[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

本發明提供了一種兩道多模式瑞利波地下探測系統及方法；系統包括：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；方法為基于該系統采集分析和處理多模式瑞利波信號進行地下結構探測：首先利用垂向和水平向信號分析瑞利波不同模式的質點振動軌跡特征及其相位角曲線斜率差異，并據此對基階模式和第一高階模式瑞利波信號進行分離，進而在兩個模式互不干擾的情況下提取基階和第一高階頻散曲線，最后聯合反演多模式頻散曲線獲得地層結構，實現對地下介質的探測。本發明提供的系統及方法利用兩道多分量檢波器采集瑞利波信號并對地下結構進行探測，減少了采集設備，降低了施工難度，同時提高了瑞利波探測的精度和準確性。

技術領域

本發明屬于地震面波探測方法領域；尤其涉及一種兩道多模式瑞利波地下探測系統及方法。

背景技術

瑞利波是一種沿著地球自由表面擴散的地震波場，在傳播過程中其不同頻率成分的波動傳播速度不同，具有頻散的特性。理論與實踐均已表明瑞利波的頻散特征受其傳播路徑下方介質速度結構的控制，利用瑞利波的頻散特性能夠獲得介質的內部結構，因此，瑞利波探測手段廣泛應用于工程勘察、資源勘探、地球內部結構成像等不同領域中。

瑞利波具有多模式發育的特點，即某一頻率會對應兩個甚至多個傳播速度(相速度)，通常將不同頻率對應的以最低速度傳播的部分稱為瑞利波的基階模式，速度較高一些的稱為瑞利波的高階模式，若有多個較高的傳播速度則依次稱為第一高階模式瑞利波、第二高階模式瑞利波等等，實際中通常能夠觀測到基階和第一高階模式。近年來的研究表明，瑞利波基階模式的質點振動軌跡為“逆進”的橢圓，而第一高階模式的質點振動軌跡為“順進”的橢圓，二者在時間域記錄中混疊在一起，難以區分，這就為后續的瑞利波數據處理及地下結構探測帶來了影響，造成相位計算誤差、頻散能量分辨率降低以及探測精度下降等問題。因此，在實際應用中，瑞利波探測方法往往采用多道記錄的方式，利用f-k變換、高分辨率線性拉東變換、τ-p變換等方法將瑞利波各模式的“頻散核”從時間-距離域變換至頻率-速度域，使得基階和第一高階模式的瑞利波能量相互分離，從而提高后續數據處理的精度和探測的效果。

然而上述方法的實施依賴于多道記錄，在采集道較少時，無法很好的區分不同模式能量；并且實際中的瑞利波能量在不同模式之間是不均衡，當某個模式能量占主導時，較弱的模式在頻散能量譜中往往不易識別(或在部分頻段不易識別)。同時，多道采集方式也具有儀器設備較多、野外施工不便等問題。因此，如何基于更少的采集道數實現更高精度的瑞利波數據處理和地下探測是目前尚待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供了一種兩道多模式瑞利波地下探測系統及方法。本發明基于兩道多分量記錄實現基階和第一高階瑞利波頻散曲線的提取，并利用其反演橫波速度進行地下結構探測。本發明提出的方法減少了地震信號采集設備，降低了野外施工難度，同時能夠分離瑞利波基階和高階模式，獲取多模式頻散曲線，提高了探測的精度。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種兩道多模式瑞利波地下探測系統，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。

優選地，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記錄；所述多分量檢波器的數量為2個。

優選地，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。