一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法，包括：利用天然地震面波数据，以需要计算的台站点为虚拟震源点，将其它台站点观测到的背景噪音信号与其做互相干，从而得到以参考台站点到各个台站点的虚拟炮集记录剖面。将虚拟炮集剖面分不同方向分别进行处理，给定地层速度的先验信息，计算各个时段上包含面波有效信号时窗内正负两个方向上的平均信噪比，设置阈值自动化筛选两个方向上的最优时段，分别将其叠加形成虚拟炮集剖面。分别选取参考道，将其它台站记录的虚拟炮集资料与之进行非线性信号比较并将其叠加，选择正支、负支或两者融合之一的频散谱采用图像处理的方法自动化提取频散曲线，极大的提高了低频段的分辨率要求。的分辨率要求。的分辨率要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法


[0001]本专利技术属于背景噪音处理领域，具体涉及一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法。

技术介绍

[0002]地震背景噪音可以用来获取地下结构速度信息，利用从背景噪音中提取的天然面波信息，可以反演地下横波速度结构。背景噪音的成分通常是复杂的，利用背景噪音获得稳定的频散曲线对于减少横波速度反演中的不确定性具有重要意义。背景噪音当中的低频成分能量通常来说是微弱的，为了提取较高质量的频散曲线低频部分，从而反演更深尺度的地质结构，需要持续较长时间的观测。由于背景噪音存在不稳定性，通常需要筛选出较高质量的部分，因此，发展一种可以自动化筛选数据并能有效提取各个频段成分的频散曲线方法具有重要意义。
[0003]被动源面波方法最早由AKI在1957年首次提出，它证明了可以从背景噪音当中提取出有效的面波信息。1993年Ling&Okada提出了扩展的空间自相关方法，来适应任意形式的野外布置。但考虑到实际环境施工需求，线性排列依然是最易于满足各种条件的布置方式，而且对于野外实例结果，由于大部分噪声源的随机分布特点，线性排列得到的面波频散曲线基本与二维排列处理的结果一致。Park在1998年提出了面波多道分析方法(MASW)，克服了一般情况下面波难以从干扰波中分离、高阶模式面波不能确定以及频散曲线计算精度低的问题。由于背景噪音能量一般较弱，MASW方法通常应用在主动源的面波提取当中。地震干涉理论的提出，建立了主动源面波方法与被动源面波方法之间的桥梁，Wapenaar和Fokkema用格林函数互易性定理证明了地震干涉方法从背景噪音数据中获得格林函数的正确性，并通过数值模拟的合成数据和实际数据进行了证明。2011年Nakata等将地震干涉方法中互相关、反褶积和互相干技术分别应用于城市交通噪声，提取并对比了经验格林函数，证明了互相干算法的抗噪性优于其它两种算法。同年，O
’
Connell等提出了干涉面波多道分析方法提高了面波在低频段的成像分辨能力。2016年cheng和Xia等提出了一种基于互相关的被动源面波多道分析方法(MAPS)，在特定情况下该方法得到的成像效果近似于高质量的主动源成像。2017年zheng等人提出了一种新的非线性信号比较法(NLSC)，以实现在宽频段上统一的高分辨率测量，提高了低频时的分辨率。2019年Pang等根据Stehly等的研究成果进一步提出了确定基于信噪比阈值自适应的数据筛选方法。总的来说，对于背景噪音而言，想要在可控的时间内，高效的提取低频段高分辨率频散曲线依然是一件具有挑战性的难题。因此，需要实现一种高质量且自动化的背景噪音频散提取方法，这将使得背景噪音实时成像监测成为可能，从而保证合理可靠的施工。

技术实现思路

[0004]本专利技术所为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，目的在于提供了一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法，利用密集线性台阵内的各台站采集的天然地震面波数据，以
需要计算的台站点为虚拟震源点，将其它台站点观测到的背景噪音信号与其做互相干，从而得到以参考台站点到各个台站点的虚拟炮集记录剖面。将虚拟炮集剖面分正负两个不同方向分别进行处理，给定地层速度的先验信息，计算各个时段上包含面波有效信号时窗内正负两个方向上的平均信噪比，设置阈值自动化筛选两个方向上的最优时段，最终分别将其叠加形成虚拟炮集剖面。分别选取离虚拟震源点最近的记录资料较好的道集台站点作为参考道，将其它台站记录的虚拟炮集资料与之进行非线性信号比较并将其叠加，根据实际情况选择正支、负支或两者融合之一的频散谱采用图像处理的方法自动化提取频散曲线。最终得到在全频率范围内分辨率均匀分布且较高的频散曲线，极大的提高了低频段的分辨率要求
[0005]为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法，所述方法包括：
[0007]获取天然地震面波数据，以目标台站点为虚拟震源点，将其它台站点观测到的背景噪音信号与虚拟震源点做互相干操作，得到以参考台站点到各个台站点的虚拟炮集记录剖面；
[0008]将所述虚拟炮集剖面划分不同方向分别进行处理，得到叠加后的虚拟炮集剖面；
[0009]在得到叠加后的虚拟炮集剖面后，选取参考道，将其它台站记录的虚拟炮集资料与所述参考道进行非线性信号比较并将其叠加处理，选择正支、负支或两者融合之一的频散谱提取频散曲线。
[0010]进一步，利用密集线性台阵内的各台站采集天然地震面波数据。
[0011]进一步，根据实际情况选择正支、负支或两者融合之一的频散谱采用图像处理的方法自动化提取频散曲线，最终得到在全频率范围内分辨率均匀分布且较高的频散曲线。
[0012]进一步，将所述虚拟炮集剖面划分正负两个不同方向分别进行处理，预设地层速度的先验信息，计算各个时段上包含面波有效信号时窗内正负两个方向上的平均信噪比，设置阈值自动化筛选两个方向上的最优时段，最终分别将其叠加形成叠加后的虚拟炮集剖面。
[0013]进一步，根据得到的叠加后的虚拟炮集剖面，参考噪音源情况选择最近的台站作为参考道。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0015]本专利技术提供了一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法，它可以应用于密集线性台阵，包括：使用密集线性台阵内各个台站采集的背景噪音数据；分别以所述密集线性台阵内的各个台站为中心点，以一定的半径r划分子阵列作为需要参与计算的台阵集合(总道集m＝2*n+1，其中n代表r范围内台站数，间距为d，半径r＝nd)；以中心点台站作为虚拟震源点，运用地震干涉理论，将台站集合内的其它台站采集的背景噪音与中心点台站记录到的背景噪音做互相干得到虚拟共炮点集；根据得到的虚拟共炮点集分正负支，分别选择中心点左边和右边最近的台站做参考道，采用非线性的多道信号比较法将其它台站与参考道做比较计算，再进行加权处理；利用给定的相速度先验信息，可以得到虚拟共炮点集时间域上面波存在的窗口，根据面波存在的窗口可以有效分离可能存在的体波或直达波等干扰，提取到更纯粹的面波信息，而且可以根据面波的振幅值定义单个时间片段的信噪比；通过单个片段的信噪比可以判断此片段对于最后频散提取结果的好坏，也可以通过互相干的因果
和反因果部分之间的振幅差异反映地震波从中心点传播到其余接收点的能量流，以此量化单个片段中双向面波信号的能量比例；通过上述定义的指标，可以评价单个片段的成像质量，并以此建立数据筛选标准；通过不同时间片段信噪比的排序，定义累积叠加互相干函数，根据累积叠加互相干函数的平均信噪比确定合适阈值的自动化；正支和负支提取的频散曲线可以分开进行提取也可以先融合后再提取，选用哪个频散图的指标是选择三者之中分辨率最高的那个；最终得到在全频率范围内分辨率均匀分布且较高的频散曲线，极大的提高了低频段的分辨率要求。
附图说明
[0016]图1、本专利技术一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法的流程图；
[0017]图2、专利一ERPS方法的原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法，其特征在于，所述方法包括：获取天然地震面波数据，以目标台站点为虚拟震源点，将其它台站点观测到的背景噪音信号与虚拟震源点做互相干操作，得到以参考台站点到各个台站点的虚拟炮集记录剖面；将所述虚拟炮集剖面划分不同方向分别进行处理，得到叠加后的虚拟炮集剖面；在得到叠加后的虚拟炮集剖面后，选取参考道，将其它台站记录的虚拟炮集资料与所述参考道进行非线性信号比较并将其叠加处理，选择正支、负支或两者融合之一的频散谱提取频散曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于背景噪音频散曲线自动化提取方法，其特征在于，利用密集线性台阵内的各台站采集天然地震面波数据。3.根据权利要求1所述的一种基于背景噪音频散曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：许超，杨瑞召，韩枫涛，陈井瑞，冯洋洋，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：