CN115993641B - 一种提取被动源面波频散曲线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提取被动源面波频散曲线的方法，涉及金属矿地震被动源面波勘探领域；该方法包括：获取目标测线上的面波数据组；对面波数据组进行频率域的转换得到多组功率谱数据；计算各组功率谱数据中震源的功率谱和节点的功率谱的互相关，得到多组地震记录数据；对各组地震记录数据进行时域的转换得到多组地震数据；将各组地震数据进行拉东变换及频率域转换得到多个面波频谱数据；对于任一面波频谱数据，将多个相关地震波能量中的最大值确定为频率对应的面波相速度的值；根据多个面波相速度的值绘制面波频散曲线；本发明能够在台阵布置非均匀或者非规则的情况下，实现频散曲线的提取。
Description
技术领域
本发明涉及金属矿地震被动源面波勘探领域，特别是涉及一种提取被动源面波频散曲线的方法。
背景技术
金属矿被动源地震勘探相较于主动源地震勘探具有成本低，能在乡镇城市地区勘探等优点。被动源面波勘探的关键问题之一是如何从采集的面波数据中提取频散曲线。空间自相关法(SPAC法)和频率-波数法(F-K法)是目前被动源面波勘探主要采用的两种频散曲线拾取方法。空间自相关法主要排列成圆形或者三角形的检波器台阵，后来因为一些条件的影响，也创新出一些不规则型、L型和线型。该方法的数据处理流程：先计算出所有接收点上检波器的空间自相关系数，通过空间自相关系数与第一类零阶贝塞尔函数的关系式获得面波相速度的频散曲线。频率-波数法是假设数据中基本都为面波，通过频率谱中的峰值来确定准确的频散曲线。
虽然该方法的台阵布置较为灵活，但是排列的测点很多，需要更多的检波器，并要求在探测区域上分布均匀，检波器的道间距要不一样。因此，在野外实际数据采集时，由于地形地势的阻碍，检波器并不能完全按照理论所需的方式进行排列，空间排列的不均等会对提取结果造成很大的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种提取被动源面波频散曲线的方法，可在台阵布置非均匀或者非规则的情况下，实现频散曲线的提取。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种提取被动源面波频散曲线的方法，所述方法包括：
获取目标测线上的面波数据组；所述目标测线上设有一个震源和N个节点；所述面波数据组包括：N组面波数据；一组面波数据对应一个所述节点；所述面波数据均包括：震源的位置、节点的位置、震源处的地震波的能量和节点处的地震波的能量；所述面波数据组是根据炮集组数据确定的；
对所述面波数据组进行频率域的转换，得到多组功率谱数据；所述功率谱数据，包括：震源的功率谱和节点的功率谱；
计算各组所述功率谱数据中所述震源的功率谱和所述节点的功率谱的互相关，得到多组地震记录数据；所述地震记录数据包括震源和节点间的相关地震波能量；
对各组所述地震记录数据进行时域的转换，得到多组地震数据；
将各组所述地震数据进行拉东变换以及频率域转换，得到多个面波频谱数据；每个所述面波频谱数据均包含一个频率和对应的多个所述相关地震波能量；
对于任一所述面波频谱数据，将所述面波频谱数据中多个所述相关地震波能量中的最大值，确定为所述面波频谱数据中所述频率对应的面波相速度的值；
根据多个所述面波相速度的值绘制面波频散曲线。
可选地，所述对所述面波数据组进行频率域的转换，得到多组功率谱数据，具体包括：
对所述面波数据组进行滤波，得到滤波后的面波数据组；
对所述滤波后的面波数据组进行傅里叶变换，得到多组功率谱数据。
可选地，所述互相关的计算公式为：
其中，表示地震记录数据的实部；/>为时间域格林函数G(xA,xB,ω)的傅里叶变换；ρ为质量密度；c为地震波的传播速度；/>为震源的功率谱；/>为节点的功率谱；<·>为空间的整体平均，/>为功率谱数据；/>为震源的功率谱的转置；ω为震动角速度；xA为震源的位置；xB为节点的位置。
可选地，所述拉东变换的计算公式为：
其中，ρ为斜率，τ为截距，u(t,x)为地震数据，u(τ,p)为对地震数据进行拉东变换后得到的数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明实施例提供了一种提取被动源面波频散曲线的方法，通过对获取的目标测线上的面波数据组进行频率域的转换，得到多组功率谱数据；计算各组功率谱数据中震源的功率谱和节点的功率谱的互相关，得到多组地震记录数据；对各组地震记录数据进行时域的转换，得到多组地震数据；将各组地震数据进行拉东变换以及频率域转换，得到多个面波频谱数据；对于任一面波频谱数据，将面波频谱数据中多个相关地震波能量中的最大值，确定为面波频谱数据中频率对应的面波相速度的值；根据多个面波相速度的值绘制面波频散曲线，本申请通过互相关计算以及各种变换，使得对面波频散曲线的提取过程中，避免了均等布设的要求，能够更好的压制空间假频问题，在处理地势地形的环境下，获取的数据具有更高的鲁棒性，因此，本发明可在台阵布置非均匀或者非规则的情况下，实现频散曲线的提取。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的提取被动源面波频散曲线的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的计算后的时间域的地震数据的示意图；
图3为本发明实施例提供的计算后的时间域的地震数据进行切除后的示意图；
图4为本发明实施例提供的面波频散谱能量图；
图5为本发明实施例提供的面波频散曲线图；
图6为本发明实施例提供的炮集组数据的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种提取被动源面波频散曲线的方法，可在台阵布置非均匀或者非规则的情况下，实现频散曲线的提取。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种提取被动源面波频散曲线的方法，该方法包括：
步骤100：获取目标测线上的面波数据组；目标测线上设有一个震源和N个节点；面波数据组包括：N组面波数据；一组面波数据对应一个节点；面波数据均包括：震源的位置、节点的位置、震源处的地震波的能量和节点处的地震波的能量；面波数据组是根据炮集组数据确定的。由炮集组数据绘制的示意图如图6所示。目标测线上的面波数据组由多个检波器测量得到，该面波数据组是在一段时间内连续的接收包括地震波能量的面波数据。该面波数据组的勘测获取手段，是依据被动源地震进行的勘测。
步骤200：对面波数据组进行频率域的转换，得到多组功率谱数据；功率谱数据，包括：震源的功率谱和节点的功率谱。
其中步骤200，具体包括：
对面波数据组进行滤波，得到滤波后的面波数据组。
即可选择在某一时段，对面波数据组进行截取后，再进行滤波去噪等预处理操作，得到滤波后的面波数据组。
对滤波后的面波数据组进行傅里叶变换，得到多组功率谱数据。
此时的傅里叶变换的计算公式为：
其中，F(ω)为功率谱数据；f(t)为滤波后的炮集数据。
步骤300：计算各组功率谱数据中震源的功率谱和节点的功率谱的互相关，得到多组地震记录数据。地震记录数据包括震源和节点间的相关地震波能量。
互相关计算的计算公式为：
其中，表示地震记录数据的实部；/>为时间域格林函数G(xA,xB,ω)的傅里叶变换；ρ为质量密度；c为地震波的传播速度；/>为震源的功率谱；/>为节点的功率谱；<·>为空间的整体平均，/>为功率谱数据；/>为震源的功率谱的转置；ω为震动角速度；xA为震源的位置；xB为节点的位置。/>和/>的乘积为相关地震波能量。另，*指向量的转置计算。
步骤400：对各组地震记录数据进行时域的转换，得到多组地震数据。
步骤500：将各组地震数据进行拉东变换以及频率域转换，得到多个面波频谱数据；每个面波频谱数据均包含一个频率和对应的多个相关地震波能量。
步骤600：对于任一面波频谱数据，将面波频谱数据中多个相关地震波能量中的最大值，确定为面波频谱数据中频率对应的面波相速度的值。
即通过拉东变换(Radon变换)将时间域的地震数据P转化到Radon域。拉东变换的计算公式为：
其中，ρ为斜率，τ为截距，u(t,x)为地震数据，u(τ,p)为对地震数据进行拉东变换后得到的数据。图2中的数据为Radon域的地震数据。然后在Radon域对数据进行简单切除如图3所示。上式中，x为地震数据对应的地震道，t为时间。
具体地，利用关系式v＝1/p，将τ-p域数据转换到τ-v域。记录为u(τ,v)。
将得到的τ-v域数据沿着时间方向做傅里叶变换，得到f-v域数据。此处的傅里叶变换的计算公式为：
其中ω＝2πf，进而能够得到面波频散谱能量图，如图4所示。在面波频散能量谱图中，任意频率所对应的能量的最大值就是面波的相速度的值。
步骤700：根据多个面波相速度的值绘制面波频散曲线。即将多个面波相速度的值依次连接，得到面波频散曲线。图5所示为面波的VR-f频散曲线。在实际应用中，该频散曲线能够与目标测线的深度建立联系，得到单个节点位置处的地震波地下速度属性，由此能够探测得知地下物质的结构或者物质分布情况。如将频散曲线应用于金属矿勘探，最终就能够得知金属矿内部的结构以及各金属分布情况。
本发明已应用于数据测试，数据包含30道，采样时间为4s。本发明不再采用常规的空间自相关法和频率-波数法进行被动源面波频散曲线提取，更改为先对检波器获取的炮集组数据进行重构干涉，然后对重构波场进行稀疏Radon变换后在面波频散能量谱图中提取频散曲线。本方法避免了空间自相关法和频率-波数法对检波器需要在空间均等布置的要求，同时，本方法相较于频率-波数法能够更好地压制空间假频问题，与常规方法相比，在处理地势地形特殊的环境下的采集数据时具有更高的鲁棒性。本发明能够在非均匀采样或者非规则观测***情况下进行波场分离，从而解决了被动源面波勘探实际数据采集过程中台阵不均等排列时，频散曲线的提取问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种提取被动源面波频散曲线的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标测线上的面波数据组；所述目标测线上设有一个震源和N个节点；所述面波数据组包括：N组面波数据；一组面波数据对应一个所述节点；所述面波数据均包括：震源的位置、节点的位置、震源处的地震波的能量和节点处的地震波的能量；所述面波数据组是根据炮集组数据确定的；
对所述面波数据组进行频率域的转换，得到多组功率谱数据；所述功率谱数据，包括：震源的功率谱和节点的功率谱；
计算各组所述功率谱数据中所述震源的功率谱和所述节点的功率谱的互相关，得到多组地震记录数据；所述地震记录数据包括震源和节点间的相关地震波能量；
对各组所述地震记录数据进行时域的转换，得到多组地震数据；
将各组所述地震数据进行拉东变换以及频率域转换，得到多个面波频谱数据；每个所述面波频谱数据均包含一个频率和对应的多个所述相关地震波能量；
对于任一所述面波频谱数据，将所述面波频谱数据中多个所述相关地震波能量中的最大值，确定为所述面波频谱数据中所述频率对应的面波相速度的值；
根据多个所述面波相速度的值绘制面波频散曲线。
2.根据权利要求1所述的提取被动源面波频散曲线的方法，其特征在于，所述对所述面波数据组进行频率域的转换，得到多组功率谱数据，具体包括：
对所述面波数据组进行滤波，得到滤波后的面波数据组；
对所述滤波后的面波数据组进行傅里叶变换，得到多组功率谱数据。
3.根据权利要求1所述的提取被动源面波频散曲线的方法，其特征在于，所述互相关的计算公式为：
其中，表示地震记录数据的实部；/>为时间域格林函数G(xA,xB,ω)的傅里叶变换；ρ为质量密度；c为地震波的传播速度；/>为震源的功率谱；/>为节点的功率谱；<·>为空间的整体平均，/>为功率谱数据；/>为震源的功率谱的转置；ω为震动角速度；xA为震源的位置；xB为节点的位置。
4.根据权利要求1所述的提取被动源面波频散曲线的方法，其特征在于，所述拉东变换的计算公式为：
其中，ρ为斜率，τ为截距，u(t,x)为地震数据，u(τ,p)为对地震数据进行拉东变换后得到的数据。
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