基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法技术

本发明专利技术提供了一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法，包括：从实测频散谱中拾取实测频散点；对拾取到的实测频散点进行点分离处理，得到基阶频散点和非基阶频散点；对分离出的基阶频散点以选取率为基准进行分离；对点分离处理后的所有频散点进行点赋权处理；根据点赋权处理结果，组装多模式频散曲线的反演目标函数；根据所述反演目标函数进行反演，得到横波速度剖面。本发明专利技术能在对频散曲线模式确认依赖小的情况下，快速、精准地完成反演，从而获得地层的横波速度。

Inversion method of Rayleigh wave dispersion curve based on generalized objective function

【技术实现步骤摘要】
基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法
本专利技术涉及近地表地震面波勘探
，特别涉及一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法。
技术介绍
瑞雷波(Rayleighwave)勘探是近年来发展非常迅速的一种工程地球物理勘探方法，其具有无损、高效、经济、高信噪比等特点，因此，在浅层地表工程勘查和地质灾害调查等方面具有广泛的应用。瑞雷波勘探的核心环节是对从实测地震记录中提取实测频散曲线进行反演。根据反演结果，可获得地下地质介质的横波速度结构，便可实现指导众多科学、工程等问题。而瑞雷波频散曲线反演的关键是确定一个反演目标函数，目标函数一旦确定，便可结合拟线性(如阻尼最小二乘法等)或完全非线性反演方法(如粒子群优化算法、遗传算法等)进行反演。目前最常用的目标函数是计算实测频散曲线和计算频散曲线之差的均方根值，因此称之为均方根目标函数。均方根目标函数要求对实测频散曲线的阶次(或称模态、模式)进行逐一确定，这使得实测高阶频散曲线的信息难以在反演中被利用，或常被误认作基本模，因此基于该目标函数的反演结果的精度往往是有限的甚至是错误的。尤其对于存在软弱夹层，如在城市路面上采集的瑞雷波数据，混凝土路面的横波速度较下面地层横波速度高，从而提取的频散曲线在中高频段以高阶模式为主，但这种高阶模式的阶次是无法准确获得的，从而无法获得准确的探测结果。另一方面，高阶频散曲线比基阶频散曲线具有更高的敏感度，反演中包含高阶频散曲线可以提高反演的精度，但确定提取得到的每个频散点的准确阶次也是非常困难的。基于以上两个方面的原因，在瑞雷波多模式反演中如何能够降低频点阶次的确定对反演结果的影响将是一个重要的问题。近年来，有学者提出一种不需要对实测频散曲线确定阶次便可进行反演的目标函数，称之为行列式目标函数，该目标函数虽然解决了均方根目标函数须确定阶次的局限性问题，但其本身固有的局部极小值却严重干扰了反演算法的寻优求解，其本身也制约了其进一步发展。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法，其目的是为了解决在利用多模式瑞雷面波频散曲线进行反演时，对于频散曲线模式确认依赖大、且精度不高的问题。为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法，包括：从实测频散谱中拾取实测频散点；对拾取到的实测频散点进行点分离处理，得到基阶频散点和非基阶频散点；对分离出的基阶频散点以选取率为基准进行分离；对点分离处理后的所有频散点进行点赋权处理；根据点赋权处理结果，组装多模式频散曲线的反演目标函数；根据所述反演目标函数进行反演，得到横波速度剖面。其中，所述对拾取到的实测频散点进行点分离处理，得到基阶频散点和非基阶频散点的步骤，包括：将拾取到的实测频散点分为基阶频散点和非基阶频散点；其中，所有基阶频散点记为集合B，所有非基阶频散点记为集合N。其中，所述对分离出的基阶频散点以选取率为基准进行分离的步骤，包括：从集合B中均匀选取部分频散点，并将选取的频散点作为f点，所有f点记为集合F；将集合B中除f点以外的其他频散点，以及所述集合N中的频散点均作为h点，所有h点记为集合H；令L＝F∪H，集合B、集合F、集合H和集合L内所含有的频散点的个数分别为nB、nF、nH和nL，nL＝nF+nH，f点的选取率R＝nF/nB×100％。其中，所述对点分离处理后的所有频散点进行点赋权处理的步骤，包括：通过权值矩阵函数对集合L中的频散点赋权值；其中，ci为集合L中第i个频散点，wi表示ci的权重。其中，所述根据点赋权处理结果，组装多模式频散曲线的反演目标函数的步骤，包括：通过组装多模式频散曲线的反演目标函数；其中，G(M)表示多模式频散曲线的反演目标函数，M表示任一n层水平模型，M的基阶相速度在集合L中第i个频散点对应频率下为M的频散函数绝对值在集合L中第i个频散点位置处为Di，M＝[VP,VS,ρ,h]，VP、VS分别为各层的纵波速度、横波速度组成向量参数，ρ、h分别为各层的密度和层厚，为集合L中第i个频散点的相速度值。其中，当n层中最后一层的层厚hn→∞时，向量h包括前n-1层的各层层厚。其中，当R＝0时，F＝φ，H＝L，Φ＝[0,w]，其中，当R＝100％，且H＝φ时，F＝L，Φ＝[w,0]，其中，其中，表示第i个f点的权重，表示第i个h点的权重。其中，所述根据所述反演目标函数进行反演，得到横波速度剖面的步骤，包括：通过所述反演目标函数计算反演迭代初始模型的函数值；对模型进行逐步更新迭代，并在每得到一更新迭代后的模型时，通过所述反演目标函数计算更新迭代后的模型的函数值，直至通过所述反演目标函数计算得到的函数值小于预设阈值，或者模型的更新迭代次数达到预设次数时，完成迭代寻优求解过程，输出模型最优个体，得到横波速度剖面。本专利技术的上述方案至少有如下的有益效果：在本专利技术的实施例中，首先提取实测频散谱中的实测频散点，然后运用点分离处理和点赋权处理对实测频散点进行点分离，在进行完点分离后组装出多模式频散曲线的反演目标函数，并利用该反演目标函数进行反演，得到横波速度剖面。其中，点分离处理能够对实测频散点进行快速分类，不同于常规多模式判别需要精确的获得每个频点属于哪一阶次这样几乎无法实现的要求，点分离方法仅仅要求操作人员根据自身的经验判断将实测频散点归为可判别模式的点和不可判别模式的点，从而减少模式误判的可能，提高反演的正确性。同时利用组装出的反演目标函数进行反演，能够充分利用所有阶次的频散点进行反演，也就充分利用所有实测频散信息，从而减少反演的多解性。另一方面，通过选取率，可灵活改变频散点的分类，从而改变着的点赋权处理时权值矩阵的分布，便可调节反演速度的快慢。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法的流程图；图2是本专利技术实施例中点分离处理后的实测频散点示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术的实施例提供了一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法，该反演方法在瑞雷波勘探中的涉及环节中，上承面波数据处理，下接地质解释，处于核心反演位置处，其中，面波数据处理后得到实测频散谱。具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法，其特征在于，包括：/n从实测频散谱中拾取实测频散点；/n对拾取到的实测频散点进行点分离处理，得到基阶频散点和非基阶频散点；/n对分离出的基阶频散点以选取率为基准进行分离；/n对点分离处理后的所有频散点进行点赋权处理；/n根据点赋权处理结果，组装多模式频散曲线的反演目标函数；/n根据所述反演目标函数进行反演，得到横波速度剖面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于广义目标函数的瑞雷波多模式频散曲线反演方法，其特征在于，包括：
从实测频散谱中拾取实测频散点；
对拾取到的实测频散点进行点分离处理，得到基阶频散点和非基阶频散点；
对分离出的基阶频散点以选取率为基准进行分离；
对点分离处理后的所有频散点进行点赋权处理；
根据点赋权处理结果，组装多模式频散曲线的反演目标函数；
根据所述反演目标函数进行反演，得到横波速度剖面。


2.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，所述对拾取到的实测频散点进行点分离处理，得到基阶频散点和非基阶频散点的步骤，包括：
将拾取到的实测频散点分为基阶频散点和非基阶频散点；其中，所有基阶频散点记为集合B，所有非基阶频散点记为集合N。


3.根据权利要求2所述的反演方法，其特征在于，所述对分离出的基阶频散点以选取率为基准进行分离的步骤，包括：
从集合B中均匀选取部分频散点，并将选取的频散点作为f点，所有f点记为集合F；
将集合B中除f点以外的其他频散点，以及所述集合N中的频散点均作为h点，所有h点记为集合H；
令L＝F∪H，集合B、集合F、集合H和集合L内所含有的频散点的个数分别为nB、nF、nH和nL，nL＝nF+nH，f点的选取率R＝nF/nB×100％。


4.根据权利要求3所述的反演方法，其特征在于，所述对点分离处理后的所有频散点进行点赋权处理的步骤，包括：
通过权值矩阵函数对集合L中的频散点赋权值；其中，ci为集合L中第i个频散点，wi表示ci的权重。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大洲，杨博，熊章强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43