[發(fā)明專利]一種高密度面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711017383.3
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN107807382A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭冬;陳鵬;王歡
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇筑升土木工程科技有限公司
• 主分類號(hào): G01V1/20
• 分類號(hào): G01V1/20;G01V1/22;G01V1/24;G01V1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程地質(zhì)勘察與檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高密度面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法。

背景技術(shù)

彈性波可分為面波和體波。面波沿兩種不同介質(zhì)分界面?zhèn)鞑ィ怯审w波在一定條件下相長干涉而成，主要有瑞利波和勒夫波。瑞利波面是以激發(fā)點(diǎn)為柱心的圓柱面，有水平和垂直兩個(gè)成分，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡為一橢圓。勒夫波只存在于層狀介質(zhì)中，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與傳播方向垂直且平行于介質(zhì)表面，只有水平成分。

面波振幅隨深度呈指數(shù)衰減，能量主要集中在距分界面很近范圍內(nèi)。在半波長深度范圍以內(nèi)，約集中了全部能量的80％，在一個(gè)波長以內(nèi)則集中了全部能量的約95％以上。傳播速度主要由介質(zhì)表面到半波長深度范圍內(nèi)的介質(zhì)決定，約為橫波波速的0.91倍。高頻面波波長較短，只能穿透地表附近很淺范圍內(nèi)的地層，因而只反映淺層地下構(gòu)造；而低頻面波波長大，能穿透較深地層，能夠綜合反映從地表到深層的地下構(gòu)造。

面波勘探能夠克服鉆孔等傳統(tǒng)測試方法的缺陷，勘探速度快、精度高、效果好，對(duì)環(huán)境無影響。通過采集波形，采用相應(yīng)處理方法分離深度信息，獲得地層剪切波速度及其分布情況等信息，進(jìn)行地質(zhì)信息反演分析，即可推測地下構(gòu)造。

傳統(tǒng)的面波勘探受到數(shù)據(jù)采集和處理方法限制，精度較低，只能獲得勘探點(diǎn)的1維構(gòu)造信息，無法得到地下構(gòu)造連續(xù)的分布狀況。

基于以上問題，本發(fā)明對(duì)面波勘探的數(shù)據(jù)采集方法，以及處理方法與流程進(jìn)行了創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化，包括預(yù)處理、波形處理、頻散分析、反演分析和可視化展示。同時(shí)，采用高精度、多模態(tài)頻散分析和反演分析方法，計(jì)算精度高、效果好。另外，對(duì)各階段分析結(jié)果進(jìn)行可視化輸出，結(jié)果解釋方便、直觀。

現(xiàn)有面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法存在以下缺陷：以勘探點(diǎn)為單位采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度小，空間上無連續(xù)性；勘探結(jié)果為勘探點(diǎn)的一維構(gòu)造，無法得到地下構(gòu)造連續(xù)的分布狀況；頻散分析采用F-K法，精度和分辨率低，不區(qū)分面波模態(tài)，不同模態(tài)的傳播速度混雜在同一條頻散曲線中；不進(jìn)行反演分析，而是通過頻散曲線，由經(jīng)驗(yàn)公式反推地下構(gòu)造。因此，計(jì)算精度低，結(jié)果表達(dá)物理意義不明確；以勘探點(diǎn)為單位手工處理數(shù)據(jù)，效率低，人為因素多，結(jié)果缺乏客觀性。為此，我們提出一種高密度面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法，以解決上述背景技術(shù)中提到的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高密度面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高密度面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分，所述數(shù)據(jù)處理又分為預(yù)處理、波形處理、頻散分析、反演分析和可視化處理，該高密度面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理方法具體步驟如下：

S1：數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集采用加密和重疊測點(diǎn)的勘探方式，第一步，將多個(gè)檢波器按一定間隔布置在測線上，形成傳感器陣列，然后在測線延長線上按一定偏移距進(jìn)行激發(fā)，傳感器接收信號(hào)，并完成記錄，第二步，沿測線向前移動(dòng)傳感器陣列和激發(fā)點(diǎn)至下一位置，然后進(jìn)行激發(fā)、接收和記錄操作；

按照上述方法，重復(fù)進(jìn)行激發(fā)、接收、記錄和移動(dòng)的操作，直至完成整條測線，實(shí)現(xiàn)沿測線連續(xù)地高密度數(shù)據(jù)采集；

在數(shù)據(jù)處理方面，為保證數(shù)據(jù)處理精度、效率和質(zhì)量，需對(duì)每部分處理結(jié)果進(jìn)行考察，確認(rèn)符合要求后方可進(jìn)行下一步處理；

S2：預(yù)處理

預(yù)處理包括數(shù)據(jù)整理、格式轉(zhuǎn)換、添加傳感器和激發(fā)點(diǎn)位置信息；

S3：波形處理

通過S2中對(duì)各數(shù)據(jù)波形的考察，結(jié)合野外作業(yè)條件，設(shè)置合理的時(shí)間窗口和濾波器，最大限度地壓制噪音，對(duì)于包含非激發(fā)震源信號(hào)的波形，可采用方向?yàn)V波的方法，濾掉干擾信號(hào)，即可通過波形處理獲得高質(zhì)量的頻散曲線，頻散曲線滿足要求后，表明濾波器設(shè)置合理，則將各數(shù)據(jù)文件進(jìn)行疊加與連接，獲得整條勘探測線數(shù)據(jù)；

S4：頻散分析

高精度、多模態(tài)頻散分析是指由共激發(fā)點(diǎn)道集提取面波相速度，其包括：參數(shù)設(shè)置、相速度分析、頻散曲線調(diào)整和讀取相速度；

頻散曲線采用彩色速度譜表示方式，直觀明了，分析過程可同步顯示波形數(shù)據(jù)及其頻散曲線，可直接調(diào)整頻散曲線，頻散分析可形成連續(xù)頻散曲線，對(duì)檢波器間距無要求，且分辨率高，抗干擾性極強(qiáng)；

S5：反演分析

高精度、多模態(tài)反演分析，是由面波的頻散曲線反演計(jì)算地下的橫波速度構(gòu)造，其主要包括：分析參數(shù)設(shè)置，相速度反演分析，確定速度構(gòu)造模型，分析結(jié)果可視化展示、量化，反演分析與構(gòu)造模型調(diào)整，調(diào)整構(gòu)造模型，評(píng)判計(jì)算理論頻散曲線對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)的擬合程度；