一种高阶模式瑞雷波的重建方法技术

本发明专利技术公开了一种高阶模式瑞雷波的重建方法，其利用归一化和振幅均衡来增强高阶模式瑞雷波的能量，具体包括以下步骤：地震数据采集、f‑k变换生成频率波数谱、投影生成频散能量谱、归一化处理、振幅均衡处理、识别高阶模式瑞雷波的能量团、分离高阶模式瑞雷波、反向投影得到频率波数谱、f‑k逆变换得到时间‑距离域的复信号、取复信号的实部重建高阶模式瑞雷波。本发明专利技术的有益之处在于：本发明专利技术提供的重建方法能够获得高阶模式瑞雷波的波场，进而可以提高瑞雷波探测的精度，对实际工程探测具有非常积极的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种高阶模式瑞雷波的重建方法
本专利技术涉及一种瑞雷波的重建方法，具体涉及一种高阶模式瑞雷波的重建方法，属于工程地震勘探

技术介绍
激发的地震体波在地下空间传播，当沿地表这个特殊的自由表面传播时，由于P波和SV波的干涉，将产生一种只在地表层存在的特殊但又常见的波，叫做“瑞雷面波”或“地滚波(Ground-roll)”，通常就叫“面波”。在一般地震勘探中，面波都被看作是干扰波。瑞雷波是地震波中弹性面波的一种，沿地球自由表面传播，在近地表的浅部其质点的振动轨迹为逆时针的椭圆，椭圆的长短轴之比为3:2。瑞雷波传播的速度与频率相关，存在频散现象，且频散具有多模式的特点，即瑞雷波的某一频率对应多个速度，通常根据速度由小到大将瑞雷波分为基阶模式、第一高阶模式、第二高阶模式…以此类推。多阶模式瑞雷波的频散曲线如图1所示。准确的获取瑞雷波的多阶频散曲线，可以求得地层不同深度的弹性参数。在实际中，瑞雷波的基阶模式和高阶模式在时间域是混叠在一起的，并且基阶模式信号占主导，混叠信号在处理过程中精度较低，且常常忽略了高阶模式瑞雷波信号的能量，给实际工程探测带来了较大的误差。为了提高瑞雷波探测的精度与分辨率，需要对混叠信号中能量较弱的高阶模式瑞雷波信号进行重建，重建的过程需要利用f-k变换，具体如下：将原始时间-距离域的地震记录变换到频率-速度域，在频率-速度域中，不同模式的瑞雷波将表现为不同的能量团，分别圈出能量团即可实现模式分离。然而，上述方法仅对基阶模式瑞雷波的重建具有较好的效果，对高阶模式瑞雷波的重建效果较差，因为在实际地震记录中，瑞雷波的高阶模式能量较弱，在频散能量谱中会受到压制，在分离高阶模式瑞雷波的能量团时会损失一部分有效信号，重建后提取的高阶模式瑞雷波频散曲线也将不准确，进而会给地下结构探测带来较大的误差。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高阶模式瑞雷波的重建方法。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种高阶模式瑞雷波的重建方法，其特征在于，利用归一化和振幅均衡来增强高阶模式瑞雷波的能量，具体包括以下步骤：Step1：地震数据采集在瑞雷波工程探测现场，建立一个由多道检波器组成的观测系统，观测得到多道地震记录d(x,t)；Step2：f-k变换对Step1中的多道地震记录d(x,t)在空间上进行扩充补零处理，然后再通过f-k变换生成频率波数谱；Step3：投影将频率-波数域信号插值投影到频率-速度域，生成地震信号的频散能量谱D(f,v)；Step4：归一化对频散能量谱D(f,v)进归一化处理；Step5：振幅均衡对归一化后的频散能量谱D(f,v)进行振幅均衡处理，找出高阶模式瑞雷波能量团频带最宽、能量最强的计算结果，记为新的频散能量谱T(f,v)；Step6：模式识别在新的频散能量谱T(f,v)上标记出高阶模式瑞雷波的能量团，并记录能量团范围内每个点对应的频率与速度坐标；Step7：模式分离利用Step6记录的坐标，在原始的频散能量谱D(f,v)上标出相应的高阶模式能量部分，然后将D(f,v)的其余部分赋0值，得到D’(f,v)；Step8：反向投影将仅含高阶模式能量的D’(f,v)插值投影回频率-波数域，得到频率波数谱D’(f,k)；Step9：f-k逆变换对D’(f,k)做f-k逆变换，得到时间-距离域的复信号dcomplex(x,t)；Step10：高阶模式重建取复信号dcomplex(x,t)的实部，并删除由于Step2中扩充补零产生的n道之后的多余记录，即得到时间域中单独的高阶模式瑞雷波记录dhigher-order(x,t)。本专利技术的有益之处在于：本专利技术提供的重建方法，利用归一化和振幅均衡来增强高阶模式瑞雷波的能量，能够获得高阶模式瑞雷波的波场，进而可以提高瑞雷波探测的精度，对实际工程探测具有非常积极的意义。附图说明图1是多阶模式瑞雷波的频散曲线；图2是本专利技术的高阶模式瑞雷波的重建方法的流程图；图3是观测系统获得的时间-距离域多道地震记录；图4是多道地震记录经处理后得到的频率-波数域的能量谱；图5是高阶模式瑞雷波的能量团；图6是仅含高阶模式瑞雷波的频率波数谱；图7是重建得到的时间域中单独的高阶模式瑞雷波记录。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。参照图2，本专利技术提供的高阶模式瑞雷波的重建方法，利用归一化和振幅均衡来增强高阶模式瑞雷波的能量，具体包括以下步骤：Step1：地震数据采集在瑞雷波工程探测现场，沿一条测线布置n(n>48)个检波器x1、x2、x3、…、xn，这些检波器组成观测系统。在测线一端通过重锤敲击地面产生地震信号，利用观测系统采集地震数据，每个检波器记录1024个采样点，采样频率1000Hz，获得时间-距离域的多道地震记录，将其记为d(x,t)。观测系统获得的时间-距离域多道地震记录如图3所示。Step2：f-k变换对Step1中的多道地震记录d(x,t)在空间上进行扩充补零处理，得到128道记录的信号，其中第n道之后的记录充零，得到dnew(x,t)，然后利用f-k变换将dnew(x,t)变换到频率-波数域，生成频率波数谱，记为D(f,k)。经f-k变换后得到的频率-波数域的能量谱如图4所示。Step3：投影利用波数k与速度v的关系k＝f/v，将频率-波数域信号插值投影到频率-速度域，得到地震信号的频散能量谱D(f,v)。Step4：归一化对频率-速度域中的频散能量谱D(f,v)进归一化处理，使最大值变为1。Step5：振幅均衡对归一化后的频散能量谱D(f,v)进行振幅均衡处理，采用的是求n次幂的方法，具体如下：T(v,f)=[D(v.f)]n式中，n为幂值，其值为(0,1)之间的常数，在具体计算中可尝试多个取值，对比计算的效果，并找出高阶模式瑞雷波能量团频带最宽、能量最强的计算结果，记为新的频散能量谱T(f,v)。振幅均衡处理可以保持高阶模式瑞雷波能量谱的完整性。Step6：模式识别在新的频散能量谱T(f,v)上标记出高阶模式瑞雷波的能量团，并记录能量团范围内每个点对应的频率与速度坐标(f1,v1)、(f2,v2)、(f3,v3)、…、(fn,vn)。高阶模式瑞雷波的能量团如图5中闭合曲线圈出的范围所示。Step7：模式分离利用Step6记录的坐标(f1,v1)、(f2,v2)、(f3,v3)、…、(fn,vn)，在原始的频散能量谱D(f,v)上标出相应的高阶模式能量部分，然后将D(f,v)的其余部分赋0值，得到D’(f,v)。Step8：反向投影利用速度与波数的关系k＝f/v，将仅含高阶模式能量的D’(f,v)插值投影回频率-波数域，得到频率波数谱，记为D’(f,k)。仅含高阶模式瑞雷波的频率波数谱如图6所示。Step9：f-k逆变换对D’(f,k)做f-k逆变换，得到时间-距离域的复信号dcomplex(x,t)。Step10：高阶模式重建取复信号dcomplex(x,t)的实部，并删除由于Step1中扩充补零产生的n道之后的多余记录，即得到时间域中单独的高阶模式瑞雷波记录dhigher-order(x,t)。最终，采用本专利技术提供的重建方法得到的时间域中单独的高阶模式瑞雷波记录dhigher-o本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高阶模式瑞雷波的重建方法，其特征在于，利用归一化和振幅均衡来增强高阶模式瑞雷波的能量，具体包括以下步骤：Step1：地震数据采集在瑞雷波工程探测现场，建立一个由多道检波器组成的观测系统，观测得到多道地震记录d(x,t)；Step2：f‑k变换对Step1中的多道地震记录d(x,t)在空间上进行扩充补零处理，然后再通过f‑k变换生成频率波数谱；Step3：投影将频率‑波数域信号插值投影到频率‑速度域，生成地震信号的频散能量谱D(f,v)；Step4：归一化对频散能量谱D(f,v)进归一化处理；Step5：振幅均衡对归一化后的频散能量谱D(f,v)进行振幅均衡处理，找出高阶模式瑞雷波能量团频带最宽、能量最强的计算结果，记为新的频散能量谱T(f,v)；Step6：模式识别在新的频散能量谱T(f,v)上标记出高阶模式瑞雷波的能量团，并记录能量团范围内每个点对应的频率与速度坐标；Step7：模式分离利用Step6记录的坐标，在原始的频散能量谱D(f,v)上标出相应的高阶模式能量部分，然后将D(f,v)的其余部分赋0值，得到D’(f,v)；Step8：反向投影将仅含高阶模式能量的D’(f,v)插值投影回频率‑波数域，得到频率波数谱D’(f,k)；Step9：f‑k逆变换对D’(f,k)做f‑k逆变换，得到时间‑距离域的复信号dcomplex(x,t)；Step10：高阶模式重建取复信号dcomplex(x,t)的实部，并删除由于Step2中扩充补零产生的n道之后的多余记录，即得到时间域中单独的高阶模式瑞雷波记录dhigher‑order(x,t)。...

【技术特征摘要】
1.一种高阶模式瑞雷波的重建方法，其特征在于，利用归一化和振幅均衡来增强高阶模式瑞雷波的能量，具体包括以下步骤：Step1：地震数据采集在瑞雷波工程探测现场，建立一个由多道检波器组成的观测系统，观测得到多道地震记录d(x,t)；Step2：f-k变换对Step1中的多道地震记录d(x,t)在空间上进行扩充补零处理，然后再通过f-k变换生成频率波数谱；Step3：投影将频率-波数域信号插值投影到频率-速度域，生成地震信号的频散能量谱D(f,v)；Step4：归一化对频散能量谱D(f,v)进归一化处理；Step5：振幅均衡对归一化后的频散能量谱D(f,v)进行振幅均衡处理，找出高阶模式瑞雷波能量团频带最宽、能量最强的计算结果，记为新的频散能量谱T(f,v)；Step6：模式识别在新的频散能量谱T(f,v)上标记出高阶模式瑞雷波的能量团，并记录能量团范围内每个点对应的频率与速度坐标；Step7：模式分离利用Step6记录的坐标，在原始的频散能量谱D(f,v)上标出相应的高阶模式能量部分，然后将D(f,v)的其余部分赋0值，得到D’(f,v)；Step8：反向投影将仅含高阶模式能量的D’(f,v)插值投影回频率-波数域，得到频率波数谱D’(f,k)；Step9：f-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣欣，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61