CN112285775A - 一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置及方法，属于海洋地震勘探技术领域。方法实现包括如下步骤。首先进行作业区人工地震探测系统设计，主要是给定合理的海底地震仪器设备投放间距和海面气枪激发间距；按照设计进行海上人工源地震作业。其次开展海底面波的数据预处理，包括格式转换、钟差校正、数据截取等。然后进行海底面波频散能量成像、频散曲线提取。最后开展频散曲线反演。装置基于上述方法实现。通过本发明可实现海底浅部沉积层剪切波速度成像，为我国海洋地质工程调查、海洋地球物理调查提供新的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及属于海洋地震勘探技术领域，具体涉及一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置及方法。主要应用于海洋地质工程调查，同时应用于海洋地球物理调查。
背景技术
海洋浅部沉积层剪切波速度结构探测在海洋地质工程、海洋地球物理调查中至关重要。在许多海洋工程建设活动中，如海上石油平台、海洋风场、海底管道和海底隧道等，需要评价海底沉积层是否存在“软”的介质、断裂等，除了高成本的海底钻井这种直接探测方式外，浅海沉积物的剪切波速度结构是一种有效的间接评价手段。在海洋地球物理勘探中，为了开展多波多分量海底地震勘探，需要先验的浅部剪切波速度模型。在海洋深部剪切波速度成像中，需要先验的浅部沉积层剪切波速度模型进行剪切波到时差校准。
利用海底的体波和面波均可开展浅部沉积层剪切波速度研究。相对于海底体波探测技术，海底面波具有横向衰减慢、传播距离更远的优势。因浅部沉积层往往剪切波速度特别低，体波的压缩波-剪切波比值较低，很难在海底采集到可用于研究的高信噪比转换波。但面波具有频散特性，该特性使得海底面波相速度对浅部沉积层的剪切波速度最为敏感，有利于海底面波频散曲线反演剪切波速度结构。
海底面波是指在海水和沉积物界面之间传播的界面波，因外国学者Scholte于1947年率先完成数学证明，垂向或径向的海底面波命名为舒尔特波(Scholte-wave；Scholte,1947)。切向的海底面波与陆地的切向面波名称一致，均称为勒夫波(Love-wave；Love,1911)。
在海洋地质工程和地球物理调查中，浅部沉积层剪切波速度探测是基础内容。但因海洋特殊环境，对探测仪器、作业方式和数据处理提出了新的要求，传统海洋钻井方式经济成本高。因此，有必要研发一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置及方法，可行性高、算法稳定、施工成本低、反演结果可靠，将为海洋地质工程、海洋地球物理调查提供可靠技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，以解决海洋地质工程调查中浅部沉积层剪切波速度的成像问题，通过海底面波数据采集、主动源道集数据预处理、频散能量成像与多模频散曲线反演，实现海底浅部沉积层剪切波速度成像。这将大大降低海洋地质工程中大面积浅部沉积层地质普查的成本，为快速高效实现区域海洋地质工程调查提供可能，更为海洋多波多分量地震勘探、海底深部剪切波成像提供了重要先验参考模型。
具体的，海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤101：针对探测区域设计观测系统，包括海底地震仪投放点位与气枪激发间距的确定；按照设计的观测系统进行海上地震数据采集，包括海底地震仪投放、气枪放炮、海底地震仪回收、海底地震仪数据回收；
步骤102：利用人工震源激发的时间与位置导航信息，从海底地震仪连续记录数据序列中截取海底地震仪所在台站对应的共接收点道集，对共接收点道集先后完成时间漂移校正、道均衡处理与带通滤波处理，将结果输出保存为SU或SEGY格式；
步骤103：读取海底地震仪垂向分量的SU或SEGY格式数据，利用相移法进行频散能量成像；从频散能量结果图中，按照能量振幅极大值，提取多阶舒尔特波频散曲线；
步骤104：根据半波长理论选取最大反演深度，建立一维初始地球物理模型，建立多模频散曲线反演目标函数，基于阻尼最小二乘优化算法求取该目标函数，迭代至预设目标函数收敛，获得最优反演模型；
步骤105：保存输出最优反演模型，作为最终的海底浅部沉积层剪切波速度结果。
另一方面，本发明还提供了一种用于实现上述方法的海底浅部沉积层剪切波速度探测装置，所述装置包括：海底人工源地震数据预处理模块，用于转换原始数据格式、提取共接收点道集、进行姿态校准、时钟漂移校正、道均衡及带通滤波；舒尔特波频散能量成像模块，用于计算共接收点道集的频散能量谱；舒尔特波频散曲线提取模块，用于从频散能量谱中通过振幅极值提取频散曲线；舒尔特波频散曲线反演模块，用于反演拟合最优浅部沉积层剪切波速度模型；剪切波模型保存输出模块，用于保存和输出最优剪切波反演迭代模型。
本发明的有益效果在于：本发明设计一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置及方法，对于海底浅部沉积层剪切波速度探测难题，利用海底地震观测仪器与人工震源激发的海上作业方式，经后期面波频散分析成像获得浅部沉积层剪切波速度结构。通过本发明可实现海底浅部沉积层剪切波速度成像，为我国海洋地质工程调查、海洋地球物理调查提供新的技术支撑。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2是本发明装置的结构框图。
图3是本发明观测系统设计示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
如图1所示，本发明提出的一种海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，包括如下步骤：
步骤101：针对探测区域设计观测系统，包括海底地震仪投放点位与气枪激发间距。按照设计观测系统进行海上地震数据采集，包括海底地震仪投放、气枪放炮、海底地震仪回收、海底地震仪数据回收。
步骤102：利用人工震源激发的时间与位置导航信息，从海底地震仪连续记录数据序列中截取该台站对应的共接收点道集，并先后完成时间漂移校正、道均衡处理与带通滤波处理，并输出保存为SU或SEGY格式。
步骤103：读取海底地震仪垂向分量的SU或SEGY格式数据，利用相移法进行频散能量成像。从频散能量结果图中，按照能量振幅极大值，提取多阶舒尔特波频散曲线。
步骤104：根据半波长理论选取最大反演深度，建立一维初始地球物理模型，建立多模频散曲线反演目标函数，基于阻尼最小二乘优化算法求取该目标函数，迭代至预设目标函数收敛。
步骤105：保存输出最优反演模型，作为最终的海底浅部沉积层剪切波速度结果。
上述步骤101中，以图3为例进行说明，图3中，S点位海底地震观测设备仪器投放点位，Om为气枪激发震源最大偏移距位置，Δ为最大偏移距，A点位观测点位(即剪切波速度反演结果对应位置)。图3的附图标记包括海地地震仪1、海面2、海底3、水深4。
为获得图中点A点处海底浅部沉积层剪切波速度结构，需要先设定气枪激发震源的最大偏移距Δ，一般取值最小为2500m，更大偏移距会提高频散能量成像分辨率；在距离最大偏移距Δ一半的位置设计海底地震仪器观测点位(图3中S点)；最后设计气枪的投放深度与激发点距，气枪投放深度范围为5-10m，视作业船只、海况和气枪设备而定，气枪激发点距Δx需满足下式：
其中，Vsch为探测区域的最小舒尔特波速度，fmax为本次地震观测记录到的舒尔特波的最大频率。
上述步骤103中，用相移法计算舒尔特波的频散能量谱方法如下。对时空域垂向分量海底舒尔特波共接收点道集ri进行傅里叶变换：
Ri(xk,ω)＝FFT(ri)
其中，i为道数序号，xk为偏移距，Ri(xk,ω)为频谱。然后对频谱进行振幅归一化处理获得归一化频谱Ti(xk,ω)：
其中，|Ri(xk，ω)|表示取模运算。
给定任一点的舒尔特波相速度vs和频率ω，可获得该点的频散能量值为：
其中，j为复数单位。选取一定的舒尔特波相速度范围和频率范围，以特定的相速度和频率间隔循环计算该范围内所有点对应的频散能量值，即可获得该时空域共接收点道集的舒尔特波频散能量谱。
上述步骤104中，反演一维模型最大深度(Hmax)的选择依据舒尔特波的半波长理论：
其中，vmax为所提取频散曲线的中舒尔特波的最大相速度取值，fmin为所提取频散曲线中最小的频率值。选取了最大深度后，可选取相同(如1m)或不同(浅部1m，深部10m)的层厚度来建立一维浅部沉积层地球物理模型。模型包括四个参数：层厚度(h，单位m)、压缩波速度(vp，单位m/s)、剪切波速度(vs，单位m/s)和密度(ρ，单位g/cm3)。模型第一层为海水层，厚度根据实测海水深度确定，压缩波速度取值1500m/s，剪切波速度取值0m/s，密度取值1.030g/cm3。
上述步骤104中，首先建立正演频散曲线函数为：
其中，m为建立模型的总层数，(fi,ci)为提取的频散曲线对，fi为频率，ci为该频率对应的舒尔特波相速度，Vs为模型的剪切波向量
Vp为模型的压缩波向量
为模型的密度向量
为模型的层厚度向量
在反演迭代过程中，为保证反演的稳定性和快速收敛，压缩波速度和层厚度保持恒定不变，仅反演剪切波速度，密度根据其与剪切波速度关系确定：
ρ＝0.18lg(vs)+0.23
剪切波的速度(地球模型参数)可以用n维长度的矢量x表示：
x＝[vs1,vs2,vs3,…,vsn]T
舒尔特波的相速度也可以用m维长度的矢量b表示，
b＝[b1,b2,b3,…,bm]T
因为频散曲线正演公式FR是非线性的函数，通过泰勒级数展开式将其线性化，采用矩阵理论可得到下式：
JΔx＝Δb
Δb＝b-c(x0)，表示初始值与模型值之间的差值，c(x0)为初始S波速度(x0)的模型响应；Δx为S波速度的修正量；J为m行n(m>n)列的雅可比矩阵(见下式)。雅克比矩阵中各元素是c对S波速度的一阶偏导数。
因为在频散曲线中包含的数据点的数量远大于定义的层数(m>n)，我们定义目标函数为
其中：||HΔx-Δb||2代表L2范数矢量长度；α为阻尼因子；W是加权矩阵，W＝LTL，L是一个对角矩阵，
代表L2范数矢量长度的平方。这是一个加权的最小二乘问题。在求解地球物理反演问题时，系数矩阵有时会出现病态“病态”情况，也就是系数矩阵的条件数很大。所以在求解Scholte波的反演方程时，当出现系数矩阵奇异或者近似奇异时，一般采用Penrose奇异值分解法求解。根据Penrose奇异值分解定理，对于任意的m×n阶矩阵A，rank(A)＝r，则必然存在一个n×n阶半正交矩阵U和一个n×n阶正交矩阵V，使得A＝UΛVT，，其中Λ为n×n阶对角矩阵。
其中：
是对称矩阵ATA的特征向量组成的n×n阶特征向量矩阵，是正交矩阵(VTV＝VVT＝I)，
是矩阵ATA的特征向量。
Λ是ATA特征值组成的n×n对角矩阵，r为非零特征值的个数；
是对称矩阵ATA的特征向量组成的m×m阶特征向量矩阵，是半正交矩阵(VTV＝I，VVT≠I)，
I是单位矩阵。
目标函数的解为
Δx＝(ATA+αI)-1ATd
式中A＝LJ，A可以分解为A＝UΛVT，所以上式变为如下的形式
Δx＝V(Λ2+αI)-1ΛUTd
其中：d＝Lb，L是单位矩阵。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置
图2是本发明的一种海底地震仪自动重定位装置的一种结构框图，包括，海底人工源地震数据预处理模块201，舒尔特波频散能量成像模块202，舒尔特波频散曲线提取模块203，舒尔特波频散曲线反演模块204，剪切波速度模型保存输出模块205，对该结构说明如下。
海底人工源地震数据预处理模块201，用于读取原始海底人工源地震数据，实现转换原始数据格式、提取共接收点道集、进行姿态校准、时钟漂移校正、道均衡及带通滤波。
舒尔特波频散能量成像模块202，用于计算共接收点道集的频散能量谱。
舒尔特波频散曲线提取模块203，用于从频散能量谱中通过振幅极值提取频散曲线。
舒尔特波频散曲线反演模块204，用于反演拟合最优浅部沉积层剪切波速度模型。
剪切波模型保存输出模块205，用于保存输出最优剪切波反演迭代模型。
上述模块202中，用相移法计算舒尔特波的频散能量谱方法如下。对时空域垂向分量海底舒尔特波共接收点道集ri进行傅里叶变换：
Ri(xk,ω)＝FFT(ri)
其中，i为道数序号，xk为偏移距，Ri(xk,ω)为频谱。然后对频谱进行振幅归一化处理获得归一化频谱Ti(xk,ω)：
其中，|Ri(xk，ω)|表示取模运算。
给定任一点的舒尔特波相速度vs和任频率ω，可获得该点的频散能量值为：
其中，j为复数单位。选取一定的舒尔特波相速度范围和频率范围，以特定的相速度和频率间隔循环计算该范围内所有点对应的频散能量值，即可获得该时空域共接收点道集的舒尔特波频散能量谱。
上述模块204中，反演一维模型最大深度(Hmax)的选择依据舒尔特波的半波长理论：
其中，vmax为所提取频散曲线的中舒尔特波的最大相速度取值，fmin为所提取频散曲线中最小的频率值。选取了最大深度后，可选取相同(如1m)或不同(浅部1m，深部10m)的层厚度来建立一维浅部沉积层地球物理模型。模型包括四个参数：层厚度(h，单位m)、压缩波速度(vp，单位m/s)、剪切波速度(vs，单位m/s)和密度(ρ，单位g/cm3)。模型第一层为海水层，厚度根据实测海水深度确定，压缩波速度取值1500m/s，剪切波速度取值0m/s，密度取值1.030g/cm3。
上述模块204中，首先建立频散曲线正演函数为：
其中，m为建立模型的总层数，(fi,ci)为提取的频散曲线对，fi为频率，ci为该频率对应的舒尔特波相速度，Vs为模型的剪切波向量
Vp为模型的压缩波向量
为模型的密度向量
为模型的层厚度向量
在反演迭代过程中，为保证反演的稳定性和快速收敛，压缩波速度和层厚度保持恒定不变，仅反演剪切波速度，密度根据其与剪切波速度关系确定：
ρ＝0.18lg(vs)+0.23
剪切波的速度(地球模型参数)可以用n维长度的矢量x表示：
x＝[vs1,vs2,vs3,…,vsn]T
舒尔特波的相速度也可以用m维长度的矢量b表示，
b＝[b1,b2,b3,…,bm]T
因为频散曲线正演公式FR是非线性的函数，通过泰勒级数展开式将其线性化，采用矩阵理论可得到下式：
JΔx＝Δb
Δb＝b-c(x0)，表示初始值与模型值之间的差值，c(x0)为初始S波速度(x0)的模型响应；Δx为S波速度的修正量；J为m行n(m>n)列的雅可比矩阵(见下式)。雅克比矩阵中各元素是c对S波速度的一阶偏导数。
因为在频散曲线中包含的数据点的数量远大于定义的层数(m>n)，我们定义目标函数为
其中：||JΔx-Δb||2代表L2矢量长度；α为阻尼因子；W是加权矩阵，W＝LTL，L是一个对角矩阵，这是一个加权的最小二乘问题。在求解地球物理反演问题时，系数矩阵有时会出现病态“病态”情况，也就是系数矩阵的条件数很大。所以在求解Scholte波的反演方程时，当出现系数矩阵奇异或者近似奇异时，一般采用Penrose奇异值分解法求解。根据Penrose奇异值分解定理，对于任意的m×n阶矩阵A，rank(A)＝r，则必然存在一个n×n阶半正交矩阵U和一个n×n阶正交矩阵V，使得A＝UΛVT，，其中Λ为n×n阶对角矩阵。
其中：
是对称矩阵ATA的特征向量组成的n×n阶特征向量矩阵，是正交矩阵(VTV＝VVT＝I)，
是矩阵ATA的特征向量。
Λ是ATA特征值组成的n×n对角矩阵，r为非零特征值的个数；
是对称矩阵ATA的特征向量组成的m×m阶特征向量矩阵，是半正交矩阵(VTV＝I，VVT≠I)，
I是单位矩阵。
目标函数的解为
Δx＝(ATA+αI)-1ATd
式中A＝LJ，A可以分解为A＝UΛVT，所以上式变为如下的形式
Δx＝V(Λ2+αI)-1ΛUTd
其中：d＝Lb，L是单位矩阵。本发明实现了如下技术效果：一种海底浅部沉积层剪切波速度探测方法与装置，利用人工震源激发与海底地震仪器实现数据采集的方式，结合系列人工源地震道集数据预处理、相移法频散能量成像、频谱曲线提取、频散曲线反演，实现海底浅部沉积层的剪切波速度结构探测。此方法技术是海洋地质工程与海洋地球物理调查的基础内容，通过定量海底舒尔特波频散曲线的提取与反演计算，可间接获得具有参考价值的海底浅部沉积层剪切波速度结构，在海洋探测开发中有重要应用价值。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤101：针对探测区域设计观测系统，包括海底地震仪投放点位与气枪激发间距的确定；按照设计的观测系统进行海上地震数据采集，包括海底地震仪投放、气枪放炮、海底地震仪回收、海底地震仪数据回收；
步骤102：利用人工震源激发的时间与位置导航信息，从海底地震仪连续记录数据序列中截取海底地震仪所在台站对应的共接收点道集，对共接收点道集先后完成时间漂移校正、道均衡处理与带通滤波处理，将结果输出保存为SU或SEGY格式；
步骤103：读取海底地震仪垂向分量的SU或SEGY格式数据，利用相移法进行频散能量成像；从频散能量结果图中，按照能量振幅极大值，提取多阶舒尔特波频散曲线；
步骤104：根据半波长理论选取最大反演深度，建立一维初始地球物理模型，建立多模频散曲线反演目标函数，基于阻尼最小二乘优化算法求取该目标函数，迭代至预设目标函数收敛，获得最优反演模型；
步骤105：保存输出最优反演模型，作为最终的海底浅部沉积层剪切波速度结果。
2.如权利要求1所述的海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，其特征在于，所述方法步骤101中，先设定气枪激发震源的最大偏移距Δ，取值最小为2500m，在距离最大偏移距Δ一半的位置设计海底地震仪器观测点位；最后设计气枪的投放深度与激发点距，气枪投放深度范围为5-10m，气枪激发点距Δx满足以下公式：
其中，Vsch为探测区域的最小舒尔特波速度，fmax为本次地震观测记录到的舒尔特波的最大频率。
3.如权利要求1所述的海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，其特征在于，所述方法步骤103中，用相移法计算舒尔特波的频散能量谱，方法如下；
对时空域垂向分量海底舒尔特波共接收点道集ri进行傅里叶变换：
Ri(xk,ω)＝FFT(ri)
其中，i为道数序号，xk为偏移距，Ri(xk,ω)为频谱。然后对频谱进行振幅归一化处理获得归一化频谱Ti(xk,ω)：
其中，|Ri(xk，ω)|表示取模运算；
给定任一点的舒尔特波相速度vs和频率ω，可获得该点的频散能量值为：
其中，j为复数单位，选取一定的舒尔特波相速度范围和频率范围，以特定的相速度和频率间隔循环计算该范围内所有点对应的频散能量值，获得该时空域共接收点道集的舒尔特波频散能量谱。
4.如权利要求1所述的海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，其特征在于，所述方法步骤104中，反演一维模型最大深度Hmax的选择依据舒尔特波的半波长理论公式：
其中，vmax为所提取频散曲线的中舒尔特波的最大相速度取值，fmin为所提取频散曲线中最小的频率值；选取了最大深度后，选取相同或不同的层厚度来建立一维浅部沉积层地球物理模型；模型包括四个参数：层厚度h，单位m、压缩波速度vp，单位m/s、剪切波速度vs，单位m/s和密度ρ，单位g/cm3；模型第一层为海水层，厚度根据实测海水深度确定，压缩波速度取值1500m/s，剪切波速度取值0m/s，密度取值1.030g/cm3。
5.如权利要求4所述的海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，其特征在于，所述方法步骤104中，频散曲线正演函数建立为：
其中，m为建立模型的总层数，fi,ci为提取的频散曲线对，fi为频率，ci为该频率对应的舒尔特波相速度，Vs为模型的剪切波向量，
Vp为模型的压缩波向量，
为模型的密度向量，
为模型的层厚度向量，
在反演迭代过程中，压缩波速度和层厚度保持恒定不变，仅反演剪切波速度，密度根据与剪切波速度关系确定：
ρ＝0.18lg(vs)+0.23
利用阻尼最小二乘最优化算法，求解上述反演的目标函数，获得的Vs最优解即为浅部沉积层的剪切波速度结构。
6.一种用于实现权利要求1至5任一项所述的海底浅部沉积层剪切波速度探测方法的海底浅部沉积层剪切波速度探测装置，其特征在于，所述装置包括：海底人工源地震数据预处理模块，用于转换原始数据格式、提取共接收点道集、进行姿态校准、时钟漂移校正、道均衡及带通滤波；舒尔特波频散能量成像模块，用于计算共接收点道集的频散能量谱；舒尔特波频散曲线提取模块，用于从频散能量谱中通过振幅极值提取频散曲线；舒尔特波频散曲线反演模块，用于反演拟合最优浅部沉积层剪切波速度模型；剪切波模型保存输出模块，用于保存和输出最优剪切波反演迭代模型。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114993269A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-09-02 | 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) | 利用segy数据提取航迹水深的方法 |
| CN116540298A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-08-04 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种海洋漏能振型面波频散谱计算方法、系统和电子设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2171501A2 (en) * | 2007-06-26 | 2010-04-07 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for characterizing and estimating permeability using lwd stoneley-wave data |
| CN103792572A (zh) * | 2012-10-29 | 2014-05-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 利用地震记录中的面波信息调查表层结构的方法 |
| CN110208857A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种海底沉积层区域地震计信号振幅测量方法 |
| CN110687607A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-01-14 | 南方科技大学 | 一种斯通利波探测方法及系统 |
| CN110954950A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-04-03 | 南方科技大学 | 地下横波速度反演方法、装置、计算设备及存储介质 |
| CN111025380A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 河南理工大学 | 一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法 |
-
2020
- 2020-10-15 CN CN202011105470.6A patent/CN112285775B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2171501A2 (en) * | 2007-06-26 | 2010-04-07 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for characterizing and estimating permeability using lwd stoneley-wave data |
| CN103792572A (zh) * | 2012-10-29 | 2014-05-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 利用地震记录中的面波信息调查表层结构的方法 |
| CN111025380A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 河南理工大学 | 一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法 |
| CN110208857A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-09-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种海底沉积层区域地震计信号振幅测量方法 |
| CN110687607A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-01-14 | 南方科技大学 | 一种斯通利波探测方法及系统 |
| CN110954950A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-04-03 | 南方科技大学 | 地下横波速度反演方法、装置、计算设备及存储介质 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张海龙: "浅海水中振动目标激励下海底波的传播特性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 * |
| 王元 等: "利用海洋面波研究海底浅层S波速度结构", 《2015中国地球科学联合学术年会论文集（十八）》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114993269A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-09-02 | 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) | 利用segy数据提取航迹水深的方法 |
| CN114993269B (zh) * | 2022-04-13 | 2023-08-18 | 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) | 利用segy数据提取航迹水深的方法 |
| CN116540298A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-08-04 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种海洋漏能振型面波频散谱计算方法、系统和电子设备 |
| CN116540298B (zh) * | 2023-07-05 | 2023-09-12 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种海洋漏能振型面波频散谱计算方法、系统和电子设备 |
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