工条件等因素的影响,观测系统很难记录完整的地震波场,如空间采样率不足和地震道缺失等现象,尤其是缺失的叠前地震数据时常产生空间假频现象,给后续处理流程中很多重要环节带来严重的影响.传统数据插值方法通常很难同时解决数据缺失和空间假频问题,因此开发有效的反空间假频数据插值方法具有重要的意义.本文通过同时改变时间和空间方向采样比例,利用预测误差滤波器的尺度缩放不变性,计算反空间假频地震倾角模式,构建可有效压缩含空间假频不完整地震数据的反假频seislet变换方法,通过压缩感知Bregman迭代算法,对缺失地震数据进行反假频插值.理论模型和实际数据的处理结果验证了基于seislet变换的迭代插值方法可以有效地恢复含有假频的缺失地震信息.

大兴安岭西北部中新生代盆地群基底电性分带特征研究

位于大兴安岭西北部的中新生代盆地群(海拉尔、根河、漠河),其构造受到大兴安岭断裂、德尔布干断裂的控制,西北方向的蒙古-鄂霍茨克缝合带、南部西拉木伦河延吉缝合带甚至更远的西太平洋板块运动、印度板块运动以及黑龙江中西部微板块间拼合等区域构造应力场叠加作用在该盆地群基底产生了复杂的深部构造特征.本文利用沿盆地群实施的4条(1000余公里、94个测点)MT剖面处理解释的地电学结构,得到盆地群基底电性结构沿北西南东方向分带的特征.引人物理量"低阻化作用"借以描述盆地基底物性的变化.综合分析表明,盆地群基底电性结构因受到软流圈热物质作用可能在继续演化.

黏弹各向异性介质中波的反射与透射问题分析

黏弹各向异性介质中传播不均匀波,其反射、透射模式不仅与介质分界面两侧速度对比有关,还与品质因子Q的对比有关.用伪谱技术模拟黏弹各向异性介质分界面上波的反射、透射,并与弹性各向异性介质、黏弹各向同性介质和弹性各向同性介质的模拟结果做比较.计算平面波的反射、透射系数,分析介质的黏弹性和各向异性对反射、透射系数的影响.数值模拟了一个三层介质模型中的波场,分析两个分界面上产生的反射波的特征.黏弹各向异性介质中,qS波比qP波衰减程度大.