CN114137609A - 线性微动数据校正方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地球物理勘探技术领域，提供一种线性微动数据校正方法及装置。本发明提供的线性微动数据校正方法，包括：将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个所述检波器的指北针指向北方设置；测量起点检波器和终点检波器的位置坐标；获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面。本发明提供的线性微动数据校正方法，采用线性布设方式，不受场地噪声源的方向影响，在检波器线性排列的方向与天然源噪声的优势方向不同时，也能获得正确的横波速度值，从而增强了线性微动测量的适用性。

Description

线性微动数据校正方法及装置
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种线性微动数据校正方法及装置。
背景技术
微动法是近几年发展起来的一种新兴的勘探方法，常用于水利、交通、市政等行业的地质勘探，其原理是利用自然界存在的震动，通过专业的仪器设备采集震动信号，采用专业的数据软件处理得到地下地层的面波速度结构，从而为规划、设计和地质等专业提供数据支撑。目前，微动法的数据采集方式台阵布设方式主要有嵌套三角形、圆形、L形和线性等，其中线性的排列方式采集效率最高、布设方式最简单。
目前，微动法所采用的线性采集方式有以下几点不足：①微动采集的是天然源的噪声，在自然条件下，天然源的噪声来自四面八方，但在某些情况下，由于人为的干扰或突发的自然现场(地震，火山爆发等)，天然源的噪声具有优势的来源方向，因此理论上来说采用线性排列时排列的方向应指向噪声的优势来源方向，从而保证采集的资料信噪比最高、反演的速度最真实，但是在实际生产过程中，往往很难将排列指向噪声的优势来源方向，原因是：一、天然源的噪声很微弱，工作现场很难有条件进行噪声源调查；二、线性排列的方向一般与设计好的工作测线方向重叠，不允许偏离设计好的工作测线。②当线性排列的方向不指向天然源的优势来源方向时，采集的数据经过处理以后，得到的横波速度值与真实的横波速度值不符，从而影响资料解释的精度。
发明内容
本发明提供一种线性微动数据校正方法及装置，用以解决现有技术中线性排列的方向不指向天然源的优势方向时，所得到的横波速度值不准确的缺陷。
本发明提供一种线性微动数据校正方法，包括：将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个所述检波器的指北针指向北方设置；测量起点检波器和终点检波器的位置坐标；获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个所述检波器的指北针指向北方设置的步骤还包括：将每个所述检波器与地面垂直摆放，并使每个所述检波器均与地面耦合。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述测量起点检波器和终点检波器的位置坐标的步骤还包括：当多个所述检波器线性排布存在拐点时，测量处于拐点位置的检波器的位置坐标。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面的步骤进一步包括：利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角的步骤进一步包括：计算所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的激化分析图，确定方位角的象限。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角的步骤还包括：计算所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的振幅谱的激化分析图，得到天然源噪声来源的优势方向与正东方向的夹角。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角的步骤还包括：当所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的振幅谱散点数据存在两个旁支时，对所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的振幅谱数据按照不同的频率进行分段切割，得到方位角数据。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面的步骤还包括：利用所述z轴数据分量和所述方位角数据，得到所述z轴数据分量校正后的数据sTz，对所述z轴数据分量校正后的数据sTz进行微动数据处理分析，得到正确的横波速度剖面；其中，sTz为z轴数据分量校正后的数据。
根据本发明提供的一种线性微动数据校正方法，所述利用所述z轴数据分量和所述方位角数据，得到所述z轴数据分量校正后的数据sTz，对所述z轴数据分量校正后的数据sTz进行微动数据处理分析，得到正确的横波速度剖面的步骤进一步包括：对所述z轴数据分量进行傅里叶变换，得到频率域数据Fsz，利用所述方位角数据对频率域数据Fsz进行方位角校正得到校正后的频率域数据FsTz，对所述校正后的频率域数据FsTz进行傅里叶逆变换得到所述z轴数据分量校正后的数据sTz；其中，Fsz为频率域数据，FsTz为校正后的频率域数据。
本发明还提供一种执行如上所述的线性微动数据校正方法的装置，包括：多个检波器，多个所述检波器按照编号顺序等间距线性排布，多个所述检波器之间通讯连接，每个所述检波器与地面垂直设置，每个所述检波器的指北针指向北方设置；全站仪，所述全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标；数据终端，所述数据终端与每个所述检波器通讯连接；其中，所述检波器为三分量检波器，所述检波器的数量大于7个。
本发明提供的线性微动数据校正方法，采用线性布设方式，不受场地噪声源的方向影响，在检波器线性排列的方向与天然源噪声的优势方向不同时，也能获得正确的横波速度值，从而增强了线性微动测量的适用性。
附图说明
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作一简单地介绍，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。
图1是本发明提供的线性微动数据校正方法的流程图；
图2是原始数据的激化分析图；
图3是原始数据的振幅谱的激化分析图；
具体实施方式
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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1-图3描述本发明的线性微动数据校正方法及装置。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，线性微动数据校正方法，具体包括以下步骤：
步骤101：将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个检波器的指北针指向北方设置。
具体来说，在数据采集前，先对多个检波器进行编号，然后将多个检波器按照编号顺序进行线性排布，并保证相邻两个检波器之间的间距相等。在将检波器摆放时，多个检波器之间无线连接。可选地，在本发明的实施例中，检波器的数量应大于7个，检波器为三分量检波器。
步骤102：测量起点检波器和终点检波器的位置坐标。
具体来说，在本实施例中，多个检波器沿地面等间距线性排布，其排布方式为一条直线，全站仪仅需要测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，中间各个检波器的位置坐标可根据间隔排布的数值推算出来，降低了现场数据的采集难度，也简化了测量工序。
步骤103：获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面。
具体来说，检波器摆放完毕以后，开始数据采集。当探测目的层较浅时，数据采集时间一般为10-15分钟；当探测目的层较深时，数据采集时间一般为30-60分钟，采集的数据均来自于自然界存在的噪声，通过数据终端可实时查看采集到的数据的质量。
数据采集完毕以后，从检波器中导出三个分量数据，分别为x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，设这三个方向采集到的数据分量分别为(sx，sy，sz)，利用sx和sy做极化分析，找出天然源噪声来源的优势方向，计算得到优势方向的方位角α。利用z轴数据分量和方位角，得到z轴数据分量校正后的数据sTz，对z轴数据分量校正后的数据sTz进行微动数据处理分析，得到正确的横波速度剖面。
本发明实施例提供的线性微动数据校正方法，采用线性布设方式，不受场地噪声源的方向影响，在检波器线性排列的方向与天然源噪声的优势方向不同时，也能获得正确的横波速度值，从而增强了线性微动测量的适用性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个检波器的指北针指向北方设置的步骤还包括：将每个检波器与地面垂直摆放，并使每个检波器均与地面耦合。
具体来说，在检波器摆放完毕以后，开始数据采集之前，应确保检波器与地面完全耦合，每个检波器均与地面垂直摆放，保证调平气泡在居中位置，同时，每个检波器的指北针需要完全指北。
在本发明的一个实施例中，测量起点检波器和终点检波器的位置坐标的步骤还包括：当多个检波器线性排布存在拐点时，测量处于拐点位置的检波器的位置坐标。
具体来说，当多个检波器的排列方式不是一条直线，而是一条曲线时，还需要检测处于拐点处的检波器的位置坐标。
在本发明的一个实施例中，获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面的步骤进一步包括：利用x轴数据分量和y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角。
具体来说，计算x轴数据分量和y轴数据分量的激化分析图，确定优势方向的方位角的象限。如图2所示，图2中确定出的优势方向的方向角的象限为第二象限和第四象限。在图2中，方位角分布在两个象限中，说明噪声源的位置随着时间的推移发生了变化，在这种情况下，需要对原始的x轴数据分量和y轴数据分量进行分时分段切割，将在同一象限的数据进行单独处理。
进一步地，通过sx和sy的振幅谱散点数据线性拟合得到y轴数据分量关于x轴数据分量的最佳拟合曲线Y＝f(x，b)，并得到参数b的最佳估计值，参数b包含了噪声源来源的优势方向与正东方向的锐角的夹角β。将上一步计算得到的象限值带入夹角β可得到噪声来源的优势方向的方位角α。
如图3所示，图3所示的sx和sy的振幅谱散点数据存在2个旁支(旁支1和旁支2)，这说明不同频率的噪声的优势方向不一样，因此需对sx和sy的振幅谱数据按照不同的频率进行分段切割，将相同来源方向的频率段进行单独的处理，从而计算得到方位角数据数据A(α1，α2，α3...)。
在本发明的一个实施例中，获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面的步骤还包括：利用z轴数据分量和方位角数据，得到z轴数据分量校正后的数据sTz，对z轴数据分量校正后的数据sTz进行微动数据处理分析，得到正确的横波速度剖面；其中，sTz为z轴数据分量校正后的数据。
具体来说，对sz进行傅里叶变换，得到频率域数据Fsz，利用方位角数据数据A对频率域数据Fsz进行方位角校正得到FsTz＝Fsz·(CAD)，其中C和D为变换矩阵，FsTz为校正后的频率域数据。对校正后的频率域数据FsTz进行傅里叶逆变换得到z轴数据分量校正后的数据sTz。利用z轴数据分量校正后的数据sTz做微动数据处理分析，消除角度偏差，从而处理得到正确的横波速度剖面。
本发明实施例还提供了一种执行线性微动数据校正方法的装置，包括：多个检波器、全站仪和数据终端。多个检波器按照编号顺序等间距线性排布，多个检波器之间通讯连接，每个检波器与地面垂直设置，每个检波器的指北针指向北方设置。全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，数据终端与每个检波器通讯连接，其中，检波器为三分量检波器，检波器的数量大于7个。
具体来说，在数据采集前，先对多个检波器进行编号，然后将多个检波器按照编号顺序进行线性排布，并保证相邻两个检波器之间的间距相等。在将检波器摆放时，多个检波器之间无线连接。每个检波器将采集到的数据发送至数据终端，用户可在数据终端查看各采集数据的质量。当检波器与数据终端的距离较远，无法通讯时，距离较近的检波器可作为中继器，所有的检波器均具有中继功能，远端的检波器可通过无线自动搜索到近端的检波器的中继信号，最终与数据终端连接，在中继信号搜索过程中，能够自动匹配最佳的中继信号，从而保证远端检波器、中继检波器以及数据终端之间的无线信号强度最优，最终保证数据传输的速度满足数据采集的要求。
进一步地，在本实施例中，在检波器摆放完毕以后，开始数据采集之前，应确保检波器与地面完全耦合，每个检波器均与地面垂直摆放，保证调平气泡在居中位置，同时，每个检波器的指北针需要完全指北，以保证计算出的噪声源的优势方向的方位角α的准确性。
进一步地，检波器为三分量检波器，在数据采集完毕以后，可从检波器中导出x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量。
进一步地，全站仪用于测试首个检波器和末个检波器的位置坐标，当检波器线性排列存在拐点时，全站仪还用于测量处于拐点处的检波器的位置坐标。
本发明实施例提供的执行线性微动数据校正方法的装置，通过将多个检波器线性排布，并将每个检波器的指北针指向北方，使线性排布方向不受场地噪声源的方向影响，在检波器线性排列的方向与天然源噪声的优势方向不同时，也能获得正确的横波速度值，从而增强了线性微动测量的适用性。
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。

Claims (10)

1.一种线性微动数据校正方法，其特征在于，包括：
将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个所述检波器的指北针指向北方设置；
测量起点检波器和终点检波器的位置坐标；
获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面。
2.根据权利要求1所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述将多个检波器按照编号顺序依次等间距线性排布，并将每个所述检波器的指北针指向北方设置的步骤还包括：
将每个所述检波器与地面垂直摆放，并使每个所述检波器均与地面耦合。
3.根据权利要求1所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述测量起点检波器和终点检波器的位置坐标的步骤还包括：
当多个所述检波器线性排布存在拐点时，测量处于拐点位置的检波器的位置坐标。
4.根据权利要求1所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面的步骤进一步包括：
利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角。
5.根据权利要求4所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角的步骤进一步包括：
计算所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的激化分析图，确定方位角的象限。
6.根据权利要求5所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角的步骤还包括：
计算所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的振幅谱的激化分析图，得到天然源噪声来源的优势方向与正东方向的夹角。
7.根据权利要求6所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述利用所述x轴数据分量和所述y轴数据分量进行极化分析，得到天然源噪声来源的优势方向的方位角的步骤还包括：
当所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的振幅谱散点数据存在两个旁支时，对所述x轴数据分量和所述y轴数据分量的振幅谱数据按照不同的频率进行分段切割，得到方位角数据。
8.根据权利要求7所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述获取x轴数据分量、y轴数据分量和z轴数据分量，并对所述x轴数据分量、所述y轴数据分量和所述z轴数据分量进行数据处理，得到正确的横波速度剖面的步骤还包括：
利用所述z轴数据分量和所述方位角数据，得到所述z轴数据分量校正后的数据sTz，对所述z轴数据分量校正后的数据sTz进行微动数据处理分析，得到正确的横波速度剖面；
其中，sTz为z轴数据分量校正后的数据。
9.根据权利要求8所述的线性微动数据校正方法，其特征在于，所述利用所述z轴数据分量和所述方位角数据，得到所述z轴数据分量校正后的数据sTz，对所述z轴数据分量校正后的数据sTz进行微动数据处理分析，得到正确的横波速度剖面的步骤进一步包括：
对所述z轴数据分量进行傅里叶变换，得到频率域数据Fsz，利用所述方位角数据对频率域数据Fsz进行方位角校正得到校正后的频率域数据FsTz，对所述校正后的频率域数据FsTz进行傅里叶逆变换得到所述z轴数据分量校正后的数据sTz；
其中，Fsz为频率域数据，FsTz为校正后的频率域数据。
10.一种执行权利要求1-9中任一项所述的线性微动数据校正方法的装置，其特征在于，包括：
多个检波器，多个所述检波器按照编号顺序等间距线性排布，多个所述检波器之间通讯连接，每个所述检波器与地面垂直设置，每个所述检波器的指北针指向北方设置；
全站仪，所述全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标；
数据终端，所述数据终端与每个所述检波器通讯连接；
其中，所述检波器为三分量检波器，所述检波器的数量大于7个。
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