[發明專利]一種兩道多模式瑞利波地下探測系統及方法

在審

• 申請號: 202110323316.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113189641A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李欣欣;沈鴻雁;李萌
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G01V1/147
• 分類號: G01V1/147;G01V1/18;G01V1/30;G01V1/36
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務所(普通合伙) 61279
• 代理人: 汪重慶

1.一種兩道多模式瑞利波地下探測系統，其特征在于，包括：人工錘擊震源、多分量檢波器、采集站主機、電腦以及若干數據傳輸線；

其中，

所述多分量檢波器的信號輸出端通過數據傳輸線與所述采集站主機的輸入端相連；

所述采集站主機的信號輸出端與所述電腦的信號輸入端相連，信號從所述多分量檢波器傳入所述電腦；

所述電腦對垂向和水平徑向分量地震數據進行處理提取多模式瑞利波頻散曲線并反演得到地下結構。

2.如權利要求1所述的兩道多模式瑞利波地下探測系統，其特征在于，所述多分量檢波器用于數據采集，記錄垂向和水平徑向分量的地震數據；所述多分量檢波器的數量為2個。

3.如權利要求1所述的兩道多模式瑞利波地下探測系統，其特征在于，所述人工錘擊震源與兩個多分量檢波器布設于一條直測線上，多分量檢波器的垂向分量沿鉛垂方向豎直向下，水平分量與直測線遠離震源的延展方向一致。

4.如權利要求3所述的兩道多模式瑞利波地下探測系統，其特征在于，人工錘擊震源與較近的多分量檢波器的間距為5-15米，2個多分量檢波器的間距為5-20米，人工錘擊震源激發時重錘垂向下落高度不低于2米。

5.如權利要求1所述的兩道多模式瑞利波地下探測系統，其特征在于，所述電腦安裝有fortran或matlab數據處理軟件。

6.一種基于權利要求1所述的兩道多模式瑞利波地下探測的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：以常規一維直測線方式布設2道多分量檢波器，并令檢波器垂向分量沿重力方向豎直向下，檢波器的一個水平向分量沿測線展布方向，利用人工錘擊震源在測線端點外側延長線一定距離處激發地震信號，則兩道多分量檢波器記錄的信號為U_v(i,t)、U_h(i,t)，其中i＝1,2表示道號，t表示時間序列，U_v和U_h分別表示垂向記錄和沿著測線方向的水平徑向記錄；

步驟2：對檢波器記錄的數據進行初至切除、帶通濾波預處理，將預處理后的垂向和水平徑向記錄組合記為復數，其中水平徑向記錄數據做為復數的實部，垂向記錄數據做為復數的虛部，即U_complex(i,t)＝U_h(i,t)+j·U_v(i,t)，j表示單位虛數，并規定徑向分量遠離震源方向的振動位移記為正實部，反之為負實部；垂向分量向下的振動位移記為正虛部，反之為負虛部；

步驟3：對步驟2得到的U_complex(i,t)計算相位角：

式中Imag表示虛部，Real表示實部。將計算得到的相位角解纏，使其沿時間序列連續展開，則質點振動軌跡“逆進”的基階模式瑞利波信號將呈現出相位角隨時間減小的特征，而質點軌跡“順進”的第一高階模式瑞利波將呈現相位角隨時間增大的特征；

步驟4：利用Savitzky-Golay濾波器對步驟3得到的相位角數據進行平滑濾波，消除噪聲引起的相位角數據高頻擾動，然后繪制相位角隨時間變化的曲線圖，則基階模式瑞利波信號在相位角曲線上表現為負斜率，第一高階模式瑞利波信號在相位角曲線上表現為正斜率；

步驟5：瑞利波模式分離，根據步驟4得到的兩道記錄的相位角數據，將斜率為正的部分所對應時刻的時間域波形記錄進行充零處理，則得到基階模式瑞利波記錄，記為U_v基階(i,t)、U_h基階(i,t)；將斜率為負的部分所對應時刻的時間域波形記錄進行充零處理，則得到第一高階模式瑞利波記錄記為U_v高階(i,t)、U_h高階(i,t)；

步驟6：利用SASW或雙臺法對基階模式瑞利波U_v基階(1,t)和U_v基階(2,t)進行處理，計算得到基階頻散曲線；同樣方法對高階模式瑞利波U_v高階(1,t) 和U_v高階(2,t)數據進行處理，計算得到第一高階模式頻散曲線；

步驟7：利用半波長法估計地下地層的初始橫波速度模型，然后利用基于奇異值分解的阻尼最小二乘方法對基階和第一高階頻散曲線進行聯合反演，得到地下橫波速度結構，實現對地下介質結構的探測。