[发明专利]基于主动源面波频散和H/V确定浅地表横波速度的方法

说明书

本发明涉及基于主动源面波频散和H/V确定浅地表横波速度的方法，包括步骤：利用高分辨率线性拉东变换技术从主动源地震记录中分离得到基阶模式瑞雷面波；应用反褶积和频率‑时间分析技术测量每一道记录的瑞雷面波的H/V和瑞雷面波在任意两地震道之间传播的相旅行时；基于任意两道之间的相旅行时测量结果，利用基于直射线理论的层析成像技术计算位于测线上每一个离散网格的瑞雷面波相速度；利用马尔科夫链‑蒙特卡洛算法联合反演瑞雷面波相速度和H/V，获得每一个网格下方的横波速度结构，并构建拟二维横波速度剖面。本发明基于理论和实例测试验证了从主动源地震记录提取并联合反演面波相速度和H/V的技术的可靠性，证明本方案能更准确确定横波速度结构。

技术领域

本发明涉及浅地表地震面波勘探技术领域，特别涉及一种基于主动源面波频散和H/V确定浅地表横波速度的方法。

背景技术

浅地表横波速度是环境和工程勘探中的重要参数，其与土壤和岩石的硬度直接相关。除此之外，浅地表横波速度结构也是强地面运动模拟的重要参数。面波是地震波场的主要成分，而横波速度是决定面波频散特性的最重要的参数。如今，在浅地表地球物理勘探领域，面波分析已经成为确定横波速度结构的最主要方法之一。

在过去几十年，主动源面波勘探技术的发展受到了广泛的关注，浅地表面波分析最早始于面波频谱分析技术(SASW)，其中信号由一个脉冲源激发并由两道构成的一对台站对接收。但是仅用一对台站对测量的面波相速度频散不可避免的会受到噪声和其它类型地震波信号的影响。为了解决此问题，使用面波多道分析技术(MASW)通过同时分析多道地震面波记录以计算频散能量图，并从中提取不同模式的面波相速度频散。基于MASW方法拾取的基阶模式瑞雷面波相速度频散进行反演计算，得到了地震排列中点下方的一维横波速度结构。更近一步，通过增加更多信息（譬如勒夫面波相速度和高阶模式瑞雷面波相速度）进行联合反演，可以进一步的提高横波速度反演结果的精度。

为了准确拾取多模式瑞雷面波信号，采用高分辨率线性拉东变换(HRLRT)技术以提高面波频散能量图的分辨率，并在频率-速度域上对含多模式的瑞雷面波进行模式分离。基于HRLRT技术得到的模式分离后的瑞雷面波，使用基于射线理论的面波层析成像技术计算了位于测线上的每一个离散网格的相速度频散并最终通过反演得到测线下放的拟二维横波速度剖面。相比较于传统的MASW方法，基于层析成像的方法解析了面波相速度的横向变化，继而获得了更高水平分辨率的横波速度剖面。

除了瑞雷面波相速度频散，瑞雷面波的水平垂直振幅比（本文简称为H/V）的相关研究也受到了广泛关注，并被应用于场地响应特征分析，强地面运动预测和浅部横波速度结构的计算等领域。早期通过计算水平和垂直分量原始噪声记录的傅里叶振幅谱的比值测量H/V，但后续的研究表明这种方式测量的H/V不可避免的会受到不同类型的地震波的干扰。为了准确测量高频瑞雷面波H/V，可基于主动源地震记录，利用HRLRT技术进行瑞雷面波的模式分离，并计算分离后的水平分量和垂直分量的基阶模式面波的傅里叶振幅谱的比值以确定H/V。但是，不含任何噪声的准确的模式分离是非常困难的，基于模式分离之后的面波测量的H/V仍然会受到噪声的影响。