浅地表被动源面波成像中数据筛选方法研究

论文摘要

随着城镇化的快速推进,城市地下空间探测在地下空间开发利用中正发挥着日益重要的作用。被动源面波技术,作为城市地下空间探测中最强有力的手段之一,近年来逐渐受到城市地球物理工作者的高度重视。在浅地表应用中,主动源面波勘探虽然能很好地解决大部分浅层工程地质问题,但是却无法满足较大勘探深度的工程需求。被动源面波方法,利用长时间记录的地震动噪声,采用数据处理技术提取面波波形或频散数据,反演得到浅地表的横波速度结构。与主动源方法相比,被动源面波勘探不需要人工震源,并且可以加大勘探深度。但是,被动源面波方法在实际应用中也面临着诸多挑战,比如不均匀的噪声源分布和复杂的场地环境,会严重地影响了面波能量的成像效果。因此,本论文通过研究数据的筛选,提高浅地表被动源面波能量成像的精度。基于地震台站线性排列的被动源面波成像是当前应用中的主要方法,本文详细介绍了其中的微动折射法、路边被动源方法和基于互相关的被动源面波多道分析三种方法,模拟结果的对比分析表明,第三种方法成像的面波能量在整个有效频带内都可以与理论频散曲线准确对应。基于该方法,本文进一步地讨论了不同噪声源分布对被动源面波能量成像的影响。理论上,应根据实际的噪声源分布情况来合理地选取互相关的因果部分或反因果部分,而不应该笼统地只取互相关的两部分的平均。对于单向噪声源分布,只要准确地选取互相关的因果部分或反因果部分,就可以很容易地在频散图像上拾取面波各模式的相速度,并且不会因假频而污染面波的能量。对于排列两端稳相区域存在的双向噪声源分布,应该结合实际情况选取互相关的因果部分、反因果部分,或是两部分的平均。对于排列两段稳相区域内均匀分布的双向噪声源,可以取两部分的平均;对于左端弱右端强的双向噪声源分布,应只取反因果部分;对于左端强右端弱的双向噪声源分布,应只取因果部分。通过合适地选取互相关的因果部分或反因果部分,不仅可以有效地削弱假频对频散图像的污染,而且可以显著地增强面波能量。为了验证根据数值实验所获得结论的可靠性,笔者选择了毗邻铁道的高频背景噪声作为典型实例进行分析。对于原始质量较差的噪声记录,无论是微动折射方法,路边被动源方法,或是被动源面波多道分析方法,都很难获得有效的面波频散能量。根据每个噪声片段的面波能量成像特征进行人工分类、筛选后,面波能量在频散图像上不仅清晰可见,而且有效地拓宽了面波频带,从而显著地提高了上述三种方法的成像精度。在上述数值实验和实例验证基础上,笔者提出了基于信噪比的自动数据筛选技术。三个野外实例研究的结果表明,该技术在保留成像质量较好的噪声片段的同时,可以有效去除受非稳态噪声或假频严重干扰的噪声片段,从而显著地提高被动源面波能量成像的精度,达到与人工筛选同样的成像效果。研究还表明,自动数据筛选中速度窗口的大小对提取的面波能量有一定影响,但只要适度展宽速度窗口范围,筛选后的频散图像上遗漏面波能量的可能性很小。

论文目录

• 作者简介
• 中文摘要
• abstract
• 第一章 引言
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 被动源面波方法综述
•     1.2.2 被动源面波能量高精度成像综述
•     1.2.3 主动源与被动源面波联合勘探综述
•   1.3 章节安排
• 第二章 浅地表被动源面波方法与噪声源分析
•   2.1 高频背景噪声瑞雷波波场模拟
•   2.2 微动折射方法
•   2.3 路边被动源方法
•     2.3.1 IP模式
•     2.3.2 OP模式
•   2.4 基于互相关的被动源面波多道分析方法
•     2.4.1 噪声预处理
•     2.4.2 互相关与频散测量
•   2.5 不同噪声源分布的MAPS成像
•     2.5.1 单向噪声源分布
•     2.5.2 双向噪声源分布
• 第三章 数据筛选对被动源面波能量成像的影响
•   3.1 毗邻铁道的高频背景噪声
•   3.2 噪声片段分类
•   3.3 数据筛选结果对比
• 第四章 基于信噪比的自动数据筛选技术
•   4.1 自动数据筛选技术
•   4.2 野外实例应用
•     4.2.1 长沙试验
•     4.2.2 南通试验
•     4.2.3 岳阳试验
•   4.3 速度窗口大小对自动数据筛选结果的影响
• 第五章 结论与建议
•   5.1 结论
•   5.2 建议和展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 庞景尹

导师: 夏江海

关键词: 被动源面波成像,被动源面波多道分析,数据筛选,信噪比

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地质大学

分类号: P631.4

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000006

总页数: 88

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