用Wigner-Hough变换检测精密可控震源信号

本文提出基于Wigner-Hough变换实现精密可控震源信号的检测与变换的方法。精密控制震源发射并由地震台站观测设备记录下来的信号是连续线性调频振动信号(LFM),线性调频信号的Wigner-Ville变换是在时频平面内包含一条直线的图像,而Hough变换则是通过计算沿直线的积分可以有效检测图像中的直线,图像中的直线在Hough变换输出的图像中表现为一个峰值,用于精密控制震源信号的检测可以反映接收数据中存在的震源信号。本文针对精密控制震源信号检测中Wigner-Ville变换和Hough变换存在的问题开展研究,并提出了解决方案。通过对2009年在广东新丰江水库库区精密可控震源试验观测数据的实际处理,显示该方法是可行的,为精密控制震源信号的检测与变换找到了又一新的方法和技术途径。

精密可控震源隔振系统参数优化设计

针对精密可控震源压重在激振作业中振幅过大会导致震源下传能量减小及信噪比降低,而隔振系统对震源压重的振动情况有较大影响,对隔振系统参数进行了优化设计。结合机械系统动力学及半无限空间理论建立震源振动动力学模型,采用压重振幅放大系数作为压重振动幅值大小的评价指标,分析压重振幅与隔震系统参数之间的关系,并利用MATLAB软件分别分析隔振系统刚度、阻尼比等关键参数对它的影响;分析发现隔振系统刚度与阻尼比在激振过程中对压重振幅有着较大的影响,不合理的参数设计会使压重剧烈振动甚至发生共振。在此基础上,基于坐标轮换法设计了相应的优化算法,并得到了扫描频宽范围内不同压重质量下隔振系统刚度和阻尼比的最优参数组合。研究结果表明:优化后的精密可控震源隔振系统压重振动幅值在整个扫描频宽内波动显著减小,振幅最大值较优化前减小了75%。研究结果为精密可控震源隔振系统设计提供了参考和指导,为提升震源能量传递率及信噪比提供了一种新思路。

我国精密可控震源主动探测研究进展

精密可控震源对地发射扫频信号,通过高精度的观测系统获得记录资料,采用专门的数据处理方法来提取信号,获得地下介质的信息。介绍现有的一些数据处理方法,比如匹配滤波、反褶积、Wigner-Hough变换和时变滤波等,可以实现可控震源信号提取。并总结这些方法的优缺点。通过多次野外科学实验发现,精密可控震源技术是一种探测地下介质结构及变化的有效途径。针对精密可控震源探测的影响因素,还需要开展深入研究,以便于改善其探测距离和分辨能力。

用于龙门山断裂南段深部介质探测的精密可控震源

汶川地震后在龙门山断裂带南段建立了精密可控震源发射台,结合布设的28套流动地震仪的信号记录,尝试监测地下介质的动态应力变化。为了提取记录中的主动源发射的信号,本文采用了匹配滤波方法来实现弱信噪比条件下的信号检测并进行了波形变换。在提取出每个周期的主动源信号后,利用信号叠加,分别获得了1、5、10天时间的波形,有效地提高了记录波形的信噪比。然后通过互相关检测精确得出地震波的走时变化,并分析了计算误差。最后,针对实验期间发生的绵竹M_S5.6地震进行分析,获得了地震前后的走时剖面和信号变化,结果表明,距离较远的龙门山断裂北段地震未能对南段实验区域的地下介质波速产生影响。

精密可控震源非线性扫描信号优化设计

基于精密可控震源发射信号特性,根据能量均衡原则和信噪比最大原则,设计不同频谱的非线性扫描信号。通过灵活设计角频率—时间关系来分配不同频率的能量,有效改善发射信号的频谱特征和相关子波形态。与线性扫描信号相比,损失部分发射能量,换取分辨能力的提高,对可控震源探测具有一定实际意义。

精密可控震源的研制

根据物体围绕原点转圈产生离心力及离心力的合成与抵消原理,采用2台伺服电机同时驱动2个偏心块转动,通过北斗授时的控制系统线性改变伺服电机转动频率,研制出一种精密可控震源,并向地面发出线性调频信号。线性调频信号能量具有良好的聚集性特征,采用Wigner-Hough方法计算其初始频率和调频速率。精密可控震源是一种可长期运行并具有高度重复性的绿色环保震源,可用于探测断层活动性,接收不同深度分界面反射到地面的线性调频信号,定量分析相同路径上波速的时间变化规律,研究断层活动的时空演变特征及其与地震的关系,探索数值地震预报。

可控震源在深部地壳探测中的应用

分析了可控震源在地壳结构探测中的应用前景及需要解决的问题,介绍了阵列气枪震源和ACROSS离心震源的工作原理、性能和研究进展,并比较了这两种可控震源的技术特点和实际使用情况,提出在我国开发可控震源技术应优先选择气枪震源。

河北赤城可控震源主动监测实验

利用精密可控主动震源CAS-40在赤城开展了2次信号发射与监测实验。实验中分别采用5～10～5Hz、4～10～4Hz线性调频信号，布设了赤城一张家口、赤城一张北2条测线，对发射信号进行连续记录。用短时Fou—rier变换分析了发射信号的时频特征，用反褶积和wHT变换2种方法计算得到了2条测线的地震波走时剖面，对结果进行了对比分析。选取震相清晰的临时台站计算了波速比（Vp／Vs），结果与已有的研究成果相符。

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。

探索预报大城市直下型灾害性地震的一种技术措施

提出了用于大陆地震成因研究的地震层概念。我国大陆的灾害性地震几乎全发生在震源深度为 5～ 2 5km的地震层中 ,因此对地震层物理参数变化的动态监测是地震预报的一个根本办法。到目前为止 ,对大城市直下型灾害性地震区的地震层动态和定量监测还没有好的办法。文章提出用常时精密可控震源监测地震层物理参数的方法 ,指出了它的技术特点 。

人工震源地下介质变化动态监测

成像地球内部介质结构及其动态变化是地球物理学家的主要任务。相对于对地球介质静态结构的认识,对于地下介质性质随时间变化的了解明显不足。近年来随着观测资料的增加,已经开始利用重复地震和噪声等震源研究地下介质变化。受到源位置和时间等因素制约,基于地震和噪声等被动震源的观测结果的时间和空间分辨率有限。利用人工震源主动向地下发射地震波,进行地下介质监测自然成为一个重要的发展方向。系统地介绍了国内外利用人工震源进行不同尺度地下介质变化监测的研究,分析了不同震源的优缺点。根据分析和对比结果,认为在进行地下介质变化研究方面,气枪震源要优于其他震源。还介绍了相关的数据处理方法,包括互相关延时估计,尾波干涉和信号叠加等。目前用于大尺度地下动态监测的震源,接收和数据处理等主要技术已经基本发展成熟,利用人工震源进行地下介质大尺度监测成为可能,相关研究在减轻自然灾害和资源探查等领域具有广阔的应用前景。