USArray, новаторский проект по плотному сбору данных о землетрясениях, обеспечивает полуравномерную выборку сейсмического волнового поля и значительно улучшает понимание структуры и динамики Земли.
Здесь используется итерационный метод (организация обработки данных, при которой действия повторяются многократно) ранжирования для одновременной реконструкции отсутствующих следов и подавления шума, то есть получения бесплатных записей USArray, а также для улучшения существующих данных. Этот метод использует пространственную когерентность (согласованность) трехмерных данных и восстанавливает недостающие элементы через основные компоненты неполных данных.
Ученые изучают достоинства этого метода с использованием имитационных и реальных записей землетрясений.
Реконструированное P-волновое поле повышает пространственную когерентность и точность томографических измерений времени пробега, что демонстрирует большой потенциал для сейсмических исследований, основанных на массивных методах.
За последние два десятилетия во всем мире наблюдалось значительное увеличение числа широкополосных сейсмических массивов данных. Одним из прекрасных примеров является USAarry, сейсмологический компонент национальной программы наук о Земле EarthScope, который постоянно мигрировал по всему североамериканскому континенту, обеспечивая плотную выборку сейсмических волн под его следами.
Наличие большого объема высококачественных данных открывает уникальные возможности для получения сейсмических изображений высокого разрешения, что ведет к значительному улучшению понимания строения Земли в различных масштабах.
Относительно равномерно распределенные датчики со средним расстоянием ~70 км образуют идеальную конфигурацию сети для применения массивных методов. Хотя количество массивов данных постоянно растет, повышению качества данных препятствует наличие шума и смещение пространственных данных, получаемых от неравномерно распределенных источников землетрясений и станций.
Оба фактора (то есть количество и качество) играют важную роль в использовании данных и получении надежных результатов визуализации. Большинство усилий по совершенствованию данных было сосредоточено на увеличении объема данных, в то время как в целом меньше внимания уделялось повышению качества существующих записей.
Высококачественные данные с регулярным отбором пространственных образцов могут в значительной степени способствовать анализу, обработке и визуализации данных, а также повышению стабильности и точности числовых показателей для методов получения сейсмических изображений на основе сетки. В результате, подходы регуляризации, подавляющие шумы пользуются высоким спросом.
В геологоразведочном сейсмологическом сообществе был предложен ряд эффективных методов реконструкции сейсмических данных. Один из наиболее широко используемых методов основан на разреженном преобразовании, при котором сейсмические сигналы привязываются к определенным областям, где полезная информация может быть представлена и отделена от отсутствующих данных и случайных шумов в незначительной степени.
Другой тип основных методов основан на сингулярном спектральном анализе, который представляет собой метод, основанный на ранжировании и преобразовывающий данные в частотно-координатные или частотно-космические области для получения пространственной согласованности всего набора данных с целью реконструкции отсутствующей информации.
Все вышеупомянутые методы реконструкции обычно применяются к сейсмическим данным, полученным в ходе крупномасштабных геологоразведочных работ. В то время как их применение к данным о землетрясениях, особенно многомерным данным, зарегистрированным с помощью крупномасштабных сейсмических сетей, редко фиксируется.
В глобальном сейсмологическом сообществе было предложено несколько методов интерполяции сейсмических данных с нерегулярной выборкой. Реализуются также методы, основанные на высокоразрешающем радоновом преобразовании, сингулярном спектральном анализе и, совсем недавно, нелинейном растяжении и сжатии формы волны.
Помимо интерполяции функций приемника, Schneider (французская энергомашиностроительная компания) реконструировали слабые амплитудные отражения под боковой поверхностью от зоны перехода мантии, используя подход, основанный на сжатии-сенсоре, который стремится к распределению доминирующей энергии в области частотно-волновых чисел.
В одном из недавних исследований также была применена идея сжимающего зондирования для реконструкции синтетических поверхностных волновых полей с помощью разреженного представления на основе плосковолнового базиса.
Эти более ранние исследования представляют собой продолжение усилий мирового сейсмологического сообщества по совершенствованию данных о землетрясениях в направлении регулярно отбираемого волнового поля.
Однако по-прежнему существует проблема, связанная с тем, что:
- реконструируется только определенный тип данных (например, функции приемника), который обычно структурно прост,
- энергия полезных сигналов, как правило, чрезмерно сглаживается специальными схемами интерполяции, что ограничивает разрешение данных, что делает их разрешимыми для небольших структур.