地震波振幅谱 信号分析 如何对一段实际地震波进行频谱分析

地震波的频谱及特点 地震波的频2113谱既与波的类型有关，又与5261地层岩性结构有一定联系；地震波的4102频谱特征，是我们识别波的类型和1653进行数字滤波的重要依据，同时也是进行岩性解释的信息之一。（一）复杂周期振动的频谱据振动叠加的原理，几个不同频率（f），不同振幅（A），不同相位（φ）的谐振动叠加，就可以得到一个复杂的周期振动。如图1-2-8所示，它是由三个不同频率，不同振幅的谐振动叠加合成的复杂周期性振动；反之，任何一个复杂的周期性振动也可以分解为若干个不同频率、不同振幅的谐振动，其数学表达式可写成：反射波地震勘探原理和资料解释式中ω0叫基频（角频率），T为周期；nω0叫倍频。式中各项为不同频率、不同振幅、不同相位的简谐振动，并且这种关系是唯一的。据谐振动方程可知，一个振动可由三个值确定，即A、f、φ，任何一个复杂的周期性振动都可以用振幅谱和相位谱来表示。振幅谱表示分振动的振幅和频率的关系，简称频谱；相位谱表示分振动的相位和频率的关系。只有同时应用振幅谱和相位谱，才能完全确定已知的周期性振动。因为复杂的周期性振动是由有限个谐振动分量叠加的结果，所以周期性振动的频谱是分立谱（或叫离散谱），如图1-5-1所示；它的。某个台站使用伍德-安德森地震仪接收信号.某天，接受到一串地震波，经过分析，知道震中距离台站100km.工作人员测量出这串地震波的峰值波振幅为1厘米，求该地震的震级为里氏几级？ 4级，10^4微米么地震子波的介绍 地震子波是一段具有确定的起始时间、能量有限且有一定延续长度的信号，它是地震记录中的基本单元。一般认为，地震震源激发时所产生的地震波仅是一个延续时间极短的尖脉冲，随着尖脉冲在粘弹性介质中传播，尖脉冲的高频成分很快衰减，波形随之增长，便形成了地震子波，一个地震子波一般有2至3个相位的延续长度，大约有90ms左右，然后以地震子波的形式在地下传播。1953年N.Ricker第一次提出地震子波的概念，他研究了地震子波的传播形式和规律，指出了它对地震记录分辨率的控制作用。地震子波是地震勘探中一个非常关键的问题，在正演问题中，需要通过波动方程或褶积模型结合地震子波来形成正演模拟地震数据，在反演和反褶积问题中，也需要通过地震道提取一个的子波，不同的子波往往对反演结果会有不同的影响。一个子波可以由它的振幅谱和相位谱来定义，相位谱的类型可以是零相位、常数相位、最小相位、混合相位等；对零相位和常数相位子波而言，可简单将其看作是一系列不同振幅和频率的正弦波的集合，所有的正弦波都是零相位或常数相位的（如90°）；在频率域中，子波提取问题由两部分组成：确定振幅谱和相位谱，确定相位谱更加困难，并且是反演中误差的主要来源。滤波器的基本概念 滤波的实现可以利用模拟电滤波器，也可以利用数字滤波。过去，无论野外采集还是室内处理都采用由电阻、电感、电容等电器元件组成的模拟电滤波器。模拟电滤波器存在着严重的缺点，其结构比较复杂，改变滤波器的特性比较困难，而且还存在着不需要的相位移等。数字滤波利用数学运算的方法实现滤波，简单、方便，目前室内滤波处理已广泛采用数字滤波的方法。一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置则叫做滤波器。从广义上讲，任何一个过程和系统都可以称为滤波器。所谓“信号”、“装置”的概念亦应当广义地理解，可能是具体的（如电流信号和电感、电容、电阻等元件组成的“装置”），也可能是抽象的（如数和数学运算）。1.线性时不变滤波器的响应特征和滤波机理滤波器的种类十分繁多，地震勘探中最为常用的是线性时不变滤波器。1）线性时不变滤波器的概念滤波器对输入信号的改造作用可分为线性的和非线性的两大类型，简单地定义：线性滤波器是其特性与输入的性质、极性和大小都无关的滤波器，并且输出信号只包含输入信号所拥有的成分，不会有新的成分出现；非线性滤波器的特性则与之相反。线性滤波器的。如何对一段实际地震波进行频谱分析 模拟地震振动台可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，它是在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，这种设备还可用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗震措施等内容。另外它在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等方面也都发挥了重要的作用，而且其应用的领域仍在不断地扩大。模拟地震振动台试验方法是目前抗震研究中的重要手段之一。20世纪70年代以来，为进行结构的地震模拟试验，国内外先后建立起了一些大型的模拟地震振动台。模拟地震振动台与先进的测试仪器及数据采集分析系统配合，使结构动力试验的水平得到了很大的发展与提高，并极大地促进了结构抗震研究的发展。二、常用振动台及特点振动台可产生交变的位移，其频率与振幅均可在一定范围内调节。振动台是传递运动的激振设备。振动台一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。常见的振动台分为三类，每类特点如下：1、机械式振动台。所使用的频率范围为1~100Hz，最大振幅±20mm，最大推力100kN，价格比较便宜，振动波形为正弦，操作程序简单。2、电磁式振动台。使用的频率范围较宽，从直流到近10000Hz，最大振幅±50mm，最大推力200kN，几乎能对全部功能。地震波的频谱 （一）频谱的概念波的频谱与光谱相类似。地震勘探时震源激发产生的地震波是一个非周期的脉冲振 动，该脉冲振动可以看成是由无数多个不同频率、不同振幅和不同初始相位的简谐振动合 成的。反过来，一个非周期脉冲振动亦可分解成无数多个频率、振幅和初始相位各异的简 谐振动。图1-12（a）与（b）表示由16个频率、振幅和初始相位各不相同的简谐振动在不 同时刻合成的脉冲信号f1（t）和f2（t）的示意图。θ（f）与f（t）有唯一的对应关系：即 θ（f）合成必得f（t），f（t）一定能分解为θ（f）。θ（f）称为信号f（t）的频谱。θ（f）与 f（t）间的合成与分解，数学上用傅里叶变换实现。波的频谱θ（f）中包含振幅谱与相位谱两部分。把θ（f）中一系列简谐振动在A（f）-f坐 标系中绘出振幅随频率变化的关系可得到信号f（t）的振幅谱，如图1-12（c）所示；若将初始 相位随频率变化的关系绘在φ（f）-f坐标系中，可得到f（t）的相位谱，如图1-12（d）所示。振幅谱表示不同频率简谐波所对应的能量；相位谱表示不同频率简谐波所对应的相 位。通常主要对振幅谱进行分析研究。（二）地震波频谱的特点及应用图1-12（a）中由于相邻谐波间的频率间隔为f0，所以频谱中的谱线是。由震源激发的纵(横)波经地下传播并被人们在地面或井中接收到的地震波，通常是一个有一定长度的脉冲振动，用数学公式表示就是前节讨论的位移位或位移解。该式是一个函数表达式，它描述了介质质点的振动规律，应用信号分析领域中的广义术语，可称为振动信号，在地球物理领域称为地震子波。对一个随时间变化的振动信号，描述其特征的有振动幅度(简称振幅)A、振动频率？(或周期T)、初相位φ，若考虑信号随空间变化，则还有波长λ或波数k。称用于描述地震波振动特征的参数A、？、T、φ、λ、k为地震波动力学参数。所谓地震波的动力学特征就是由地震波的动力学参数来体现的。以下讨论以球面纵波为例。1.3.3.1 球面纵波的传播特点球面纵波的位移解为式(1.3-15)，在位移解UP的表达式中，其振动幅度既与传播距离r2、r有关，又与震源函数Φ(t)及Φ′(t)有关。分两种情况讨论。1.3.3.1.1 近震源情况当靠近震源时，r比较小，有条件地震勘探原理、方法及解释则地震勘探原理、方法及解释可见在近震源时，质点位移UP与震源函数Φ(t)成正比，与r2成反比。1.3.3.1.2 远震源情况当波传播远离震源时，r比较大，这时有地震勘探原理、方法及解释则地震勘探原理、方法及解释在。地震波的基本知识 （一）地震波的形成弹性体在外力的作用下，内部质点会离开平衡位置发生位移而产生形变，外力解除以 后，产生位移的质点在应力的作用下都有一个恢复到原来平衡位置的过程；但由于惯性力 的作用，运动的质点不可能立即停止下来，而是向平衡位置的另一方向运动，于是又产生 新的应力，使质点再向原始的平衡位置运动。这样，由于受应力和惯性力的不断作用，使 质点围绕平衡位置发生振动。另外，在振动过程中，质点与其相邻质点间的应力作用，必 然会引起相邻质点的振动。这种振动在弹性介质中不断地向周围传播和扩大，便形成了以 激发点为中心，以一定速度传播的弹性波。弹性波形成需有两个条件，一是要有一种能传播振动的介质，二是要在该介质中激发 振动。那么，坚硬的岩石是否具有弹性呢？弹性理论表明，自然界中的大部分物体在外力 作用下，既可表现为弹性，亦可显示为塑性。其究竟表现为何种性质，主要取决于物体本 身的物理性质、外力的大小和作用时间的长短。当外力很小且作用时间极短时，大部分物 体表现为弹性性质。反之，显示为塑性，甚至发生破碎。此外，温度、压力等外界因素也 有一定影响。图1-1 爆炸震源周围介质形变分区示意图在陆地上进行地震勘探时，。一个地震信号经过滤波之后做傅立叶变换得到频谱图的相位谱怎么看啊？该怎么分析它？ 地震信号经过滤波之后做傅立叶变换得到频谱图的相位谱的分析：1、描述一切动态信号的三大要素是振幅、频率和相位。地震记录的基本子波也可以用这三个要素进行描述。地层滤波特性包括能量传递、反射干涉、散射和吸收等机理，它们与地层物性及结构有关。这些因素均有改造地震波相位谱的作用，地震波通过不同岩性的地层，其相位差就不同了，就是说地震波的特性变化可间接反映地层的物性变化。2、傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号（信号的频谱），可以利用一些工具对这些频域信号进行处理、加工。最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。3、图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。灰度变化缓慢的区域，对应的频率值很低；灰度变化剧烈的区域，对应的频率值较高。4、对图像进行二维傅立叶变换得到频谱图就是图像梯度的分布图，傅立叶频谱图上看到的明暗不一的亮点实际上图像上某一点与邻域点差异的强弱，即梯度的大小，也即该点的频率的大小，图像中的低频部分指低梯度的点，高频部分相反。梯度大则该点的亮度强，否则该点亮度弱。这样通过观察傅立叶变换后的频谱图可以看出图像的。

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