瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法，屬于空洞邊界定位【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括以下步驟：(1)野外地震面波散射數(shù)據(jù)采集：野外地震面波散射數(shù)據(jù)采集和普通反射地震勘探數(shù)據(jù)采集流程采集相同；(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理；(3)采用廣義S變換時(shí)頻分析方法提取散射面波到時(shí)：對(duì)步驟(2)中得到的面波散射波記錄，選取幾道進(jìn)行廣義S變換，從時(shí)頻圖上拾取地震面波散射記錄的到時(shí)；(4)計(jì)算空洞邊界位置。本發(fā)明可以探測(cè)地下空洞的位置，為城市基礎(chǔ)選址做指導(dǎo)，避免不必要的危害。相比較于其他地球物理方法，本發(fā)明可以定量探測(cè)地下空洞，提高探測(cè)的精度。本發(fā)明可以應(yīng)用于地下空洞的實(shí)時(shí)探測(cè)，節(jié)省人力物力和花費(fèi)的時(shí)間，縮短作業(yè)工期。
【專利說明】瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法，屬于空洞邊界定位【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]天然形成或人工挖鑿形成的地下空洞，對(duì)城市基礎(chǔ)建設(shè)具有潛在巨大隱患。地震勘探以其高分辨率特點(diǎn)在空洞探測(cè)中相較于其他地球物理方法具有顯著優(yōu)勢(shì)，其中瑞利面波勘探技術(shù)已經(jīng)成為該方面的研究熱點(diǎn)，比如MASW、ReMi> AARff和Spiking FileterAnalysis在空洞、地下管道探測(cè)中的應(yīng)用，究其原因是因?yàn)槿鹄娌ㄔ诮乇淼哪芰恳h(yuǎn)大于其他彈性波。近地表存在不均勻體時(shí)，沿近地表傳播的瑞利面波會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，散射的強(qiáng)度取決于不均勻體與周圍介質(zhì)的物性差異。當(dāng)?shù)叵麓嬖诳斩磿r(shí)，空洞和四周介質(zhì)的接觸面是自由邊界，產(chǎn)生的散射波達(dá)到最強(qiáng)，當(dāng)空洞為規(guī)則形狀，比如下水道或天然氣管道的襯砌，瑞雷面波在襯砌的邊界的頂角處產(chǎn)生散射瑞利面波和體波。
[0003]廣義S變換時(shí)頻分析方法是非平穩(wěn)信號(hào)分析的有效方法，可以在頻率域和時(shí)間域?qū)Ψ瞧椒€(wěn)信號(hào)進(jìn)行分析，該方法相較于其他時(shí)頻分析方法，能夠提供較高的時(shí)間和頻率分辨率以達(dá)到識(shí)別微弱信號(hào)的目的，可以用于探測(cè)由地下不均勻體引起的面波散射波的到時(shí)，當(dāng)?shù)叵驴斩匆?guī)則時(shí)，可以用于探測(cè)由空洞前后角點(diǎn)處引起的散射面波的分別到時(shí)。
[0004]在地下空洞探測(cè)方法研究中，將瑞利面波技術(shù)和時(shí)頻分析方法相結(jié)合，可以在相當(dāng)高的精度下探測(cè)淺層地下空洞的位置，且該方法簡(jiǎn)單易行，可以發(fā)展為一種實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服在探測(cè)地下空洞位置的方法中，其他地球物理方法存在許多局限性或者不適用于實(shí)時(shí)探測(cè)的缺陷，通過將瑞利面波技術(shù)和廣義S變換技術(shù)相結(jié)合，提供一種瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法，以便達(dá)到快速實(shí)時(shí)探測(cè)地下空洞的目的。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0007]一種瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法，具體包括以下步驟:
[0008](I)野外地震面波散射數(shù)據(jù)采集:野外地震面波散射數(shù)據(jù)采集和普通反射地震勘探數(shù)據(jù)采集流程采集相同，當(dāng)?shù)叵麓嬖诳斩磿r(shí)，彈性波和空洞發(fā)生作用，導(dǎo)致由體波到面波的轉(zhuǎn)換以及由面波到體波的轉(zhuǎn)換，散射面波在所有的散射轉(zhuǎn)換波中的能量是最強(qiáng)的，這為采用廣義S變換時(shí)頻分析方法提取散射面波的到時(shí)提供了條件。
[0009](2)數(shù)據(jù)預(yù)處理:對(duì)野外采集的單炮數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理工作，步驟如下:
[0010](2a)去除隨機(jī)噪聲的影響，提高地震的信噪比；
[0011](2b)根據(jù)單炮地震記錄上的面波同相軸的時(shí)距關(guān)系求取面波的波速；
[0012](2c)通過廣義S變換時(shí)頻分析方法計(jì)算某道數(shù)據(jù)直達(dá)面波的到時(shí)，然后將該時(shí)間減去該道偏移距與面波速度之商，即可得到震源峰值延遲時(shí)間；
[0013](2d)通過FK濾波去除直達(dá)面波，以增強(qiáng)散射面波的相對(duì)強(qiáng)度。[0014](3)采用廣義S變換時(shí)頻分析方法提取散射面波到時(shí):對(duì)步驟(2)中得到的面波散射波記錄，選取幾道進(jìn)行廣義S變換，從時(shí)頻圖上拾取地震面波散射記錄的到時(shí)。如果探測(cè)的空洞為一規(guī)則形狀，則可以通過廣義S變換拾取到來自空洞近震源邊界和遠(yuǎn)震源邊界的散射面波記錄的到時(shí)。如果探測(cè)的空洞為不規(guī)則形狀，則只能拾取到空洞作為一個(gè)散射點(diǎn)的散射面波到時(shí)。
[0015](4)計(jì)算空洞邊界位置:dl和d2分別為待求的空洞近震源邊界和遠(yuǎn)震源邊界距震源的距離，X為某點(diǎn)檢波器距震源的距離，h為空洞頂層的埋深。在h<< (d-x)的情況下，有:
[0016](
【權(quán)利要求】
1. 一種瑞利面波探測(cè)地下空洞邊界方法，其特征在于:具體包括以下步驟: (1)野外地震面波散射數(shù)據(jù)采集:野外地震面波散射數(shù)據(jù)采集和普通反射地震勘探數(shù)據(jù)采集流程采集相同，當(dāng)?shù)叵麓嬖诳斩磿r(shí)，彈性波和空洞發(fā)生作用，導(dǎo)致由體波到面波的轉(zhuǎn)換以及由面波到體波的轉(zhuǎn)換，散射面波在所有的散射轉(zhuǎn)換波中的能量是最強(qiáng)的，這為采用廣義S變換時(shí)頻分析方法提取散射面波的到時(shí)提供了條件； (2)數(shù)據(jù)預(yù)處理:對(duì)野外采集的單炮數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，具體步驟如下: (2a)去除隨機(jī)噪聲的影響，提高地震的信噪比； (2b)根據(jù)單炮地震記錄上的面波同相軸的時(shí)距關(guān)系求取面波的波速； (2c)通過廣義S變換時(shí)頻分析方法計(jì)算某道數(shù)據(jù)直達(dá)面波的到時(shí)，然后將該時(shí)間減去該道偏移距與面波速度之商，即可得到震源峰值延遲時(shí)間； (2d)通過FK濾波去除直達(dá)面波，以增強(qiáng)散射面波的相對(duì)強(qiáng)度； (3)采用廣義S變換時(shí)頻分析方法提取散射面波到時(shí):對(duì)步驟(2)中得到的面波散射波記錄，選取幾道進(jìn)行廣義S變換，從時(shí)頻圖上拾取地震面波散射記錄的到時(shí)；如果探測(cè)的空洞為一規(guī)則形狀，則可以通過廣義S變換拾取到來自空洞近震源邊界和遠(yuǎn)震源邊界的散射面波記錄的到時(shí)；如果探測(cè)的空洞為不規(guī)則形狀，則只能拾取到空洞作為一個(gè)散射點(diǎn)的散射面波到時(shí)； (4)計(jì)算空洞邊界位置:dl和d2分別為待求的空洞近震源邊界和遠(yuǎn)震源邊界距震源的距離，X為某點(diǎn)檢波器距震源的距離，h為空洞頂層的埋深；在h << (d-x)的情況下，有:
【文檔編號(hào)】G01V1/28GK103616714SQ201310600812
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】邵廣周, 李慶春, 李長(zhǎng)江 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)