歷史地震圖數(shù)字化若干問題的研究.pdf

1、博士學(xué)位論文歷史地震圖數(shù)字化若千問題的研究R e s e a r c h o n S o m e P r o b l e m s o f H i s t o r i c a lS e i s m o g r a mD i g i t i z a t i o n學(xué) 號： ! ! ! 必答辯日期： 2 Q ! 魚：Q 3 』墨大連理工大學(xué)D a l i a nU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g

2、y大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘 要?dú)v史地震圖記載著歷史地震的重要信息，是地球科學(xué)研究中重要的數(shù)據(jù)和資料來源。歷史地震圖都記錄在紙、膠片和熏煙紙這一類的媒介上。在地球科學(xué)研究的早期，這些歷史地震圖是科學(xué)研究的重要素材，為學(xué)者和技術(shù)人員提供了第一手的資料。即使在今天，這些不可復(fù)現(xiàn)的珍貴歷史地震資料仍然具有著重要的研究價值。然而在現(xiàn)今的數(shù)字時代，這些記錄在紙、膠片和熏煙紙等媒介上的歷史地震波波形難以便捷地應(yīng)用于數(shù)字化的定量分析研究中。同時，由于

3、這些地震圖都有壽命有限、不便存儲等問題，對這些歷史地震圖的保養(yǎng)和整理工作也都面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn)。因此，對歷史地震圖進(jìn)行數(shù)字化，以便保存、整理和利用這些歷史地震數(shù)據(jù)就成為一個自然的選擇。由于歷史地震圖的數(shù)量龐大、內(nèi)容龐雜，靠人工完成波形的數(shù)字化將是一個工作量極為龐大的任務(wù)，這就要求能夠采用大規(guī)模、自動化的方法完成歷史地震圖數(shù)字化的工作。然而，由于記錄儀器的設(shè)計局限，這些早年記錄下來的歷史地震圖在很多方面都不便于數(shù)字化工作的展開，比如波

4、形幾何失真、行間的波形交叉和波形中的斷點(diǎn)斷線等。這些都是數(shù)字化工作中的難點(diǎn)，也是本文主要考慮的問題。本論文在總結(jié)現(xiàn)有的歷史地震圖數(shù)字化方法的基礎(chǔ)上，綜合考慮了實際歷史地震圖的特性，針對數(shù)字化過程中的三個關(guān)鍵問題，即失真校正、波形跟蹤和波形補(bǔ)全，進(jìn)行了深入研究，并提出了相應(yīng)的解決方案。本論文的主要成果概括如下：( 1 ) 針對地震圖中存在傾斜失真和弧形失真的問題，提出了基于低秩矩陣恢復(fù)技術(shù)的校正方法。傾斜失真是由于在對地震圖進(jìn)行掃描的的過

5、程中，地震圖在掃描儀中沒有被水平擺放所致。弧形失真是由于在波形記錄的過程中，滾筒記錄儀的筆長有限，導(dǎo)致筆在擺動過程中畫出的線呈弧形所致?？紤]到地震圖本身具有的規(guī)則性和對稱性，本文采用低秩特性來描述地震圖中紋理，提出了基于低秩矩陣恢復(fù)技術(shù)的地震圖失真校正算法。該算法利用地震圖紋理的對稱性和規(guī)則性特點(diǎn)，自動而精確地估計失真參數(shù)，并根據(jù)估計得到的參數(shù)校正地震圖的傾斜失真和弧形失真。該方法能夠自動地校正帶有失真的掃描地震圖，并具有較強(qiáng)的魯棒性，

6、能夠很好地滿足實際中的應(yīng)用要求。( 2 ) 針對現(xiàn)有地震圖數(shù)字化方法無法自動跟蹤地震波波形的問題，提出了基于層次聚類的波形自動跟蹤算法。地震波波形的交叉分離是波形自動跟蹤中的難點(diǎn)。由于地震圖中的波形復(fù)雜多變，現(xiàn)有的波形跟蹤方法都難以自動地判斷波形在交叉點(diǎn)處的走向。本算法首先利用微分幾何方法提取地震圖中的曲線點(diǎn)，并將這些曲線點(diǎn)按光滑性準(zhǔn)則連接成為曲線段。之后，注意到地震波曲線各個部分之間的層次關(guān)系，本算法根據(jù)地震波曲線的幾何形狀特點(diǎn)，采用