[發明專利]一種提取Rayleigh面波頻散曲線的方法

在審

• 申請號: 201410580207.0
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104678435A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 李欣欣;方紅萍
• 申請（專利權）人: 李欣欣;方紅萍
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及工程地震勘探或地球深部構造探測領域中的Rayleigh面波探測方法的關鍵技術，即通過反演地下橫波速度結構時Rayleigh面波的頻散曲線的提取，我利用地震記錄互相關譜實部曲線和第一類零階貝塞爾函數的關系，提取出了Rayleigh面波的頻散曲線。

背景技術

Rayleigh面波是一種沿地球自由表面傳播的彈性波,其沿地表傳播的速度與波及深度內的介質彈性參數有關,包括介質的密度、縱波和橫波速度，而主要的影響參數是介質的橫波速度。Rayleigh波在層狀介質中具有頻散特征,?其傳播速度將隨著頻率的改變而發生變化，根據Rayleigh面波的這一特征,可以求得地層不同深度的彈性參數。

頻散曲線的提取Rayleigh面波勘探中的關鍵步驟，簡單來說就是求取對應某頻率下瑞雷面波的相速度問題。傳統的提取頻散曲線方法的思想為，對不同檢波器或地震臺站實際接收到的Rayleigh面波信號做fourier變換得到其相位，計算不同檢波器或臺站處的相位差，再根據檢波器或臺站間的相對距離即可求出某頻點的相速度，假設p1臺站處的Rayleigh面波信號為R1(t)，p2臺站處的Rayleigh面波信號為R2(t)，分別做傅里葉變換的到R1和R2的相位譜R1(f,φ)和R2(f,φ),若兩臺站間的距離為S，則某個頻率處的相速度的可由下式算得：

其中n為周期的倍數，計算時須對n進行估計，即相位解纏。

目前的計算方法通過估計一個速度v的區間范圍，從而確定n的可能值，最后帶入上式算出相速度，然而在估計值不合理的情況下，n值無法準確得到，即意味著相位的旅行周期無法確定，故計算出的相速度會存在偏差。

發明內容

本發明主要是解決現有計算頻散曲線方法中無法準確確定相位旅行周期n的問題，通過互相關譜實部與第一類零階貝塞爾函數的對應關系計算相速度，這樣就可以避開對相位旅行周期n的估計，提高計算結果的準確性。

仍然假設兩個臺站記錄的Rayleigh面波信號為R1(t)和R2(t)，由于信號為離散采樣，則他們的互相關函數可表示為：

得到互相關函數后計算其頻譜C(?QUOTE??)，

根據Aki(1957)文獻中42式:

該式指出噪聲互相關譜和第一類零階貝塞爾函數的對應關系，實際計算中考慮數據處理的非線性效應，我們通過互相關譜的實部曲線和貝塞爾函數的根的對應關系計算相速度：

通過該式計算出各個頻率?QUOTE??處的相速度C(?QUOTE??)后，即可得到Rayleigh面波的頻散曲線。

附圖說明：

圖1是本專利提取頻散曲線流程圖；

圖2是本專利實施效果圖。

具體實施方式：

我們基于背景噪聲的方法采集數據，然后進行數據預處理并計算互相關得到臺站間的經驗格林函數，然后根據互相關譜實部與貝塞爾函數的對應關系求出Rayleigh面波的相速度，繪制頻散曲線(圖1，圖2)。

1數據采集：

???????在研究區域布設臺站對或臺陣，進行長時背景噪聲觀測，根據目標探測深度選取合適的臺站間距和采樣率。

2數據預處理：

???????對得到的背景噪聲信號進行譜白化、濾波等預處理過程，然后將各個臺站的微動信號分段，分段時長根據探測目標深度選取。

3?互相關運算：

???????將分段后的信號按相同時間段內兩兩進行互相關運算，然后將相同臺站對的不同時間段互相關運算的結果進行疊加，疊加后的互相關函數即可視為臺站間的經驗格林函數。

4?提取譜實部曲線：

???????對經驗格林函數進行傅里葉變換得到互相關譜，然后提取出譜實部曲線。

5?計算相速度：

???????實際數據中計算得到的實部曲線與第一類零階貝塞爾函數振幅有差異，但是實部曲線的零點與貝塞爾函數的根仍然一一對應，因此我們將零點處對應頻率的相速度值一一求出。

6?繪制頻散曲線：

???????將得到的各個零點處對應頻率的相速度值繪制在V-f平面坐標內，連接各個頻點的相速度值，即得到Rayleigh面波的頻散曲線。