地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法技术

本发明专利技术公开了一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，包括如下步骤：采集地震背景噪声数据，开展数据预处理；进行层剥离成像，得到地质构造模型和地质分层数据；结合层剥离成像得到的地质分层结果，进行面波频散曲线反演，得到地下横波速度场；以频散曲线反演结果作为初始输入模型

【技术实现步骤摘要】
地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法


[0001]本专利技术涉及工程地球物理无损探测
，尤其涉及一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法
。

技术介绍

[0002]在高速铁
/
公路建设
、
城市地下空间开发利用等工程项目的地质勘察中，浅地表地质结构以及异常目标体（岩溶
、
人防空洞
、
不均匀风化体
、
地下水渗流通道
、
软弱夹层等）的精确表征刻画对工程施工安全具有重要意义，是施工管理人员亟需解决的技术难题
。
地震背景噪声成像技术，把传统认知中的“地震噪声”记录下来，转换为“有效”信息，可以自适应的解决人类活动
、
电磁
、
交通工具等干扰；且无需人工震源，具有可重复
、
绿色无损
、
观测时效好等优势，是目前获取地下空间介质构造最为流行的技术手段之一
。
[0003]然而传统单一的地震背景噪声成像技术在分辨率
、
适用性等方面均存在不同程度的缺陷：1）
1D
方法空间适用性好，但只能提供地质构造信息，无法获取介质属性；2）
1.5D
的频散曲线反演虽然能够获取横波速度属性，但是由于横向采集的等效性，输出结果的横向分辨率难以保证；3）基于波动方程理论的
2D、3D
背景噪声全波形反演成像（
Full waveform inversion
）技术能够提供一种纵横向分辨率兼顾的反演结果，但
FWI
方法是一种非线性性质极强的模型参数逆向重建技术，在初始输入模型不准确
、
数据频段缺失的情况下极易陷入局部极值
。
[0004]为此，本专利技术结合各维度背景噪声成像方法的优势，提出了一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，该方法从不同维度充分挖掘地震背景噪声信号中蕴含的地质属性信息，不仅能够实现不同空间连续性区域的全覆盖勘察，更能完成多维度地震噪声勘察结果之间的相互融合
、
印证，从而显著提高地下空间探测精度
。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的在于提供一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，采用
1D
层剥离成像
、1.5D
频散曲线反演和
2D
波形反演，针对地质地表环境的不断复杂化，采用多维度地震背景噪声联合成像技术，实现不同空间连续性区域的全覆盖勘察
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，包括如下步骤：
S1、
在预设的线性观测系统中等间距布设节点式地震仪，在采集原始的地震背景噪声数据；
S2、
将原始的地震背景噪声数据进行预处理，根据预处理后的数据进行层剥离成像，得到地质构造模型和地质分层数据；
S3、
根据预处理后的数据以及定义的虚拟炮
‑
检位置关系，利用干涉技术提取经验格林函数，计算频散谱图，根据频散谱图趋势拾取面波频散曲线，利用面波频散曲线结合层剥离成像得到的地质分层数据，进行频散曲线反演，得到地下横波速度场；
S4、
将虚拟炮集记录与合成炮集记录进行数据匹配，利用
S2
得到的地质构造模型作为约束条件，构建全波形反演目标泛函数，计算横波速度的梯度，按照迭代步长，对当前速度模型进行更新，得到新的速度模型；判断迭代更新后的速度模型是否满足收敛条件；若满足收敛条件，输出最终横波速度场；若不满足收敛条件，利用更新后的横波速度模型重复步骤
S4。
[0007]进一步优选的，在
S2
中，所述将原始的地震背景噪声数据进行预处理的方法包括：带通滤波
、One
‑
Bit
归一化
。
[0008]进一步优选的，在
S2
中，所述根据预处理后的数据进行层剥离成像，得到地质构造模型和地质分层数据包括如下步骤：
S201、
计算各采集点位置地震背景噪声数据的频谱及谱比曲线；
S202
：提取谱比曲线中的峰值，得到卓越频率；按照卓越频率由大到小依次排列；
S203、
根据卓越频率与地层厚度关系进行层剥离成像，得到地质构造模型
、
地层分层及各层的厚度信息
。
[0009]进一步优选的，在
S203
中，所述卓越频率与地层厚度关系按照如下公式计算：其中，为第
n
个地层的厚度，为第
n
个地层的速度，为第
n
个地层的卓越频率
。
[0010]进一步优选的，在
S3
中，所述利用面波频散曲线结合层剥离成像得到的地质分层数据，进行频散曲线反演，得到地下横波速度场包括以得到的地层分层及各层的厚度信息为约束，按照如下公式进行频散曲线反演：其中，为频散曲线反演的目标函数，为观测到的实际频散曲线，为正演计算得到的频散曲线
。
[0011]进一步优选的，在
S4
中，所述虚拟炮集记录为利用给定子波信号与提取的经验格林函数进行褶积计算得出；所述合成炮集记录为以频散曲线反演的得到的地下横波速度场作为初始速度模型，根据给定的的地震子波进行波动方程正演模拟得到
。
[0012]进一步优选的，在
S4
中，按照如下公式构建全波形反演目标泛函数，得到新的速度模型；其中，为正演模拟生成的合成炮集记录，为虚拟炮集记录，
T
为记录的时间长度，为约束权重系数，
m
为地质构造模型
。
[0013]本申请公开的一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，相比于现有技术至少具有以下优点：（1）空间适用性强
。
[0014]多维度地震背景噪声成像技术包含三种成像方法：
1D
层剥离成像
、1.5D
频散曲线反演和
2D
波形反演，针对地质地表环境的不断复杂化，多维度背景噪声成像技术可实现山区（
1D
方法适用）
、
城市（
1D
和
1.5D
适用）
、
平原（
1D、1.5D、2D
均适用）等不同空间连续性区域的全覆盖勘察
。
[0015]（2）探测精度可靠
。
[0016]多维度地震背景噪声联合成像技术中，多维成像结果之间的相互融合约束，可以进一步提高地下空间结构的综合解译精度，相比传统单一地震背景噪声成像技术，多维度联合反演在准确率
、
精度方面具有明显优势
。
附图说明
[0017]图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，其特征在于，包括：
S1、
在预设的线性观测系统中等间距布设节点式地震仪，采集原始的地震背景噪声数据；
S2、
将原始的地震背景噪声数据进行预处理，根据预处理后的数据进行层剥离成像，得到地质分层数据和地质构造模型；
S3、
根据预处理后的数据以及定义的虚拟炮
‑
检位置关系，利用干涉技术提取经验格林函数，计算频散谱图，根据频散谱图趋势拾取面波频散曲线，利用面波频散曲线结合层剥离成像得到的地质分层数据，进行频散曲线反演，得到地下横波速度场；
S4、
将虚拟炮集记录与合成炮集记录进行数据匹配，利用
S2
得到的地质构造模型作为约束项，构建全波形反演目标泛函数，计算横波速度的梯度，按照迭代步长，对当前速度模型进行更新，得到新的速度模型；判断迭代更新后的速度模型是否满足收敛条件；若满足收敛条件，输出最终横波速度场；若不满足收敛条件，利用更新后的横波速度模型重复步骤
S4。2.
根据权利要求1所述的地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，其特征在于，在
S2
中，所述将原始的地震背景噪声数据进行预处理的方法包括：带通滤波
、One
‑
Bit
归一化
。3.
根据权利要求1所述的地下空间多维度地震背景噪声联合成像方法，其特征在于，在
S2
中，所述根据预处理后的数据进行层剥离成像，得到地质分层数据和地质构造模型包括如下步骤：
S201、
计算各采集点位置地震背景噪声数据的频谱及谱比曲线；
S202
：提取谱比曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王官超，李国和，齐春雨，牛永效，祁晓雨，赵广茂，秦海旭，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：