近地表各向异性参数的测量方法、装置、地震计及介质制造方法及图纸

本申请公开了一种近地表各向异性参数的测量方法、装置、地震计及介质，通过利用单个三分量地震计在待测观测点采集预设时间段的连续背景噪音，获取连续背景噪音中的快波数据和慢波数据，再分别获取快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，快波数据和慢波数据的互相关函数中包括快波数据的各向异性参数，然后通过获取快波数据的互相关函数和慢波数据的互相关函数间的波形归一化相关系数模型，求解使波形归一化相关系数模型中波形归一化相关系数最大时快波数据和慢波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数。本方案中，减少了地震计的使用，也无需依赖人工地震源和天然地震事件的发生，在降低成本的同时提高了测量的准确性。

【技术实现步骤摘要】
近地表各向异性参数的测量方法、装置、地震计及介质
本申请涉及地球物理勘探
，尤其涉及一种近地表各向异性参数的测量方法、装置、地震计及介质。
技术介绍
地震各向异性是反映地球内部应变和应力场的关键因素。各向异性成因主要有矿物结晶轴沿优势方向的排列以及地下结构(如薄互层、裂缝、流体包裹体、部分熔融体)的层状有序分布。对于近地表结构，其中地下裂缝张开、闭合方向主要受到地应力场的控制，由此产生的各向异性及其变化可以用来监测相应的地应力场方向及变化，在工程(如隧道挖掘、油藏开采)以及地质灾害(如地震断层、火山)监测中均具有重要参考价值。例如，在页岩气开采中，通过压裂区上方的近地表各向异性变化可以推测出压裂区的形变状态，从而为地下岩层注水压裂效果评价提供重要依据。地震波在各向异性介质中的传播特性是测量近地表方位角各向异性参数的主要手段，根据使用的地震波类型不同，采用的方法也不相同。目前，一种方法是近震剪切波分裂法，利用发生在观测台站下方的地震事件产生的剪切波信号，通过两个互相垂直的水平快、慢波偏振方向的波形匹配来搜索快波偏振方位角和快慢波时间差(δt)。如果已知地震至观测台站的距离以及平均剪切波速度传播，则可以根据剪切波传播时间(T)计算出观测点下方的快波偏振方位角和横波各向异性强度(a＝δt/T)，该方法依赖于近震事件的存在，不适用于地震活动性低的地区，测量精度容易受到地震事件的复杂程度和区域结构产生的散射波的影响；另一种方法是井下-地表台站对地震尾波干涉进行分析，利用同一位置布设的井下和地表观测台站对记录到的地震尾波信号，通过尾波干涉叠加获取在井下-地表台站间垂直传播的剪切波信号，通过分析不同水平偏振方向的剪切波到时，直接获取快波偏振方位角和各向异性强度参数，该方法依赖于地震事件的尾波信号，不适用于地震活动性低的地区，布设井下地震计的成本高。以上方法为了实现对近地表各向异性变化的连续监测，在研究区必须存在持续的地震信号源，主要有主动人工源(如震动车、声发射装置)和被动源(天然地震)两种方式。前者可控性好但花费较高，后者受限于天然地震事件的发生，不适应于地震活动性低的地区。再一种方法是利用从背景噪音相关中提取的瑞利面波水平偏振角度异常值随入射方位角的变化来推测地下各向异性结构及其时间变化。该方法具体实施过程中需在研究区布设多个地震计，成本较高，而且面波水平偏转角度异常可能受到地下结构不均匀性的影响，只能间接反映地下各向异性结构，不能直接获得快波偏振方位角和各向异性强度。因此，如何在近地表各向异性参数的测量中降低测量成本，提高测量的准确性，是本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种近地表各向异性参数的测量方法、装置、地震计及介质，以能够在近地表各向异性参数的测量中降低测量成本，提高测量的准确性。第一方面，本申请实施例提供了一种近地表各向异性参数的测量方法，包括：利用单个三分量地震计在待测观测点采集预设时间段的连续背景噪音；获取所述连续背景噪音中的快波数据和慢波数据；分别获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，所述快波数据和所述慢波数据的互相关函数中包括所述快波数据的各向异性参数；获取所述快波数据的互相关函数和所述慢波数据的互相关函数间的波形归一化相关系数模型；求解使所述波形归一化相关系数模型中所述波形归一化相关系数最大时所述快波数据的各向异性参数，所述快波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述波形归一化相关系数模型为：其中，θFP表示快波数据的振幅方位角；a表示各向异性强度，且a＝Vfast/Vslow-1，Vfast为快波的传播速度，Vslow为慢波的传播速度；Cθθ(ω)表示互相关函数；相应地，所述求解使所述波形归一化相关系数模型中所述波形归一化相关系数最大时所述快波数据的各向异性参数，所述快波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数，具体包括：采用网格搜索方法计算中的快波数据的各向异性参数；其中，所述快波数据的各向异性参数包括：快波数据的振幅方位角和各向异性强度。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，包括：计算快波数据和慢波数据在频域的振幅谱归一化的平均互相关函数；根据所述快波数据的振幅方位角和所述快波数据和慢波数据的振幅谱归一化的平均互相关函数获取所述快波数据在频域的互相关函数。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述计算快波数据在频域的振幅谱归一化的平均互相关函数，包括：计算所述快波数据和慢波数据对应的水平分量波形X(t)和Y(t)，所述X(t)和Y(t)正交；对所述水平分量波形X(t)和Y(t)进行归一化处理；将所述水平分量波形X(t)和Y(t)分割为连续不重叠的时间窗；对每个时间窗内的水平分量波形X(t)和Y(t)进行频域变换，以获得X(ω)和Y(ω)；采用第一公式计算所述X(ω)和Y(ω)对应的振幅谱归一化的平均互相关函数；所述第一公式为：其中，CXX(ω)、CXY(ω)和CYY(ω)分别为所述X(ω)和Y(ω)对应的振幅谱归一化的平均互相关函数；X*(ω)和Y*(ω)分别为X(ω)和Y(ω)的复共轭函数；所述<·>表示对所有时间窗内的频域值取平均，结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述对每个时间窗内的水平分量波形X(t)和Y(t)进行频域变换，以获得X(ω)和Y(ω)之后，还包括：对所述X(ω)和Y(ω)进行预处理。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述对所述X(ω)和Y(ω)进行预处理，包括：对所述X(ω)和Y(ω)进行带通滤波处理；对带通滤波处理后的X(ω)和Y(ω)进行移动窗均衡化处理。对所述移动窗均衡化处理后的X(ω)和Y(ω)进行谱白化处理。第二方面，本申请实施例提供了一种近地表各向异性参数的测量装置，包括：采集模块，用于利用单个三分量地震计在待测观测点采集预设时间段的连续背景噪音；第一获取模块，用于获取所述连续背景噪音中的快波数据和慢波数据；第二获取模块，用于分别获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，所述快波数据和所述慢波数据的互相关函数中包括所述快波数据的各向异性参数；第三获取模块，用于获取所述快波数据的互相关函数和所述慢波数据的互相关函数间的波形归一化相关系数模型；求解模块，用于求解使所述波形归一化相关系数模型中所述波形归一化相关系数最大时所述快波数据的各向异性参数，所述快波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数。结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，所述波形归一化相关系数模型为：其中，θFP表示快波数据的振幅方位角；a表示各向异性强度，且a＝Vfast/Vslow-1，Vfast为快波的传播速度，Vslow为慢波的传播速度；Cθθ(ω)表示互相关函数；相应地，所述求解模块，具体用于：采用网格搜索方法计算中的快波数据的各向异性参数；其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近地表各向异性参数的测量方法，其特征在于，包括：利用单个三分量地震计在待测观测点采集预设时间段的连续背景噪音；获取所述连续背景噪音中的快波数据和慢波数据；分别获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，所述快波数据和所述慢波数据的互相关函数中包括所述快波数据的各向异性参数；获取所述快波数据的互相关函数和所述慢波数据的互相关函数间的波形归一化相关系数模型；求解使所述波形归一化相关系数模型中所述波形归一化相关系数最大时所述快波数据的各向异性参数，所述快波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数。

【技术特征摘要】
1.一种近地表各向异性参数的测量方法，其特征在于，包括：利用单个三分量地震计在待测观测点采集预设时间段的连续背景噪音；获取所述连续背景噪音中的快波数据和慢波数据；分别获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，所述快波数据和所述慢波数据的互相关函数中包括所述快波数据的各向异性参数；获取所述快波数据的互相关函数和所述慢波数据的互相关函数间的波形归一化相关系数模型；求解使所述波形归一化相关系数模型中所述波形归一化相关系数最大时所述快波数据的各向异性参数，所述快波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波形归一化相关系数模型为：其中，θFP表示快波数据的振幅方位角；a表示各向异性强度，且a＝Vfast/Vslow-1，Vfast为快波的传播速度，Vslow为慢波的传播速度；Cθθ(ω)表示互相关函数；相应地，所述求解使所述波形归一化相关系数模型中所述波形归一化相关系数最大时所述快波数据的各向异性参数，所述快波数据的各向异性参数为近地表各向异性参数，具体包括：采用网格搜索方法计算中的快波数据的各向异性参数；其中，所述快波数据的各向异性参数包括：快波数据的振幅方位角和各向异性强度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数，包括：计算快波数据和慢波数据在频域的振幅谱归一化的平均互相关函数；根据所述快波数据的振幅方位角和所述快波数据和慢波数据的振幅谱归一化的平均互相关函数获取所述快波数据和慢波数据在频域的互相关函数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算快波数据和慢波数据在频域的振幅谱归一化的平均互相关函数，包括：计算所述快波数据和慢波数据对应的水平分量波形X(t)和Y(t)，所述X(t)和Y(t)正交；对所述水平分量波形X(t)和Y(t)进行归一化处理；将所述水平分量波形X(t)和Y(t)分割为连续不重叠的时间窗；对每个时间窗内的水平分量波形X(t)和Y(t)进行频域变换，以获得X(ω)和Y(ω)；采用第一公式计算所述X(ω)和Y(ω)对应的振幅谱归一化的平均互相关函数；所述第一公式为：其中，CXX(ω)、CXY(ω)和CYY(ω)分别为所述X(ω)和Y(ω)对应的振幅谱归一化的平均互相关函数；X*(ω)和Y*(ω)分别为X(ω)和Y(ω)的复共轭函数；所述<·>表示对所有时间窗内的频域值取平均，5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对每个时间窗内的水平分量波形X(t)和Y(t)进行频域变换，以获得X(ω)和Y(ω)之后，还包括：对所述X(ω)和Y(ω)进行预处理。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述X(ω)和Y(ω)进行预处理，包括：对所述X(ω)和Y(ω)进行带通滤波处理；对带通滤波处理后的X(ω)和Y(ω)进行移动窗均衡化处理；对所述移动窗均衡化处理后的X(ω)和Y(ω)进行谱白化处理。7.一种近地表各向异性参数的测量装置，其特征在于，包括：采集模块，用于利用单个三分量地震计在待测观测点采集预设时间段的连续背景噪音；第一获取模块，用于获取所述连续背景噪音中的快波数据和慢波数据；第二获取模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶开，唐有彩，钮凤林，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11