基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟

基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.

芦山地震有限断层混合震源模型模拟

建立了基于有限断层的芦山地震的混合震源模型,突出破裂面上滑动量分布中凹凸体的主导作用,同时借助k平方模型表达对震源复杂性认识尚不够深入所带来的随机性。混合震源模型中全局震源参数均值与局部震源参数均值的确定,主要依据统计的半经验标定公式,进一步借助截断正态分布将区域地震、地质构造、地震活动性提供的参数限值结合起来,生成最终的震源参数值。基于上述思路,本文共建立了30组芦山地震混合震源模型,进而以芦山地震8个近场观测台站为试算点,借助地震动反应谱残差评价的方法,从30组模型中选定了表达"平均"特征的混合震源模型。

混合震源高精度匹配处理技术在中国西部复杂障碍区的应用

一些地表复杂工区既有适用于炸药震源施工的山地、沙漠区,又有村庄、城镇、工业园、江河、水库等"禁炮区",虽能通过观测系统变观技术实现对"禁炮区"的整体覆盖,但由于缺失浅层或近炮检距信息,会对近地表速度模型反演、速度分析、水平叠加和偏移成像等产生较大影响,因此应采取炸药震源与可控震源混合采集处理,而混合震源采集的各种地震炮记录的波组特征以及子波、振幅、频率和相位等均不一致,在资料衔接处会出现不匹配问题,易造成假断裂等构造解释假象。为此,针对常规匹配滤波处理技术一般只分析有效信号而未考虑噪声和信噪比的影响,文中介绍了高精度匹配处理技术的基本原理和实现过程,通过综合应用叠前平均振幅谱匹配、混合震源相位匹配及叠前剩余时差校正等处理技术,消除了不同激发方式造成的地震资料品质差异。实际地震资料处理结果表明,所提出的高精度匹配处理技术可有效地解决不同震源施工带来的不一致问题,提高了地震资料信噪比和成像品质。

山地复杂障碍区下煤层准确成像混合震源采集技术研究与实践

山区复杂障碍区的模型正演表明,利用井炮采用常规恢复性放炮(或重复放炮)进行数据采集,因在障碍区相应部位失去中小偏移距数据,不仅不利于单炮静校正分析及浅层速度模型的建立,同时受其影响,深部煤层反射波也难以得到准确的空间归位。通过实例分析发现,在复杂障碍区内,可根据目地(的)层埋深采用非炸药震源(机械震源、锤击等)进行混合震源数据采集克服这一难题。混合震源采集既可准确获得障碍区相关静校正分析数据,实现浅层速度模型的反演与重构,又可对混合震源采集资料利用多域联合保真去噪、子波一致性、振幅一致性等技术进行保真、保幅处理,克服混合震源资料在相位、频率、信噪比、能量等方面的差异,实现复杂障碍区下深部煤层反射波准确的空间归位及精细成像。

煤田地震复杂障碍区混合震源技术的必要性分析

当目的煤层埋深相对于地表复杂障碍区范围较小时,常规恢复性放炮采集方法获得的地震数据集易导致目的层反射波成像空白或扭曲。在山地复杂障碍区,采用以炸药井炮为主,机械震源为辅的混合震源采集技术,能明显改善复杂障碍区煤田地震资料炮检距分布的均匀性,提高静校正和动校正精度,对于目的煤层反射波的准确成像是必要的。

基于改进DnCNN的混合震源数据分离研究

混合震源采集作为地震勘探中的一种新方法,具有采集效率高、勘探成本低等优点,但采集过程中会引入混合震源叠加噪声,影响后续数据处理和解释。混合震源数据分离方法能够压制混叠噪声,将混合震源数据分离成常规地震数据。传统混合震源分离方法参数选择困难,计算成本高,而基于深度学习的混合震源分离方法人工依赖性低、训练完毕后计算速度快,是目前研究的热点。论文提出一种改进DnCNN的混合震源数据分离方法,针对训练过程中出现的过拟合、损失曲线震荡等问题,引入失活机制、混合空洞卷积等机制进行改进,学习混叠噪声特征,对含噪数据进行降噪,最终实现混合震源数据分离。实验结果表明,改进DnCNN模型对混叠噪声降噪效果良好,混合震源数据分离结果清晰,且训练过程的稳定性得到提高。

基于FK方法和GP14.3震源模型的2023年土耳其M_(w)7.8级地震宽频地震动合成

本文合成了2023年2月6日土耳其M_(w)7.8地震的地震动时空场。首先,依据USGS网站提供的V s30数据和全球地壳模型Crust1.0数据,构建了土耳其南部地区的地下一维速度结构模型;其次,依据美国地质调查局(USGS)发布的断层滑动量及破裂前端分布结果,构建了此次地震的GP14.3运动学混合震源模型;然后,采用作者提出的FK方法对本次地震进行了0~10 Hz的宽频三分量地震动合成。通过合成结果与距离震中50 km范围内地震动较强的8个台站强震记录及相应反应谱的比较,检验了方法的可靠性和模型的适用性;最后,重点分析了土耳其东南部的加济安泰普市及附近地区地震动时空场特征。结果表明:1)本文计算的加济安泰普市区范围内的NS向PGA接近180 cm/s^(2)、PGV接近100 cm/s,伊斯拉希耶镇地区的EW向PGA高达560 cm/s^(2)、PGV高达150 cm/s,地震动强度比较大。2)基于本文强地面运动合成结果得到的加济安泰普市区范围内的地震烈度为VII度,伊斯拉希耶镇地区的地震烈度高达IX度,与USGS给出的结果一致。3)此次土耳其M_(w)7.8地震呈现明显的近断层地震动集中性效应、地面永久位移以及破裂方向性效应。

基于全变分原理的多震源混合数据直接偏移方法

多震源混合地震采集技术,即将多个震源以一定编码方式连续地激发,得到多炮混合的地震数据.该技术能减少地震采集时间,节约采集成本,但是混合数据的直接偏移会在成像剖面中引入严重的串扰噪声,影响成像效果.从数学上看,地震成像属于典型的数学物理反问题,可以采用线性反演方法求解一个正则化约束的最小二乘(LS)优化问题,获得更高质量的成像结果.全变分(TV)正则化方法是图像去噪和复原领域中广泛应用的热点技术,其能在去除噪声的过程中保留图像的边缘信息和不连续性.在对TV图像去噪复原方法原理分析的基础上,本文将多震源混合数据直接偏移成像问题转换成图像复原的极小化能量泛函问题,用TV正则化代替传统最小二乘偏移(LSM)中的L2范数正则化,提出基于全变分原理的混合数据直接偏移方法.该方法使用基于梯度的快速迭代收缩阈值与快速梯度投影组合算法——FISTA/FGP求解最优化问题,能有效压制串扰噪声,增强同相轴连续性,提高成像分辨率.理论模型测试结果表明:将本方法应用于混合数据,无论是去噪效果还是成像精度都得到显著改善.

海上拖缆双源随机激发地震混合采集及波场分离

海上拖缆多震源混合采集技术因其能提高采集密度和覆盖次数而在国外得到发展和应用,但在国内尚处于研究和试验阶段。这里结合国内实施的海上拖缆双源随机激发地震混合采集试验的数据结果,阐述了多震源激发延迟时间的设置、多震源波场分离关键技术。首先基于多震源分离准则优选了拖缆双源随机激发延迟时间,并在南海进行了双源随机激发拖缆三维采集试验,获得了混合震源地震数据;然后利用混叠噪声在非炮域离散不相关的特点,在共偏移距域采用迭代多方向矢量中值滤波去噪,实现了混合数据的波场分离,得到了单炮记录。为了与常规采集效果对比,使用跟常规地震资料同样的处理流程和参数,进行了各种噪声压制及叠前时间偏移处理。与常规采集的资料处理结果对比表明,拖缆双源随机激发地震资料信噪比得到了提高,成像得到了改善,尤其是断面、断层阴影区、古近系地层和洼陷内幕结构成像改善较大。

高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像

准确提取隧洞掌子面前方岩体的纵波速度信息并对异常地质体构造进行准确成像是提高地震波法超前地质预报精度的关键。时间域全波形反演(full waveform inversion, FWI)技术可以实现对掌子面前方岩体纵波速度的高精度建模;将FWI结合互相关目标函数,可以解决隧洞中不同炮孔能量不均对反演结果的影响,并提高反演算法的抗噪性;结合隧洞地震数据混合震源编码策略,可以显著提高FWI计算效率;利用FWI提供的准确速度模型,进行基于双向照明补偿互相关成像条件的逆时偏移(reverse time migration, RTM),可以实现对异常地质构造的精准成像。通过多种隧洞常见地质体模型的数值试验验证了高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像方法的有效性,并为实际隧洞工程应用提供了理论支撑。

马衔山北缘断裂西段地震动场估计的震源模型

为估计近场地震动场,研究了设定在邻近兰州市马衔山北缘断裂西段一个6.5级地震的震源模型。在这个混合震源模型中有2类震源参数。全局参数主要根据区域地壳结构、区域地震活动性和半经验标定公式确定。局部参数分两组,一组是描述凹凸体的,主要根据详细的活断层探查资料和标定公式确定;另一组是k平方模型参数,依标定公式估算。文中展示了生成震源模型的6个例子。最后,依选定的计算点随机合成的地震动反应谱选定了代表平均特征的震源模型。

不规则采样的多震源数据整形正则化分离方法

由于施工和经济等条件的限制,多震源数据可能不完整或者是不规则采样,因此能够同步处理多震源数据的分离和插值方法对多震源混合采集技术具有重要意义。本文通过引入Mask算子,将规则采样数据的分离方法扩展为不规则采样数据的分离和插值方法,并给出了处理的迭代流程。在分离数据时,先将不规则采样的混合数据转换到稀疏域,然后在稀疏域中使用整形因子进行约束实现分离和插值。模拟数据和野外实际数据的分离获得了较好结果,验证了本文方法及其流程的正确性。

2021年漾濞6.4级近断层宽频地震动模拟:一种改进的FK方法

将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高效模拟。方法建立修正动力刚度矩阵法求解理论格林函数,有效解决了一维地壳速度结构传播高频地震波的问题;有限断层面上低频确定性成分及高频随机成分的合理结合,有效解决了断层破裂过程辐射出高频地震波的问题。将方法应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级浅源破坏地震模拟,通过与8个台站(涵盖了近场、中场和远场)强震记录及相应反应谱的比较显示,模拟结果与强震记录的波形、持时、幅值均吻合良好,与反应谱在各频段上均表现良好的一致性,很好地验证了该方法及模型的适用性及模拟频率带宽的可靠性。最后,模拟了漾濞地区100 km×100 km范围内的地面运动场,给出了地面运动峰值分布和波场快照,提出了与震中距相关的PGA和PGV经验衰减公式,获得了地震动频谱特征衰减规律。结果表明:①2021年漾濞6.4级地震呈现明显近断层地震集中性效应和破裂方向性效应;②近场20 km范围内,地震动峰值衰减较快,PGA最大衰减93.1%、PGV最大衰减83.3%;③近场范围内频谱成分主要包含0~10 Hz的宽频成分,震中距超过20 km后频率成分主要集中在0~4 Hz范围内。

2022年9月5日泸定M_(S)6.8地震宽频带地震动谱元法模拟

2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_(S)6.8地震,此次地震造成泸定县及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。为重现此次地震的地震动影响场,分析近场强地面运动的空间分布特征,将确定性的凹凸体震源模型与随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的泸定M_(S)6.8地震的全过程宽频带(0.1—5 Hz)地震动模拟,通过与六个台站的时程记录、对应的反应谱以及NGA-West2地震动衰减曲线进行比较检验了方法的精度和适用性;进而给出了此次地震的三分量速度波场快照图,再现了地震波传播时近场地震动的方向性效应和局部场地效应;最后给出了震中100 km×100 km范围内的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了泸定地震近场强地面运动的空间分布特征,并给出了基于模拟结果的地震烈度分布图。结果显示,震中PGA接近600 cm/s^(2),PGV接近50 cm/s,烈度达到Ⅸ度,且由于泸定地区内高山峡谷地形对地震动的影响,地震动峰值在山顶和峡谷处明显放大,山顶处PGA和PGV分别放大1.9倍和1.5倍,峡谷谷底处PGA和PGV分别放大1.7倍和1.4倍,这里出现的地震动放大现象以及可能造成的次生地质灾害亟需引起注意。

高分辨率处理技术在辽河雷家地区碳酸盐岩储层中的应用

为了有效识别薄储层,精细刻画小断层,支撑岩性油气藏勘探,以辽河雷家地区湖相碳酸盐岩为例,依托GeoEast系统,应用独立同步扫描邻炮干扰压制、聚束滤波多次波衰减、混合震源资料匹配、地表一致性反褶积、零相位反褶积、经验模态分解高分辨率处理等技术,在保证资料信噪比的基础上,分阶段逐步提高地震资料的分辨率。地震成果剖面在目的层段层间反射信息丰富,有效频带合理拓宽,显著地提升了地震资料品质。

基于卷积神经网络的海洋地震勘探拖缆混采数据分离

近年来,混合震源采集技术在海洋勘探中发展迅速,由于其高效的采集方式,以及能够获取高质量的地震数据而受到青睐。对混合震源数据进行有效的混采分离是混合震源采集技术成败的关键,本文结合近年来发展火热的卷积神经网络(CNN)方法并根据地震资料的特点,提出了一种基于神经网络模型的数据驱动混采分离方法。通过制作的两万余个样本的混采数据集进行训练,获得混采分离模型,通过测试集的试验以及与常规混采分离方法进行对比,结果表明本文采用的CNN混采分离方法具有较高的分离精度,且效率很高。

也门71区地震资料采集方法

也门71区地表地质条件异常复杂,特殊的地震地质条件,给地震采集带来施工和技术上的难题。通过分析工区地震地质条件、地质任务、以往资料质量等因素,对71区地震资料采集方法进行研究,以2006年二维地震采集项目为例,说明采用混合震源采集、弯直线施工、观测系统、激发因素等措施,取得较好的结果。

也门71区块地震资料采集方法

也门71区块地表及地下地质条件异常复杂,激发接收条件差,原始资料信噪比低,静校正问题突出,资料成像困难,尤其是山地资料更是如此。特殊的地震地质条件,给地震采集带来施工和技术上的困难。为此,通过分析工区地震地质条件及以往资料质量等,对71区块地震资料采集方法进行了研究,通过优选观测系统、激发因素,采用混合震源采集、弯直线施工,地震资料品质大幅提高,该项目的成功经验也可为类似条件区的地震勘探提供借鉴。

Separation of inhomogeneous blended seismic data

The frequencies of sources involved m conventional blended acquisition are the same. Each source transmits the full frequency band, and in general, significant effort is required to successfully produce and operate wideband sources. To solve this problem, inhomogeneous blended or decentralized blended acquisition is used, in which the dominant frequency and bandwidth of the source units in a blended array are not equal. When the inhomogeneous and conventional blending acquisitions adopt the same geometry and separation methods, the former has low signal-to-blending noise ratio. Therefore, we present a new separation method for such blended acquisition based on the synchrosqueezed wavelet transform. The proposed method offers better separation quality and decreases the computation time to approximately 1/3.

平面上处理科氏力余震效应(续二)

我国大震以走滑型震源占多数,但也有一定数量的逆断层错动和混合型错动的震源。在已研究走滑型震源在平面上处理科氏力余震效应的基础上,文章对逆断层震源和混合型震源在平面上处理科氏力余震效应作分析讨论。