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应用残差网络的微地震事件五分类检测方法

石油地球物理勘探 2024年第3期59卷 392-403页

作者：潘禹行田宵甘兆龙张雄张伟江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心(东华理工大学) 江西南昌330013 广东省地球物理高精度成像技术重点实验室(南方科技大学) 广东深圳518055 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站上海200062

常规的微地震事件检测方法通常需要人工选取阈值,在处理大量连续记录数据时效率较低,难以适应实时监测的需求。为此,提出一种基于残差网络的微地震事件五分类检测方法,将样本分为噪声、完整的微震事件、只含有P波、只含有S波以及多个微... 详细信息

常规的微地震事件检测方法通常需要人工选取阈值,在处理大量连续记录数据时效率较低,难以适应实时监测的需求。为此,提出一种基于残差网络的微地震事件五分类检测方法,将样本分为噪声、完整的微震事件、只含有P波、只含有S波以及多个微震事件五类。该方法只需将连续记录的波形数据等分,并通过时窗调整获得完整的微震记录。通过一系列数据增广方法实现小规模实际数据样本集的模型训练,模型精度高达99%。将该方法与二分类方法同时应用于微地震监测数据检测,并通过P波、S波到时拾取和震源定位评估检测效果。研究结果表明,基于残差网络的五分类检测方法检测到了更多数量的微震事件,且具有较高的运算效率,满足实时监测的需求。

关键词：微地震监测事件检测数据增广残差网络深度学习

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基于多阶振幅谱面积差的Q值估计方法

中国石油大学学报(自然科学版) 2024年

作者：张瑾王彦国王洋李红星郝亚炬张翠芳东华理工大学地球物理与测控技术学院江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心中国地震应急搜救中心

常规Q值估计方法易受频段、子波叠加及噪声等因素的影响。针对于此,在振幅谱指数项1～4阶泰勒级数展开基础上推导出不同阶次振幅谱面积差的Q值估计方法(ASAD法),并将对数谱面积差法(LSAD法)及1～4阶ASAD法应用于实际叠前CMP道集中。结... 详细信息

常规Q值估计方法易受频段、子波叠加及噪声等因素的影响。针对于此,在振幅谱指数项1～4阶泰勒级数展开基础上推导出不同阶次振幅谱面积差的Q值估计方法(ASAD法),并将对数谱面积差法(LSAD法)及1～4阶ASAD法应用于实际叠前CMP道集中。结果表明:相对于LSAD法而言,不同阶次ASAD算法受频段选择及子波宽度的影响更小,抗噪性更强;新方法还可以处理复杂叠后数据,并能够获得良好的Q值估计结果;2～4阶ASAD法的Q值估计结果一致性较强,且ASAD法Q估计值的反Q滤波结果同向轴连续性更强、纵向成像分辨率更高。

关键词：地震子波 Q值估计泰勒级数展开振幅谱稳定性抗噪性

基于短周期密集台阵的广州—佛山地区地壳浅部三维S波速度结构研究

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1454-1470页

作者：高占永叶秀薇林吉焱段永红王力伟周铭刘巧霞广东省地震局中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室广州510070 广东省地震局广东省防震减灾科技协同创新中心广州510070 重大工程灾害与控制教育部重点实验室城市地震安全实验室广州510070 中国地震局地球物理勘探中心郑州450002

广州—佛山地区位于珠三角经济区的核心地带,三条区域性断裂从中交错穿过.广州—佛山地区精细的地壳浅部三维S波速度结构,对于研究区内的城市规划建设、地震灾害评估、强地面运动模拟等具有重要意义.本文利用布设于广州—佛山地区短周... 详细信息

广州—佛山地区位于珠三角经济区的核心地带,三条区域性断裂从中交错穿过.广州—佛山地区精细的地壳浅部三维S波速度结构,对于研究区内的城市规划建设、地震灾害评估、强地面运动模拟等具有重要意义.本文利用布设于广州—佛山地区短周期密集地震台阵中的1104个台站记录到的连续波形数据,采用背景噪声互相关方法计算了台站对间的互相关函数并进一步提取到周期范围在0.1~5 s内的39488条高质量面波群速度频散曲线,然后通过基于射线追踪的面波直接反演方法计算得到了研究区内0.3~3 km深度的高分辨率三维S波速度结构.结果显示:研究区内地壳浅部S波速度横向差异显著,其中南部的珠江三角洲断陷盆地S波速度结构相对较为复杂,而北部的广花盆地内部S波速度结构则表现相对简单.研究区内的低速异常主要位于断裂附近,且大都位于断裂的下降盘.珠江三角洲内三水盆地东缘表现为马鞍状低速异常,向下最大延伸至2 km,低速体南北两侧边界与控盆断裂位置基本一致.广花盆地内部存在两个平行排列的高速异常,中间夹持一平行构造走向的低速异常,总体速度结构特征符合广花盆地为一复式向斜的地质构造背景.低速异常向下延伸至1.4 km深度处,可能指示了卷入向斜地层的最大埋深.沿广州—从化断裂发育条带状低速异常,与沿断裂形成的沉积地层有关.条带状异常在浅部分为两段,表明广州—从化断裂在历史上可能具有分段活动性.玉带公园周围被高速异常环绕,异常向上延伸至距地表约1.3 km处,结合研究区已有资料推测该高速异常可能为早期岩浆侵入在地壳浅部的反映.

关键词：密集台阵背景噪声成像地壳浅部 S波速度结构广州—佛山

一种基于高频噪声定量约束函数的地震高分辨率处理方法

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石油物探 2024年第2期63卷 408-416页

作者：徐海王光付李发有孙建芳冯玉良都小芳中国石化石油勘探开发研究院北京102206 中国石化国际石油勘探开发有限公司北京100029 中国石油东方地球物理公司研究院地质研究中心河北涿州072750

系统分析了现有地震数据高分辨率处理方法的适用性及不足,探索了一种基于高频噪声定量约束函数的高分辨率处理方法,有效且保真地提高地震资料信噪比与分辨率。通过分析叠后地震数据有效信号带宽,设计了压制高频噪声的最大概率准则和定... 详细信息

系统分析了现有地震数据高分辨率处理方法的适用性及不足,探索了一种基于高频噪声定量约束函数的高分辨率处理方法,有效且保真地提高地震资料信噪比与分辨率。通过分析叠后地震数据有效信号带宽,设计了压制高频噪声的最大概率准则和定量约束函数,通过多次迭代压制噪声,提高全频带信号的信噪比,逐步分级拓宽地震有效频带宽度,循环迭代求取反射系数,将提取的地震子波与反射系数褶积得到高分辨率地震数据体。测试校验对比其它高分辨率地震处理结果,处理后的数据体具有垂向分辨率高、主频高且频带宽的特点,有效视主频由50 Hz提高至100 Hz左右,地质目标视分辨率相应提高近1倍。基于该提频数据与波阻抗反演实现了2~5 m地质目标的定性与定量预测,钻井验证符合率90%以上,有效指导井位部署。该方法弥补了在传统“有效带宽”内提高地震高频信号的不足,实现了全频带内重构高、低频有效信号的目的。

关键词：高分辨率高频噪声噪声定量约束函数多次迭代反射系数有效带宽

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基于三维剩余密度结构的松原地震成因

地震地质 2024年第2期46卷 462-476页

作者：刘文玉程正璞年秀清陈闫胡钰铃覃祖建邵明正吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心天津300309 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 东华理工大学地球物理与测绘技术学院南昌330000 江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心南昌330013

自2006年以来松原市乾安县与宁江区地震频发,成为东北地震活动最为频繁的区域,目前对两地的发震构造和地震成因的认识存在严重分歧,制约了地震危险性评价与预防工作的开展。文中通过对区域重力数据进行非线性共轭梯度聚焦反演,获得了松... 详细信息

自2006年以来松原市乾安县与宁江区地震频发,成为东北地震活动最为频繁的区域,目前对两地的发震构造和地震成因的认识存在严重分歧,制约了地震危险性评价与预防工作的开展。文中通过对区域重力数据进行非线性共轭梯度聚焦反演,获得了松原震区的三维剩余密度结构,结合石油井震资料,获得了如下认识:1)研究区的剩余密度异常呈高低相间的带状分布,南部异常走向为NNW,北部异常转变为NNE向,该特征反映出乾安震区和宁江震区的深部孕震环境不同,前者震源位于查干花高密度异常体内及其边缘,后者震源位于松原低密度异常带中部,指示两地震源位置的岩性不同;2)两者的发震构造不相同,前者受控于查干花断裂和乾安断裂,后者受控于松原断裂和扶余北断裂;3)地震的形成与区域应力,基底结构,深部气、流体运移和长期油气开采等因素有关。长期注水采油破坏了地质结构和应力环境,可能是重要的地震诱发因素。

关键词：松原地震三维剩余密度结构深部孕震环境基底构造地震成因

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水对Carrara大理岩断层激活及滑动稳定性影响的实验研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1927-1943页

作者：牛露周永胜徐锡伟姚文明马玺应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 中国地质大学(北京) 北京100083

为探究脆塑性转化带流体(水)对断层激活及滑动稳定性的影响,本文采用Carrara大理岩预切断层(saw-cut)光面样品来模拟新鲜断层,在气体介质三轴高温岩石力学实验系统上开展了摩擦实验研究,实验温度(T)为70~500℃,围压(P)为60和130 MPa,孔... 详细信息

为探究脆塑性转化带流体(水)对断层激活及滑动稳定性的影响,本文采用Carrara大理岩预切断层(saw-cut)光面样品来模拟新鲜断层,在气体介质三轴高温岩石力学实验系统上开展了摩擦实验研究,实验温度(T)为70~500℃,围压(P)为60和130 MPa,孔隙水压(Pp)为30 MPa.为获得摩擦滑动的稳定性参数(A-B)值,位移速率在0.08μm·s^(-1)、0.4μm·s^(-1)、2μm·s^(-1)、10μm·s^(-1)之间切换.实验力学数据和滑动面微观结构分析表明,Carrara大理岩断层在实验温度和围压条件范围内出现了断层稳滑、慢滑、震颤、黏滑、断层闭合等5种滑动行为,其中,低有效围压(P_(eff)=30 MPa)下,T=70℃时,断层被激活表现为稳滑、震颤和慢滑,摩擦强度的速率依赖性表现出速度强化向速度弱化过渡的特征;T=100~400℃时,断层被激活表现为慢滑和黏滑,摩擦强度的速度依赖性为速度弱化;T=500℃时,断层被激活,但表现为稳滑,摩擦强度的速度依赖性重新转变为速度强化.然而,高有效围压(P_(eff)=100 MPa)下,T=70~300℃时,断层均未见明显滑动,原有断层处于闭合状态.本研究获得的含孔隙流体(水)条件下Carrara断层发生不稳定滑动的温度范围为100~400℃,大于相同温度压力条件下干燥样品激活断层不稳定滑动的温度范围200~300℃,充分说明孔隙流体(水)对大理岩断层激活及滑动行为等具有影响,可以有效地促进断层发生不稳定滑动.所有样品主要变形机制为碎裂、扩容、及晶体塑性变形,且随着温度和围压升高,孔隙流体(水)的溶蚀作用、颗粒的重结晶作用增强,特别在P_(eff)=30 MPa、T=400℃时,滑动面上发育方解石菱形颗粒、溶蚀孔等,外加孔隙流体(水)对颗粒的润滑作用,以及压溶作用引起的断层愈合,共同促进了断层的重新激活及强烈的不稳定滑动.假定地温梯度为25~30℃·km-1,推测以碳酸盐岩为主的断层在地壳大约2~4 km深度即开始出现不稳定滑动,随后在深度13~20 km范围内断层重新过渡为稳定滑动,之后逐步闭合.

关键词： Carrara大理岩水摩擦滑动断层稳定性溶解和沉淀

基于密集流动地震台网资料研究古冶—滦县地区上地壳各向异性

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1053-1068页

作者：李枭万永革王晓山吴鹏张小涛余海琳防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站河北隆尧055350 河北省地震局石家庄050021 邯郸地震监测中心站河北邯郸056001

自唐山地区发生7.8级地震以来,古冶—滦县地区一直为唐山地震的余震频发区.该地区断裂和地质构造十分复杂,这些断裂的破碎程度有哪些差异?这是地震学家所关心的问题.本文使用在古冶—滦县地区布设的密集流动地震台网2020年8月—2021年7... 详细信息

自唐山地区发生7.8级地震以来,古冶—滦县地区一直为唐山地震的余震频发区.该地区断裂和地质构造十分复杂,这些断裂的破碎程度有哪些差异?这是地震学家所关心的问题.本文使用在古冶—滦县地区布设的密集流动地震台网2020年8月—2021年7月近一年的波形记录,采用剪切波分裂原理通过对古冶—滦县地区上地壳各向异性研究来揭示这些问题.得到以下结论:(1)古冶—滦县地区快剪切波平均偏振方向为NE86.2°±27.8°,慢剪切波平均时间延迟为2.37±1.25 ms·km^(-1).快剪切波偏振第一优势方向为ENE向,与区域背景主压应力方向一致;第二优势方向为NE向,该方向揭示了研究区域断裂主要以NE向为发育的构造意义.(2)唐山断裂带附近台站快剪切波偏振方向均显示出NE向的第二优势方向,与断裂走向一致.断裂附近台站慢剪切波时间延迟较高,各台站时间延迟差异较小,表明区域各向异性程度较强,断裂沿NE向破碎程度较强且破碎均匀.(3)滦县—乐亭断裂和卢龙断裂附近台站快剪切波偏振方向显示出复杂性,表明两条活动断裂的交汇在地壳内部产生了复杂的地壳破裂裂隙结构.断裂附近台站慢剪切波时间延迟较高,各台站时间延迟差异较大,表明区域各向异性和断裂破碎程度较强,且破碎不均匀.(4)丰台—野鸡坨断裂和榛子镇断裂附近台站快剪切波偏振方向与区域主压应力方向接近,慢剪切波时间延迟最小,表明断裂对其附近台站快剪切波偏振方向影响大不,区域各向异性和断裂破碎程度较弱,断裂内部裂隙可能存在愈合的现象.另外,本文还针对1976年唐山M_S7.8地震后在唐山断裂带上出现的尖端效应是否对唐山断裂带北段应力场产生了影响做出了讨论.本研究结果不仅反映了断裂分布的复杂程度与地壳各向异性的关系,还揭示了地壳各向异性在不同破碎程度断裂上的差异.

关键词：古冶—滦县地区地壳各向异性剪切波分裂构造应力断裂破碎程度

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基于CiteSpace的地质大数据与人工智能研究热点及前沿分析

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地学前缘 2024年第4期31卷 73-86页

作者：朱彪彪曹伟虞鹏鹏张前龙郭兰萱原桂强韩枫王汉雨周永章中山大学地球环境与地球资源研究中心广东广州510275 中山大学地球科学与工程学院广东珠海519085 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广东珠海519085 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司广东深圳518000

为研究地质学领域的大数据和人工智能研究现状、热点和前沿,在中国知网(CNKI)核心期刊和Web of Science(WoS)核心数据库收集了2000—2022年相关中文文献3600篇、英文文献1803篇,利用社区结构分析软件CiteSpace,从合作作者、研究国家、... 详细信息

为研究地质学领域的大数据和人工智能研究现状、热点和前沿,在中国知网(CNKI)核心期刊和Web of Science(WoS)核心数据库收集了2000—2022年相关中文文献3600篇、英文文献1803篇,利用社区结构分析软件CiteSpace,从合作作者、研究国家、研究机构、关键词聚类、关键词时空分布图谱等进行可视化分析,并统计了2021—2022年间,地质学领域国际顶级期刊(综合影响因子10以上)的文献进行前沿分析。分析结果表明,近10年内该研究领域全球累计发文量激增,以中国为代表的亚洲国家和以美国为代表的欧美国家研究为主,双方累计发文量相差不大,论文中介中心性欧美国家普遍较高。我国研究机构之间的交流合作居多,与国外的研究机构交流合作较少,国外研究机构则与之相反。该领域以应用机器学习类方法、知识图谱构建等,在地质灾害防治、地震解释、石油与天然气勘查、固体矿产资源预测等方向进行的科学研究为研究热点,以深度学习、集成学习、智能平台搭建等为手段的地球演化过程中的重大地质事件研究、全球性气候变化、极地及海洋地质研究、数字地质建模及定量分析、地震预报、地灾易发性精准评估等为研究前沿。

关键词：地质大数据人工智能知识图谱 CiteSpace 社区发现可视化

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地震定位方法最新进展综述

地球物理学进展 2024年第3期39卷 959-974页

作者：侯新荣郭振威高大维李磊柳建新中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 长沙410083

精确的地震定位对于地球内部结构和地震孕育过程认知、断层精细结构探测、资源能源勘探开发、地震预警研究等众多科学技术问题至关重要.鉴于地震定位方法发展迅速,及时的综述最新进展重要且必要.目前的综述论文主要论述常规地震定位方... 详细信息

精确的地震定位对于地球内部结构和地震孕育过程认知、断层精细结构探测、资源能源勘探开发、地震预警研究等众多科学技术问题至关重要.鉴于地震定位方法发展迅速,及时的综述最新进展重要且必要.目前的综述论文主要论述常规地震定位方法的进展,而涉及机器学习的地震定位方法的系统总结却很少.为便于读者了解地震定位方法原理与最新的前沿进展,本文首先介绍了近年来新发展的常规地震定位方法,如震源扫描类方法、双差类定位法、GrowClust等;然后重点介绍了最新的涉及机器学习的地震定位方法,包括完全基于机器学习的地震定位方法和机器学习辅助的地震定位流程.其中,基于机器学习的定位方法按照利用的神经网络的不同进行再次分类,包括了卷积神经网络、图神经网络、循环神经网络.机器学习辅助的定位流程介绍了EasyQuake、QuakeFlow、LOC-FLOW三种较受关注的方法.通过详细阐述LSTM-FCN模型、LOC-FLOW方法流程的实际应用,对比了代表性方法的定位效果.最后,本文对机器学习类的地震定位方法存在的问题和地震定位的发展方向进行分析与展望,指出机器学习模型轻量化是重要研究方向以及多种地震定位方法联合定位是地震定位发展的重要目标.

关键词：震源定位机器学习神经网络联合定位