CN109541689B - 一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，该评价方法包括如下步骤：测线布置：按照地震反射波多次覆盖理论，沿检测或勘探的介质表面线性布置多个测点；数据采集：逐点激发信号，在每个测点处采集得到一个共炮点道集，形成多道波形数据；数据预处理，进行带通滤波处理；提取速度剖面；反射波校正叠加，形成叠后时间剖面；通过振幅叠加的方式获得表层能量初始幅值；密实指数计算；密实指数深度剖面计算：将指数时间剖面由时间域变换到深度域，最终获得密实指数深度剖面进行评价。本发明通过对地震反射波法获取的数据进行特定流程数据处理，获得浅层地质介质的密实度三维空间分布情况，同时也保证了较高的检测精度。

Description

一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法

技术领域

本发明涉及浅层地质勘探检测的技术领域，具体地指一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法。

背景技术

地震反射波法(Seismic Reflection Method)，利用地震反射波进行人工地震勘探的方法，是资源勘探的首要手段，勘探结果能较准确地确定界面的深度和形态，圈定局部构造，判断地层岩性。主要采用单道连续剖面法和多道连续剖面法两种，而为了提高信噪比，在多道连续剖面法中还广泛采用共深点反射技术。获得采集数据后，通过特殊处理流程获得地层反射波剖面，综合相关资料进行解释最终获得地层属性特征。

密实度(Dense Degree)，是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例。密实度对其工程性质具有重要的影响，密实的砂土具有较高的强度和较低的压缩性，是良好的建筑物地基；但松散的砂土，尤其是饱和的松散砂土，不仅强度低，且水稳定性很差，容易产生流砂、液化等工程事故，对砂土评价的主要问题是正确地划分其密实度。

在地震反射波法勘探中，通过多道或者单道采集方法获得采集数据，然后经过“去噪-动校正-叠加-偏移-时深转换”流程获得深度域的反射波叠加剖面，在此基础上进行解释，从而确定地层界面，在此过程中基于横波和纵波的特征进行一步划分岩性等，数据处理流程繁琐。冲击回波法是在检测面利用瞬时机械冲击产生低频的应力波，应力波传播到介质内部再返回，并在介质内部产生纵波共振，通过检测冲击弹性波引起的振动频率来确定检测介质构件厚度及其内部缺陷位置的方法，该方法仅可以获取检测介质厚度与缺陷的平面分布情况，无法获取每个深度上的相关属性。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，实现检测介质不同平面位置和深度的密实度分布。

本发明的技术方案为：一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，包括如下步骤：

1)测线布置：按照地震反射波多次覆盖理论，沿检测或勘探的介质表面线性布置多个测点；

2)数据采集：逐点激发信号，在每个测点处采集得到一个共炮点道集，形成多道波形数据；

3)数据预处理：对步骤2)采集的波形数据进行带通滤波处理；

4)提取速度剖面：通过直达波提取速度剖面或通过速度分析方法提取速度剖面；

5)动校正叠加：根据步骤4)得到的速度剖面进行反射波校正叠加，形成叠后时间剖面；

6)表层能量初始幅值提取：在叠后时间剖面的起始时段选择合适长度分析时窗，通过振幅叠加的方式获得表层能量初始幅值；

7)理想能量序列分析：根据能量补偿理论，以表层能量初始幅值为基础，计算叠后时间剖面中每一道数据的理论能量绝对值；

8)密实指数计算：将实际叠后振幅绝对值与每一道理论能量绝对值绝对值相除获得密实指数C_f，不同道的密实指数C_f与对应不同时间的指数组合成指数时间剖面；

9)密实指数深度剖面计算：将指数时间剖面由时间域变换到深度域，最终获得密实指数深度剖面进行评价，其值越大表明密实度越高。

上述技术方案中，所述步骤1)中，每条测线均匀布置多个测点，相邻两个测点等间距或者非等间距布置。

上述技术方案中，所述步骤4)中，根据直达波提取速度剖面具体方法为：拾取步骤3)处理后的波形数据中直达波起跳点，经过直线拟合后，得到的直达波速度即为速度剖面。

上述技术方案中，所述步骤6)中，分析时窗的长度需要通过时频分析获取其主频后，根据主频对应波长确定，分析时窗的长度波长的1～2倍。

上述技术方案中，所述步骤9)中，将指数时间剖面由时间域变换到深度域的变换公式z＝t×vel(x,t)/2，其中vel(x,t)为速度剖面，x为测线的横坐标值，t为时间值。

上述技术方案中，所述步骤9)中，密实指数深度剖面C_f(x,z)＝C_f(x,t)×vel(x,t)/2，其中C_f(x,t)为指数时间剖面，vel(x,t)为速度剖面，x为测线的横坐标值，t为时间值。

与现有技术相比，本发明的优点有：

本发明对采集数据在处理过程中无需进行纵横分析、能量补偿和去噪处理，直接动校正叠加获得，在零偏移距时间地震反射波剖面基础上进行分析获得介质在检测空间中每处的密实度的方法，引入评价指标—密实指数C_f，用于衡量介质的密实程度，越大越密实，能够提供检测介质不同平面位置和深度的密实度分布情况，不仅简化了操作程序，无需对现有设备进行改变的情况下，通过对地震反射波法获取的数据进行特定流程数据处理，获得浅层地质介质的密实度三维空间分布情况，同时也保证了较高的检测精度，对工程应用有直接指导意义，填补了介质密实度弹性波精确三维无损检测该领域的空白。

附图说明

图1为本发明基于反射波能量特征的介质密实度评价方法的流程图；

图2为本发明实施例的测线布置示意图；

图3为本发明实施例中采集的波形图；

图4为本发明实施例数据预处理后的波形图；

图5为本发明实施例叠后时间剖面示意图；

图6为本发明实施例中密实指数剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，包括如下步骤：

1)测线布置：按照地震反射波多次覆盖理论，对高铁轨道板结构离缝进行检测，使用超声波反射法进行检测，沿着轨道方向平行布置多条测线P(x)，其中x为测线的横坐标值，如图2所示，每条测线均匀布置测点，设置测点间距0.2m，每个测点数据采集，使用一点激发，11道接收的方式，激发与接收均采用超声换能器，主频30KHz，每道接收传感器间距0.03m；

2)数据采集：逐点激发信号，在每个测点处采集得到一个共炮点道集，形成多道波形数据，采集的波形图如图3所示；

3)数据预处理：对步骤2)采集的波形数据进行带通滤波处理，不可进行任何增益处理，预处理后的波形图如图4所示；

4)提取速度剖面：拾取步骤3)处理后的波形数据中直达波起跳点，经过直线拟合后，得到的直达波速度Vel₀即为速度剖面vel(x,t)，其中，x为测线的横坐标值，t为时间值；

5)动校正叠加：根据步骤4)得到的速度剖面进行反射波校正叠加，形成叠后时间剖面stack(x,t)，其中，x为测线的横坐标值，t为时间值，叠后时间剖面示意图如图5所示；

6)表层能量初始幅值提取：在叠后时间剖面的起始时段选择合适长度分析时窗，分析时窗的长度需要通过时频分析获取其主频F_M后，根据主频对应波长λ确定，分析时窗的长度L＝k*λ＝2λ，k取值2，通过振幅叠加的方式获得表层能量初始幅值Amp0(x)，其中，x为测线的横坐标值；

7)理想能量序列分析：根据能量补偿理论，以表层能量初始幅值Amp0(x)为基础，计算叠后时间剖面中每一道数据的理论能量绝对值ABS(Amp(x,t))，其中，x为测线的横坐标值，t为时间值；

8)密实指数计算：将实际叠后振幅绝对值ABS(stack(x,t))与每一道理论能量绝对值ABS(Amp(x,t))相除获得密实指数C_f，不同道的密实指数C_f与对应不同时间的指数组合成指数时间剖面C_f(x,t)＝ABS(stack(x,t))/ABS(Amp(x,t))，密实指数剖面图如图6所示，密实指数Cf大于1.25，存在离缝/脱空异常可能；

9)密实指数深度剖面计算：将指数时间剖面由时间域变换到深度域，变换公式z＝t×vel(x,t)/2，其中vel(x,t)为速度剖面，x为测线的横坐标值；t为时间值，最终获得密实指数深度剖面C_f(x,z)＝C_f(x,t)×vel(x,t)/2，其中C_f(x,t)为指数时间剖面，vel(x,t)为速度剖面，x为测线的横坐标值；t为时间值，密实指数深度剖面值越大表明密实度越高。上述实施例中，C_f(x,z)为单条测线的结果，若为多测线则引入平面空间另一个坐标y可形成三维密实指数C_f(x,y,z)。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)测线布置：按照地震反射波多次覆盖理论，沿检测或勘探的介质表面线性布置多个测点；

2)数据采集：逐点激发信号，在每个测点处采集得到一个共炮点道集，形成多道波形数据；

3)数据预处理：对步骤2)采集的波形数据进行带通滤波处理；

4)提取速度剖面：通过直达波提取速度剖面或通过速度分析方法提取速度剖面；

5)动校正叠加：根据步骤4)得到的速度剖面进行反射波校正叠加，形成叠后时间剖面；

6)表层能量初始幅值提取：在叠后时间剖面的起始时段选择合适长度分析时窗，通过振幅叠加的方式获得表层能量初始幅值；

7)理想能量序列分析：根据能量补偿理论，以表层能量初始幅值为基础，计算叠后时间剖面中每一道数据的理论能量绝对值；

8)密实指数计算：将实际叠后振幅绝对值与每一道理论能量绝对值相除获得密实指数C_f，不同道的密实指数C_f与对应不同时间的指数组合成指数时间剖面；

9)密实指数深度剖面计算：将指数时间剖面由时间域变换到深度域，最终获得密实指数深度剖面，其值越大表明密实度越高；

其中，所述步骤9)中，将指数时间剖面由时间域变换到深度域的变换公式z＝t×vel(x,t)/2，其中vel(x,t)为速度剖面，x为测线的横坐标值，t为时间值；

所述密实指数深度剖面C_f(x,z)＝C_f(x,t)×vel(x,t)/2，其中C_f(x,t)为指数时间剖面，vel(x,t)为速度剖面，x为测线的横坐标值，t为时间值。

2.根据权利要求1所述的基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，其特征在于，所述步骤1)中，每条测线均匀布置多个测点，相邻两个测点等间距或者非等间距布置。

3.根据权利要求1所述的基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，其特征在于，所述步骤4)中，根据直达波提取速度剖面具体方法为：拾取步骤3)处理后的波形数据中直达波起跳点，经过直线拟合后，得到的直达波速度即为速度剖面。

4.根据权利要求1所述的基于反射波能量特征的介质密实度评价方法，其特征在于，所述步骤6)中，分析时窗的长度需要通过时频分析获取其主频后，根据主频对应波长确定，分析时窗的长度为波长的1～2倍。

Images