[发明专利]一种瑞利波在土壤中传播速度的确定方法及装置

说明书

本发明公开了一种瑞利波在土壤中传播速度的确定方法及装置，属于光纤传感技术和地质监测领域。其中，方法的实现包括：S1：通过分布式光纤振动传感系统获取激励在光纤空间分布的振动时空数据；S2：根据振动时空数据计算出沿着光纤轴向的振动中心位置和振动中心的初始时间；S3：基于振动中心位置和振动中心的初始时间，通过振动时空数据拟合出瑞利波速度；S4：通过速度极限和瑞利波速度的关系，筛选瑞利波速度，将保留下来的瑞利波速度作为有效数据；S5：对有效数据求平均得到最终的瑞利波速度。本发明操作简单，精度高，易于操作，可以实现分布式测量。

技术领域

本发明属于光纤传感技术和地质监测技术领域，更具体地，涉及一种瑞利波在土壤中传播速度的确定方法及装置。

背景技术

英国学者瑞利(Rayleigh)于1887年首先在理论上确定了自由界面附近瑞利面波的存在。在以往的地震勘探中，这种瑞利面波被作为干扰波。近年来，国内、外学者对瑞利波进行了深入的研究，在理论和应用方面都取得了较大的进展，利用它进行测试变为现实。

瑞利波勘探法根据震源形式不同可分为两大类：一类为稳态法；另一类为瞬态法，目前主流是瞬态法。稳态激振面波勘探方法设备较为复杂，重量大，测试费用高；瞬态法也有许多缺点：其一是瞬态激振的功率密度谱分布不均，许多频率能量太小，随机干扰大。其二是仍按照稳态激振面波勘探方法接收地面振动波，致使所有的波(如反射波、折射波、直达波等)均作为干扰波而与面波混在一块，有可能导致误差较大的结果，这也是瞬态激振面波勘探方法主要缺点之一。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种瑞利波在土壤中传播速度的确定方法及装置，由此解决现有瑞利波勘探法存在的误差较大等的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种瑞利波在土壤中传播速度的确定方法，包括：

S1：通过分布式光纤振动传感系统获取激励在光纤空间分布的振动时空数据；

S2：根据所述振动时空数据计算出沿着光纤轴向的振动中心位置和振动中心的初始时间；

S3：基于所述振动中心位置和振动中心的初始时间，通过所述振动时空数据拟合出瑞利波速度；

S4：通过速度极限和瑞利波速度的关系，筛选瑞利波速度，将保留下来的瑞利波速度作为有效数据；

S5：对所述有效数据求平均得到激励对应的最终的瑞利波速度。

优选地，步骤S2包括：

S2.1：将所述振动时空数据分割成多个单次激励图，其中，一次激励对应一个单次激励图，激励图中的纵坐标表示振动信号点接收到振动的时间，横坐标表示振动信号点的距离，所述振动信号点由激励传输到光纤上各探测点形成；

S2.2：对各所述单次激励图进行带通滤波，以滤除噪音；

S2.3：对于每个滤波后的单次激励图，从滤波后的激励图中找到光纤上的不同离散探测点对应的振动信号点坐标，其中，振动信号点坐标包含振动信号点的距离和时间信息；

S2.4：获取最早激励点的时间t₀，然后以最早时间点t₀为参考，将预设时间段内的振动信号的坐标点筛选出来，将筛选出的振动信号点的距离位置的横坐标做平均得到振动中心位置d₀。

优选地，步骤S3包括：