基于STA/LTA的瞬变电磁响应采集方法

瞬变电磁(transient electromagnetic,TEM)响应信号的采集是TEM物探中的关键环节,信号的采样质量决定了数据分析与解释的准确性。常规同步式接收机的延时采样方法和非同步式接收机的全波形采样方法往往不具信号识别能力,较差的采集结果常需要进行人工调整,这会为最终结果增加不确定性。针对上述问题,提出了基于短时均/长时均(short-term average/long-term average,STA/LTA)的TEM响应采集方法,结合实测数据进行分析,确定了将短时窗设为40μs、长时窗设为短时窗的10~20倍、选择CF2(n)作为特征函数能够获得较好的识别结果;从信噪比出发,分析了均匀分布噪声、高斯白噪声、单一频率干扰对STA/LTA方法识别率的影响;将STA/LTA算法移植于低功耗接收机进行单次采样与叠加采样测试,结果表明,在两种采样模式下采集的数据有着高的相似性,测试信号的能量比最差为84%,最优为99%,说明STA/LTA方法有着准确识别TEM响应的能力,证明了基于STA/LTA的TEM响应采集方法的可行性。

基于STA/LTA的输油管道泄漏检测方法

研究了将微震检测中的STA/LTA方法与负压波检测法相结合,并应用于输油管道泄漏检测的技术方法.根据管道泄漏时产生的负压波波形与微震信号初至的相似性,可利用STA/LTA方法对该特征波形进行准确的提取和捕捉,并通过对比管道首末站检测到该特征波形的时间差,对泄漏点位置进行定位.研究表明该方法可有效识别突变的负压波信号,并减少传统泄漏检测方法中小波变换等信号处理方法带来的计算复杂性.室内实验结果表明,将STA/LTA应用于输油管道泄漏检测具备可行性且能够有效识别负压波信号.

联合改进STA/LTA与MLoG算子的微震P波到时自动拾取方法

在非常规低渗油气藏开发过程中,微震P波震相到时的精确拾取是实时监测诱导水力压裂动态变化的一项关键技术。然而,传统的STA/LTA震相拾取方法存在低效率、低精度等问题。为提高低信噪比微震事件到时拾取的准确性和分辨率,提出一种联合改进型STA/LTA算法和MLoG算子的微震P波震相到时自动拾取方法。先通过MLoG算子对微震数据进行滤波处理,以提高信号的信噪比;再利用改进的特征函数计算STA/LTA拾取微震P波到时。模拟数据和实际数据的验算结果表明,本方法不仅可实现低信噪比微震数据P波到时的自动拾取,而且所拾取的P波到时精度高、鲁棒性强。

基于P波到时拾取的分析法与遗传算法联合定位方法与应用

针对岩石力学震源定位问题,提出了一种在P波到时精确拾取的基础上通过分析法过滤异常到达传感器和遗传算法(genetic algorithms,简称GA)求解联合定位方法,并将其应用于岩石材料的破裂面定位以及采矿工程中。为了消除传感器到时精度、传统迭代法及迭代初值选择对定位的影响,基于时频分析的改进长短时窗(short-term average/long-term average,简称STA/LTA)法拾取P波到时,求解不同传感器组合分析解的逻辑概率密度函数过滤异常到达,引入遗传算法对到达清晰的震源进行定位。通过断铅、含夹层组合煤岩单轴压缩试验及定点爆破试验对该方法进行验证。结果表明:在对信号预先带通滤波后进行变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)精确滤波的基础上结合改进STA/LTA法可以大幅提升到时拾取精度;通过分析法过滤异常到达对定位精度的影响,结合具有全局性、不受初值影响的遗传算法对震源定位,应用于岩石材料试验以及采矿工程中可以较准确的对震源进行定位,该方法较传统迭代法、线性定位法等更具有工程实际应用价值。

基于自适应轮动归类的微震震相识别方法

震相识别为震源定位提供了可获取必需初始数据的微震信号片段.基于自适应高通滤波、背景噪声幅值上下界计算、轮动圆半径计算及轮动迭代、超限点归类分组4个信号处理流程提出了自适应轮动归类法,并分析了4个初始参数的影响程度及其取值依据.通过计算背景噪声与微震响应的特征值提出了用于判定微震信号有效性的微震信号信噪比(SNRmss),将SNRmss与信号长度分别同震相识别方法的计算速度与识别偏差进行了相关性分析.对比分析了模型试验与实际工程下该方法与改进长短时窗法(STA/LTA)在识别准确率、识别稳定性、计算速度、计算稳定性等方面的优劣.结果表明:相较改进STA/LTA方法,自适应轮动归类法对长度不同信号的识别容错率与稳定性更高.在模型试验下,自适应轮动归类法的识别准确率提高了25.0%,识别偏差标准差为前者的17.4%,计算时间平均值、标准差分别为前者的44.2%、67.4%;实际工程中,自适应轮动归类法的识别准确率提高了4.8%,识别偏差标准差为前者的34.2%,计算时间平均值、标准差分别为前者的40.9%、55.9%.

STA/LTA方法拾取天然地震波初至及其改进分析

长短时窗均值比(Short Term Average/Long Term Average,STA/LTA)方法因原理简单、实时性强,在地震波初至拾取中应用最为广泛.传统STA/LTA方法阈值选取依赖于人工经验,且其针对单一信号设定的阈值无法适用于不同类型的地震记录.针对此问题,本文通过建立阈值与背景噪声之间的联系,提出两种基于参考阈值拾取地震波初至新方法,即基于参考阈值的STA/LTA方法与基于参考阈值的STA/LTA改进法.首先,分析不同特征函数拾取地震波初至的灵敏度,引用关于信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的特征函数抑制背景噪声干扰,降低阈值选取的难度;其次,给出不同背景噪声环境下阈值的计算公式,将阈值选取建立在严密的数学推导之上,提出基于参考阈值的STA/LTA方法;最后,针对天然地震背景噪声复杂,地震波初至拾取受短时强噪声干扰大的问题,通过改进时窗位置并加入取消时窗的方法提高算法的抗干扰能力,提出了基于参考阈值的STA/LTA改进法.实际地震数据处理结果表明,本文提出的两种方法能够克服固定阈值不能适用于所有地震记录的缺点,相较于传统STA/LTA方法拾取正确率及精度均有所提升.

微地震信号到时自动拾取方法

本文讨论了用于微地震信号到时自动拾取的几种方法的原理及特点,包括长短时均值比(STA/LTA)方法、AIC方法、基于高阶统计量偏斜度和峰度的PAI-S/K方法等,提出了移动时窗峰度的快速算法和改进的峰度拾取初至方法.对我国西部某地观测到的13359个微地震记录,采用两种时窗进行了初至到时拾取,并与人工拾取的结果进行了对比.为使所研究的方法达到最佳效果,采用DE全局搜索方法,以人工拾取的初至作为参照,以时差在0.3s以内的记录所占百分比作为目标函数,自动搜索最佳的拾取参数.结果显示,在拾取时窗选为P波初至前3s至S波初至位置时,AIC方法的结果最佳,时差在0.3s以内的记录占比达到93.6%;在拾取时窗选为包含S波到时的时窗时,改进的峰度法效果最佳,时差在0.3s以内的记录占比83.8%.

一种地震P波和S波初至时间自动拾取的新方法

地震P波、S波初至时间的拾取是地震波分析的一项基础性工作.本文提出了一种新的地震波初至时间自动拾取的方法:首先,把地震波的三分量时程曲线变换为一组空间向的能量变化率时程曲线;然后对能量变化率时程曲线进行STA/LTA(Short Time Average/Long Time Average,短时间的均值/长时间的均值)处理,拾取地震P波和S波的大致初至时间;最后提出采用一种二次方自回归模型对初至附近的能量变化率曲线进行二次方自回归处理,精确拾取出P波和S波的初至时间.本文采用了10组芦山地震的记录数据和150组汶川地震的记录数据对此方法的可靠性进行了检验.以人工拾取结果为参考,此方法具有很高的准确率和稳定性,同时,相比于常用的STA/LTA方法和AIC(Akaike Information Criterion,Akaike信息准则)方法,此方法在计算时间效率方面稍微逊色,但是对S波初至时间的拾取精度和可靠性更高.此方法丰富了地震P波、S波初至时间的自动拾取方法.

基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波到时拾取技术研究

微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代替单一信噪比来量化微震信号的质量。以信噪指数作为判定条件选取质量较高的信号作为输入来提高P波到时准确度,设计一种基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波初至到时拾取算法(QONSL方法)。为了验证该方法的可行性和有效性,分别对测试数据和阜新市五龙矿微震监测数据进行处理。对测试数据的处理结果表明,在量化微震信号的质量时,信噪指数比信噪比更准确,且信噪指数越大,到时拾取结果越接近准确到时。对阜新市五龙矿三分向数据处理结果表明,QONSL方法可以通过信噪指数快速锁定信号质量较高的信号通道并快速拾取微震P波初至到时,综合120个微震信号的到时拾取结果来看,与准确到时的误差保持在5 ms之内,将86个微震事件的到时误差控制在2 ms以内。与STA/LTA算法相比,QONSL算法拾取精度整体提升72%,整体误差范围波动减少75%。QONSL方法受噪声影响较小,具有较高的拾取效率和精度,可为煤层水力压裂、矿山动力灾害实时监测以及后续的微震自动高精度定位计算提供参考。

基于时频分析的微震P波和S波到时联合拾取方法

微震信号到时的精确拾取是震源定位的重要前提,准确获取微震信号P波、S波到时具有重要理论意义。基于时频分析原理与到时拾取原理,提出了基于时频分析的下山比较法。该方法的时频分析原理通过语谱图、功率密度谱图、连续两次FIR带通滤波获取了背景噪声的位置和规律、P波和S波初至前后微震信号的频率、振幅、能量变化以及光滑且利于迭代平均值比较的波形。该方法的到时拾取原理通过将全子波振幅的数学期望设置为阈值,并遵循P波和S波功率大小、到达先后、波形重叠三大关系迭代比较微震信号子波振幅,从而获得P波精确到时和S波峰值到时。利用模型试验比较了该方法较改进长短时窗(STA/LTA)方法的优越性,并在工程实例中获得验证。结果表明:该方法对比改进STA/LTA方法,前者可同时拾取P波精确到时与S波峰值到时而后者只能拾取P波精确到时,前者P波平均时差、标准差分别为后者的6.18‰、3.98‰,前者单次拾取所需平均计算时间、标准差分别为后者的43.99%、10.54%,前者到时拾取失败比例为0,而后者为15.63%。

天然地震识别与震相自动拾取技术进展

震相拾取是地震数据处理过程中最基本的步骤之一。在传统的人工拾取技术不能满足庞大的地震数据处理需求的情况下,震相自动拾取技术从产生到发展至今经历了漫长的过程。本文回顾并总结了震相自动拾取技术的发展状况,重点介绍了长短时窗法、赤池准则法、模板匹配技术、基于自相关盲搜索的FAST法、S波偏振分析法、人工智能方法等,以及近年发展起来的多频率震相识别、全波形叠加、二次方自回归模型等方法,同时分析了每种方法的优势和局限性。

基于能量变化率法自动拾取场地剪切波速

提出了一种提高单孔法剪切波速测量精度的新方法——能量变化率的自回归曲线法。首先把剪切波的时程曲线变换为能量变化率时程曲线;然后对能量变化率时程曲线进行长短平均处理,拾取各测点P波和S波的大致初至;最后提出采用一种二次方自回归模型对初至附近的能量变化率曲线进行二次方自回归处理,精确拾取出各测点P波和S波的精确到时。采用此方法、互相关函数法和人工拾取法对某场地的剪切波速进行了对比分析。分析结果表明:此方法相比互相关函数法,具有更好的噪声抑制能力,不仅能精确地自动拾取出各测点的S波的到时差,也能更准确地自动拾取出各测点的P波的到时差。以人工拾取结果为参考,此方法在实际测试中具有很高的准确率和稳定性。此方法丰富了场地剪切波速分析方法。基于此方法、互相关函数法和人工拾取法,设计了一套剪切波波速的测试系统,此系统能自动分析出各测点的剪切波速和形成完整的报告。

基于WPT-LMD预处理的震动信号有效辨识方法研究

提出了一种联合小波包分解(WPT)和局域均值分解(LMD)的信号预处理方法,并在此基础上使用改进的STA/LTA方法实现对震动信号的有效辨识。研究结果表明WPT-LMD预处理方法是一种省时、高效、自适应强的信号处理方法,对类微震的非线性、非平稳、低信噪比信号有较好的应用效果,且能避免传统时频信号降噪处理方法应用时造成震相初至时刻偏移的弊端;联合改进的STA/LTA方法对超声波波速初至时刻拾取、实验室声发射测试、矿井现场爆破微震信号均表现了良好的应用效果;该种信号预处理方法特别适合于复杂煤层结构的微弱震动信号处理,开展此类研究将有助于提高煤矿现场微震监测的精度和效率。

数字强震监测系统中触发、记录方法

对强震监测系统的触发控制技术指标进行了详细解释,并介绍了在数字强震监测系统的触发判断功能模块中应用的几种触发方式及其原理特性。具体介绍了对长短比触发方法的改进,实现了一次记录中的多次触发功能,以及为了抑制零漂给阈值触发方法带来的影响而采取的改进措施。应用表明,这些改进方法具有良好的稳定性和可靠性。

偏振分析算法测定井下地震计方位角偏差

基于P波质点的振动方式与初动方向,采用偏振分析算法,计算8次近震数据构建偏振椭球的协方差矩阵方程,得到特征向量值,估算地震计的相对安装方位,对比得到井下地震计方位角偏差。本文分析计算阜南井下台地震观测波形数据,得出地震计三分向输出极性正常与水平方位偏差约9°。

地震事件检测及预警装置的设计

针对我国地震灾害较严重的现象,以地震发生时的P波为检测对象,采用STA/LTA算法,设计了地震检测和预警装置。通过对STA/LTA算法的改进、硬件的设计及电路的调试,实现了地震数字信号的高精度采集,在破坏性地震波到来之前发出预警,及时采取相应措施,避免经济损失和人员伤亡。

以振幅为特征函数拾取P波、S波震相

从以下几个方面对长短时均值比法进行改进:1)使长短时均值比法作为分子的异常项不包含在作为正常项的分母中,突出其表现异常的能力;2)用振幅的4次方作为特征函数,使特征函数体现震相到时特点,拾取震相到时问题转化为寻找特征函数最大值问题;3)仅用竖直向记录拾取P波,用东西、南北两向记录联合拾取S波;4)定义用长短时均值比拾取有效波的第一个峰值为拾取到时阈值的上限,拾取干扰波最大峰值为阈值下限,证实了用振幅4次方作为特征函数拾取震相,其阈值上、下限相差明显,可以定义地震震相到时阈值为阈值下限的2倍;5)明确规定分子的短时间仅仅采用3个记录,当3个记录点包含震相初至的波峰(波谷)和前后次极大值时,长短时均值比一定可得到一个极大值,中间的数据点对应的时刻为震相初至。用改进的方法拾取100个有明显震相的地震记录震相到时,准确度很高。本文方法可以视为是对长短时均值比法的拓展,在确定P波到时阈值后,可以用于地震预警工作中的P波到时的自动拾取。

近震信号检测参数设置研究

地震信号检测是进行各种地震数据分析和处理的首要任务,STA/LTA方法具有算法简单、便于实时处理等特点,被广泛应用于地震信号检测。结合实际震例数据研究STA/LTA方法进行地震信号检测的各种影响因素,得到该方法进行检测时最合理的参数设置范围。

微地震技术在农安油页岩靶区的应用

微地震初至时间拾取是微地震资料处理过程中的一个重要步骤,也是地层速度模型建立的重要依据。为提高拾取精度,本文提出一种新的自动拾取初至时间的方法,计算三分量地震数据的小时窗协方差矩阵特征值,将其作为特征函数引入到STA/LTA能量比法当中,从而实现自动拾取初至时间,并结合P波时差法完成震源定位。理论模型及农安浅井油页岩水力压裂试验的微地震资料处理结果表明,该方法可以有效地拾取微地震初至时间并实现震源定位。

弹着点定位系统中初至信号拾取方法

对于弹丸落地后地震信号的准确拾取是利用地震信号进行弹丸落点定位的关键环节。以主频50 Hz的雷克子波为原始信号,通过引入不同的噪声分别分析长短时窗能量值比法(STA/LTA)、基于自回归模型的Akaike信息准则的AR-AIC方法和基于高阶统计量偏度和峰度的PAI-S/K法等3种拾取微震事件方法的拾取精度与可靠性。同时,分别采用这3种方法对试验数据进行识别。结果表明:对于信噪比较高的试验信号,3种方法都有很高的拾取精度,而对于微震事件,AIC法相较于另外两种方法具有更高的拾取精度与可靠性。