地下介质横波速度结构测定方法和装置与流程

1.本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种地下介质横波速度结构测定方法和装置。


背景技术：

2.城市地下空间利用日益呈现出深层化特点，常规探测技术受城市地表建筑物、强震动、强电磁环境的影响较难开展或探测效果不佳。被动源面波法因通过观测天然或人工的噪声信号来获取地下介质横波速度结构，进而推断地质情况，在城市地下空间探测领域得到较好的应用。
3.现有被动源面波法一般采用二维观测系统，即以勘探点为中心，在四周以对称的形式布置节点地震仪记录噪声信号，根据各个节点地震仪位置关系采用空间自相关等数据处理技术对噪声信号进行处理，提取其中包含的频散信息，获得地下介质横波速度结构，其探测深度与节点地震仪距中心点的最大距离呈正相关。该观测系统能够较好地获得各个方位的噪声信号，但受地表建筑物影响节点地震仪布置范围一般较小，故探测深度较浅，难以满足日益增大的探测深度需求，此外该观测系统逐个勘探点进行数据采集，工作效率较低，难以进行高密度数据采集。


技术实现要素：

4.本发明提供一种地下介质横波速度结构测定方法和装置，用以解决现有技术中被动源面波观测系统在城市地下空间探测方面的缺陷，可根据探测指标灵活确定节点地震仪，基于并行、滚动式数据采集方式快速实现数据采集，工作效率高。
5.本发明提供一种地下介质横波速度结构测定方法，包括：
6.根据探测指标确定节点地震仪间距和节点地震仪数量；
7.根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，将节点地震仪进行线性排布，记为主测线；
8.基于并行、滚动式数据采集方式获取主测线测点数据；
9.对所述主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线，反演获得地下介质横波速度结构。
10.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，所述根据探测指标确定节点地震仪间距和节点地震仪数量，包括：
11.根据探测深度确定节点地震仪排列长度，根据探测地形确定节点地震仪间距，根据所述节点地震仪排列长度和所述节点地震仪间距确定所述节点地震仪数量。
12.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，所述根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，将节点地震仪进行线性排布，记为主测线，包括：
13.将不少于所述节点地震仪数量的节点地震仪根据所述节点地震仪间距依次线性排布，记为主测线。
14.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，所述基于并行、滚动式数据采集方式获取主测线测点数据，包括：
15.并行地获取设定数量的节点地震仪的测点数据，将采集完成后的节点地震仪沿测线方向向前滚动，进行下一次并行采集直至获取所有的主测线测点数据。
16.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，还包括：
17.在每次并行采集测点数据时，根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，进行旁测线排布，获得旁测线的噪声源数据以判断是否进行测点数据的噪声源方位角校正。
18.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，所述根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，进行旁测线排布，包括：
19.根据所述节点地震仪间距确定旁测线节点地震仪间距，根据所述节点地震仪数量确定旁测线节点地震仪数量，以垂直于并行采集中心点的方式进行旁测线排布。
20.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，还包括：
21.采用spac法和plas法分别对所述噪声源数据和所述测点数据进行数据处理，拾取频散曲线，计算spac法和plas法的平均频散曲线差异百分比，若所述平均频散曲线差异百分比大于设定阈值，则基于所述噪声源数据对所述测点数据进行噪声源方位角校正。
22.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，所述对所述主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线，反演获得地下介质横波速度结构，包括：
23.根据节点地震仪的排布顺序将节点地震仪的三维坐标对应地批量导入所述主测线测点数据对应的数据文件，得到排列参数编辑后的文件；
24.对所述排列参数编辑后的文件进行批量抽道处理，得到抽道数据；
25.基于空间自相关算法对所述抽道数据进行批量频散谱计算，得到频散谱图，并自动拾取频散曲线；
26.根据所述频散曲线，批量导出频率-横波速度数据，根据所述频率-横波速度数据和已知地质资料建立深度-横波速度初始模型，采用多阶面波方法进行反演，获得地下介质横波速度结构。
27.根据本发明提供的一种地下介质横波速度结构测定方法，所述根据所述频散曲线，批量导出频率-横波速度数据之前，还包括：
28.根据所述频散谱图对所述频散曲线进行修正。
29.本发明还提供一种地下介质横波速度结构测定装置，包括：
30.多个节点地震仪，多个节点地震仪根据节点地震仪间距和节点地震仪数量进行线性排布，记为主测线，其中，所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量根据探测指标确定；
31.数据终端，所述数据终端与每个所述节点地震仪通讯连接，基于并行、滚动式数据采集方式获取主测线测点数据；对所述主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线，反演获得地下介质横波速度结构。
32.本发明提供的地下介质横波速度结构测定方法和装置，通过探测指标灵活确定节点地震仪，基于并行、滚动式数据采集方式快速实现数据采集，工作效率高。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明提供的地下介质横波速度结构测定方法的流程示意图；
35.图2是数据并行采集的示意图；
36.图3是本发明实施例提供的图1中步骤s4的流程示意图；
37.图4是本发明提供的地下介质横波速度结构测定装置的结构示意图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.图1是本发明提供的地下介质横波速度结构测定方法的流程示意图，参见图1，本发明提供一种地下介质横波速度结构测定方法，包括：
40.s1，根据探测指标确定节点地震仪间距和节点地震仪数量。
41.具体的，本发明可根据地表建筑物情况、勘探分辨率要求、探测深度要求等灵活布置节点地震仪间距和排列长度。
42.可选的，本发明根据探测深度确定节点地震仪排列长度，根据探测地形确定节点地震仪间距，根据所述节点地震仪排列长度和所述节点地震仪间距确定所述节点地震仪数量。
43.线性观测系统排列长度与探测深度的关系比约为1:1，即排列长度应不小于探测深度，推荐排列长度为探测深度的1.5倍。排列长度可按下式计算：
44.l＝(1～1.5)h
45.式中，l为排列长度，h为勘探深度，单位为m。
46.节点地震仪间距不大于探测目标体最小尺寸的1/2，城市隐伏地质构造探测节点地震仪间距宜不大于10m，一般等间距布置，当地表存在房屋、道路、水体时可不等间距布置。
47.节点地震仪数量根据排列长度和节点地震仪数量确定，等间距布置时，节点地震仪数量按如下方式计算：
[0048][0049]
式中，n为节点地震仪数量；l为排列长度，单位为m；m为节点地震仪间距，单位为m。
[0050]
可选的，节点地震仪排列的起点和终点可根据勘探点来确定，勘探点为排列长度的中心点。
[0051]
s2，根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，将节点地震仪进行线性排布，记为主测线。
[0052]
可选的，将不少于所述节点地震仪数量的节点地震仪根据所述节点地震仪间距依次线性排布，记为主测线。
[0053]
若一个排列需要n个节点地震仪，一次性布置k(k≥n)个节点地震仪。
[0054]
s3，基于并行、滚动式数据采集方式获取主测线测点数据；
[0055]
具体的，并行指的是一次采集至少两个测点的数据，滚动指的是采用类似窗口算法的形式，沿测线方向向前滚动采集其他测点的数据，若主测线上剩余未采集的节点地震仪数量不足以支撑下一次数据并行采集，则将采集过的节点地震仪沿测线方向向前滚动，以便补足。
[0056]
s4，对所述主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线，反演获得地下介质横波速度结构。
[0057]
本发明提供的一种被动源面波线性观测系统在一个周期(一般为1天)内会完成多次数据并行、滚动采集，具有数据量大且预处理具有一定规律性的特点。
[0058]
因此，可对存储的主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线。
[0059]
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述基于并行、滚动式数据采集方式获取主测线测点数据，包括：
[0060]
并行地获取设定数量的节点地震仪的测点数据，将采集完成后的节点地震仪沿测线方向向前滚动，进行下一次并行采集直至获取所有的主测线测点数据。
[0061]
设一次数据采集需采集(k-n+1)个测点数据，一次数据采集完成后则将前(k-n+1)个节点地震仪沿测线方向向后滚动，其余节点地震仪位置不动，待滚动完成后快速进行下一次数据并行采集。
[0062]
图2为数据并行采集一种实施方式，设节点地震仪数量为11，一次性布置21个节点地震仪，则一次可完成11个测点数据采集，一次并行采集完成后，将编号1～11节点地震仪沿测线方向向前滚动，编号12～21节点地震仪位置不动，待滚动完成后快速进行下一次数据并行采集。
[0063]
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，还包括：
[0064]
在每次并行采集测点数据时，根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，进行旁测线排布，获得旁测线的噪声源数据以判断是否进行测点数据的噪声源方位角校正。
[0065]
可选的，所述根据所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量，进行旁测线排布，包括：
[0066]
根据所述节点地震仪间距确定旁测线节点地震仪间距，根据所述节点地震仪数量确定旁测线节点地震仪数量，以垂直于并行采集中心点的方式进行旁测线排布。具体的，旁测线一般布置于每次数据并行采集的中心并垂直于主测线，旁测线节点地震仪间距与主测线一致，节点地震仪数量一般为排列数量的1/5。
[0067]
可选的，采用spac法和plas法分别对所述噪声源数据和所述测点数据进行数据处理，拾取频散曲线，计算spac法和plas法的平均频散曲线差异百分比，若所述平均频散曲线差异百分比大于设定阈值，则基于所述噪声源数据对所述测点数据噪进行声源方位角校正。
[0068]
计算spac法和plas法的平均频散曲线差异百分比的公式如下：
[0069][0070]
式中，n为频散点个数；为第i个频散点对应的plas法相速度，为第i个频散点对应的spac法相速度。
[0071]
对平均频散曲线差异百分比小于阈值的排列，无需进行噪声源方位角校正，频散曲线差异百分比大于阈值的排列，可采用plas法拾取的频散曲线进行下一步处理，即基于所述噪声源数据对所述测点数据进行噪声源方位角校正。
[0072]
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，如图3所示，所述对所述主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线，反演获得地下介质横波速度结构，包括：
[0073]
s310，根据节点地震仪的排布顺序将节点地震仪的三维坐标对应地批量导入所述主测线测点数据对应的数据文件，得到排列参数编辑后的文件。
[0074]
具体的，按照每次数据并行采集节点地震仪摆放顺序获取并整理节点地震仪的三维坐标，将整理好的三维坐标批量导入到所述主测线测点数据对应的数据文件，完成每个文件的排列参数编辑。
[0075]
s320，对所述排列参数编辑后的文件进行批量抽道处理，得到抽道数据；具体的，按照每个排列所需节点地震仪个数、测点间距等对完成排列参数编辑的文件进行批量抽道处理，即抽取每个测点所需要的节点地震仪数据。
[0076]
s330，基于空间自相关算法对所述抽道数据进行批量频散谱计算，得到频散谱图，并自动拾取频散曲线；具体的，基于spac和plas等空间自相关算法对所述抽道数据进行批量频散谱计算。
[0077]
s340，根据所述频散曲线，批量导出频率-横波速度数据，根据所述频率-横波速度数据和已知地质资料建立深度-横波速度初始模型，采用多阶面波方法进行反演，获得地下介质横波速度结构。地下介质横波速度结构可用于推断隐伏地质构造发育情况。
[0078]
可选的，所述根据所述频散曲线，批量导出频率-横波速度数据之前，还包括：
[0079]
根据所述频散谱图对所述频散曲线进行修正。
[0080]
可选的，可将一个周期(一般为1天)内每个节点地震仪的数据传输至处理计算机，得到每个节点地震仪数据文件，文件一般以节点地震仪编号命名。
[0081]
按照每次数据并行采集节点地震仪摆放顺序对数据文件进行排序，对排序后的文件按照数据采集开始和结束时间进行批量切割，切割后的数据可按一定时间长度分段保存为多个文件，也可以按时间总长度保存为一个文件，将切割后的数据分别放入不同的文件夹中。
[0082]
若需对预先存储的测点数据进行预处理，则可调用切割后的数据文件。
[0083]
下面对本发明提供的地下介质横波速度结构测定装置进行描述，下文描述的地下介质横波速度结构测定装置与上文描述的地下介质横波速度结构测定方法可相互对应参照。
[0084]
图4是本发明提供的地下介质横波速度结构测定装置的结构示意图，参照图4，本发明还提供一种地下介质横波速度结构测定装置，包括：
[0085]
多个节点地震仪410，多个节点地震仪根据节点地震仪间距和节点地震仪数量进
行线性排布，记为主测线，其中，所述节点地震仪间距和所述节点地震仪数量根据探测指标确定；
[0086]
数据终端420，所述数据终端与每个所述节点地震仪通讯连接，基于并行、滚动式数据采集方式获取主测线测点数据；对所述主测线测点数据进行批量预处理、拾取频散曲线，反演获得地下介质横波速度结构。
[0087]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。