CN104678435A - 一种提取Rayleigh面波频散曲线的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提取Rayleigh面波频散曲线的方法。其包括以下步骤：a、对相距为R的地震检波器对记录的噪声互相关信号进行傅里叶变换，得到频谱W(f)；b、对得到的频谱做Gauss窄带滤波得到WG(f)；c、提取频谱WG(f)的实部曲线并找出其零点，记fn为曲线上的第n个零点处的频率；d、找出第一类零阶贝塞尔函数的根记为Zn；e、根据互相关谱实部曲线与第一类零阶贝塞尔函数的关系求单频点处的Rayleigh面波相速度值V(f)=2πfnR/Zn；f、将算得的单频点相速度连接绘制为一条平滑曲线，做为Rayleigh面波的频散曲线。通过贝塞尔函数与互相关谱的关系，有效的提高了频散曲线的计算效率。
Description
技术领域
本发明涉及工程地震勘探或地球深部构造探测领域中的Rayleigh面波探测方法的关键技术，即通过反演地下横波速度结构时Rayleigh面波的频散曲线的提取，我利用地震记录互相关谱实部曲线和第一类零阶贝塞尔函数的关系，提取出了Rayleigh面波的频散曲线。
背景技术
Rayleigh面波是一种沿地球自由表面传播的弹性波,其沿地表传播的速度与波及深度内的介质弹性参数有关,包括介质的密度、纵波和横波速度，而主要的影响参数是介质的横波速度。Rayleigh波在层状介质中具有频散特征, 其传播速度将随着频率的改变而发生变化，根据Rayleigh面波的这一特征,可以求得地层不同深度的弹性参数。
频散曲线的提取Rayleigh面波勘探中的关键步骤，简单来说就是求取对应某频率下瑞雷面波的相速度问题。传统的提取频散曲线方法的思想为，对不同检波器或地震台站实际接收到的Rayleigh面波信号做fourier变换得到其相位，计算不同检波器或台站处的相位差，再根据检波器或台站间的相对距离即可求出某频点的相速度，假设p1台站处的Rayleigh面波信号为R1(t)，p2台站处的Rayleigh面波信号为R2(t)，分别做傅里叶变换的到R1和R2的相位谱R1(f,φ)和R2(f,φ),若两台站间的距离为S，则某个频率处的相速度的可由下式算得：
其中n为周期的倍数，计算时须对n进行估计，即相位解缠。
目前的计算方法通过估计一个速度v的区间范围，从而确定n的可能值，最后带入上式算出相速度，然而在估计值不合理的情况下，n值无法准确得到，即意味着相位的旅行周期无法确定，故计算出的相速度会存在偏差。
发明内容
本发明主要是解决现有计算频散曲线方法中无法准确确定相位旅行周期n的问题，通过互相关谱实部与第一类零阶贝塞尔函数的对应关系计算相速度，这样就可以避开对相位旅行周期n的估计，提高计算结果的准确性。
仍然假设两个台站记录的Rayleigh面波信号为R1(t)和R2(t)，由于信号为离散采样，则他们的互相关函数可表示为：
得到互相关函数后计算其频谱C( QUOTE )，
根据Aki(1957)文献中42式:
该式指出噪声互相关谱和第一类零阶贝塞尔函数的对应关系，实际计算中考虑数据处理的非线性效应，我们通过互相关谱的实部曲线和贝塞尔函数的根的对应关系计算相速度：
通过该式计算出各个频率 QUOTE 处的相速度C( QUOTE )后，即可得到Rayleigh面波的频散曲线。
附图说明：
图1是本专利提取频散曲线流程图；
图2是本专利实施效果图。
具体实施方式：
我们基于背景噪声的方法采集数据，然后进行数据预处理并计算互相关得到台站间的经验格林函数，然后根据互相关谱实部与贝塞尔函数的对应关系求出Rayleigh面波的相速度，绘制频散曲线(图1，图2)。
1数据采集：
在研究区域布设台站对或台阵，进行长时背景噪声观测，根据目标探测深度选取合适的台站间距和采样率。
2数据预处理：
对得到的背景噪声信号进行谱白化、滤波等预处理过程，然后将各个台站的微动信号分段，分段时长根据探测目标深度选取。
3 互相关运算：
将分段后的信号按相同时间段内两两进行互相关运算，然后将相同台站对的不同时间段互相关运算的结果进行叠加，叠加后的互相关函数即可视为台站间的经验格林函数。
4 提取谱实部曲线：
对经验格林函数进行傅里叶变换得到互相关谱，然后提取出谱实部曲线。
5 计算相速度：
实际数据中计算得到的实部曲线与第一类零阶贝塞尔函数振幅有差异，但是实部曲线的零点与贝塞尔函数的根仍然一一对应，因此我们将零点处对应频率的相速度值一一求出。
6 绘制频散曲线：
将得到的各个零点处对应频率的相速度值绘制在V-f平面坐标内，连接各个频点的相速度值，即得到Rayleigh面波的频散曲线。
Claims (2)
1.一种提取频散曲线的方法，其特征在于，所述方法包括：
a数据采集：
在研究区域布设台站对或台阵，进行长时背景噪声观测，根据目标探测深度选取合适的台站间距和采样率；
b数据预处理：
对得到的背景噪声信号进行谱白化、滤波等预处理过程，然后将各个台站的微动信号分段，分段时长根据探测目标深度选取；
c 互相关运算：
将分段后的信号按相同时间段内两两进行互相关运算，然后将相同台站对的不同时间段互相关运算的结果进行叠加，叠加后的互相关函数即可视为台站间的经验格林函数；
d 提取谱实部曲线：
对经验格林函数进行傅里叶变换得到互相关谱，然后提取出谱实部曲线；
e 计算相速度：
实际数据中计算得到的实部曲线与第一类零阶贝塞尔函数振幅有差异，但是实部曲线的零点与贝塞尔函数的根仍然一一对应，因此我们将零点处对应频率的相速度值一一求出；
f 绘制频散曲线：
将得到的各个零点处对应频率的相速度值绘制在V-f平面坐标内，连接各个频点的相速度值，即得到Rayleigh面波的频散曲线。
2.根据权利要求1所述的Rayleigh面波频散曲线提取方法，其特征在于：所述方法通过计算互相关函数谱的实部曲线，根据实部曲线零点与零阶贝塞尔函数根的对应关系计算相速度。
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