本發(fā)明涉及面波層析成像，尤其涉及一種地震面波陣列層析成像方法、存儲介質(zhì)、設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、基于面波信號的層析成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于研究地殼和上地幔結(jié)構(gòu)。隨著密集地震臺陣的發(fā)展，基于陣列的地震數(shù)據(jù)處理方法在提取高質(zhì)量的寬頻帶面波頻散曲線方面變得非常有效。近年來，地震陣列數(shù)據(jù)處理方法的進(jìn)步有助于提取多模態(tài)頻散曲線，這將為研究地球深部結(jié)構(gòu)提供了更好的約束。

2、相對于單臺法或者雙臺法，地震陣列數(shù)據(jù)處理技術(shù)能夠從地震數(shù)據(jù)中提取高質(zhì)量的多模態(tài)寬頻帶面波頻散曲線。但是由于地震陣列數(shù)據(jù)處理技術(shù)利用一系列子陣列中的所有面波信號進(jìn)行疊加，通常只能獲得對應(yīng)子陣列的平均相速度值，然后將不同子陣列的相速度值進(jìn)行插值，構(gòu)建研究區(qū)域的面波相速度圖。該相速度圖的分辨率受到子陣列大小和子陣列挪動的間距的限制，導(dǎo)致層析成像的成像分辨率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：為了解決地震陣列數(shù)據(jù)處理技術(shù)得到的相速度結(jié)構(gòu)分辨率低的問題，提出一種地震面波陣列層析成像方法，包括以下步驟：

2、s1、獲取不同地震臺站記錄的原始連續(xù)波形數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理，得到分段的連續(xù)波形數(shù)據(jù)；

3、s2、利用分段的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，計(jì)算所有地震臺站對之間互相關(guān)函數(shù)；

4、s3、根據(jù)地震臺站的間距和數(shù)量，確定子陣列的大?。皇褂镁€性拉東變換處理每個子陣列內(nèi)的所有互相關(guān)函數(shù)，得到子陣列的頻散曲線；

5、s4、分別沿著水平方向和垂直方向，按照一定的步長挪動子陣列的位置，得到其他位置子陣列，基于s3的方法得到其他位置子陣列的頻散曲線；

6、s5、基于不同子陣列的頻散曲線，利用地震面波陣列層析成像方法構(gòu)建研究區(qū)域每個網(wǎng)格點(diǎn)的相速度值。

7、進(jìn)一步地，步驟s1具體為：

8、s11、獲取不同地震臺站記錄的包含地面震動信號的連續(xù)波形記錄；

9、s12、將每個地震臺站記錄的連續(xù)波形數(shù)據(jù)按照一定的時長進(jìn)行分段；

10、s13、對分段后的連續(xù)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行時域正則化，得到正則化后的數(shù)據(jù)；

11、s14、在頻率域?qū)φ齽t化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行譜白，得到分段的連續(xù)波形數(shù)據(jù)。

12、進(jìn)一步地，s2具體為：

13、s21、利用背景噪聲互相關(guān)計(jì)算所有臺站對之間的每個相同時間段的互相關(guān)函數(shù)，表達(dá)式如下：

14、

15、其中，cab(t)表示t時刻地震臺站對a和b之間的互相關(guān)函數(shù)，fa(τ)表示地震臺站a記錄的τ時刻的連續(xù)波形記錄，fb9τ+t)表示地震臺站b記錄的τ+t時刻的連續(xù)波形記錄；

16、s22、將每個地震臺站對所有時刻的互相關(guān)函數(shù)疊加得到每個地震臺站對的互相關(guān)函數(shù)。

17、進(jìn)一步地，步驟s3具體為：

18、s31、根據(jù)地震臺站間距和臺站數(shù)量，以某個位置為中心，設(shè)計(jì)特定大小的形狀，并篩選該形狀內(nèi)的臺站，構(gòu)成子陣列；

19、s32、使用線性拉東變換，處理每個子陣列內(nèi)的所有臺站對之間的互相關(guān)函數(shù)，得到每個子陣列的頻散曲線，線性拉東變換的原理如下：

20、首先定義拉東反變換：d＝lm，其中，d表示某個頻率的波形數(shù)據(jù)傅里葉變換值，m表示d的拉東變換結(jié)果，l是拉東變換矩陣；

21、拉東變換的反演問題為：其中，wm表示拉東變換模型的加權(quán)矩陣；

22、拉東變換的最優(yōu)化問題為：最優(yōu)化問題對應(yīng)的解為：其中，i代表單位矩陣，wd是數(shù)據(jù)加權(quán)矩陣；是的轉(zhuǎn)置矩陣；參數(shù)λ平衡數(shù)據(jù)擬合差和模型加權(quán)；

23、將子陣列內(nèi)的所有互相關(guān)函數(shù)根據(jù)臺站距離進(jìn)行排序和對齊，形成虛擬源集，然后通過線性拉東變換將互相關(guān)函數(shù)變換到頻率域得到l和d，得到模型m并對m進(jìn)行計(jì)算，將得到的結(jié)果從頻率慢度域變換到頻率速度域以得到頻散能量圖；基于頻散能量圖的振幅最大值，提取子陣列的頻散曲線。

24、進(jìn)一步地，s5具體為：

25、s51、抽取所有子陣列在特定周期的頻散曲線；

26、s52、基于所有子陣列在特定周期的頻散曲線，利用地震面波陣列層析成像方法反演每個網(wǎng)格點(diǎn)的相速度值。

27、進(jìn)一步地，s52中，地震面波陣列層析成像方法的原理如下：

28、構(gòu)建研究區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)與觀測數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：

29、

30、其中，cpred表示子陣列對應(yīng)的平均相速度值，g(i)表示第i個網(wǎng)格的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與觀測數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，ci表示第i個網(wǎng)格的速度值，n表示反演網(wǎng)格的數(shù)量；

31、利用下面公式，以所有子陣列在特定周期的頻散曲線為輸入數(shù)據(jù)，反演出研究區(qū)域內(nèi)每個網(wǎng)格點(diǎn)的相速度值；

32、

33、其中，δm表示初始模型m0相對于當(dāng)前模型m的相速度系數(shù)的改變量，g表示網(wǎng)格的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與觀測數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，cnn表示協(xié)方差矩陣，δd表示基于當(dāng)前模型m計(jì)算得到的觀測相位與理論相位的差值，cmm表示模型m的先驗(yàn)誤差協(xié)方差矩陣，m表示當(dāng)前的相速度系數(shù)模型，m0表示相速度系數(shù)的初始模型。

34、本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述的基于陣列數(shù)據(jù)的面波層析成像方法。

35、本發(fā)明還提出一種電子設(shè)備，包括處理器和存儲器，所述處理器與所述存儲器相互連接，其中，所述存儲器用于存儲計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)可讀指令，所述處理器被配置用于調(diào)用所述計(jì)算機(jī)可讀指令，執(zhí)行上述的基于陣列數(shù)據(jù)的面波層析成像方法。

36、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

37、本發(fā)明提出一種地震面波陣列層析成像方法，從地震臺站記錄的連續(xù)波形數(shù)據(jù)中，計(jì)算任意兩個臺站間的互相關(guān)函數(shù)，利用陣列數(shù)據(jù)處理技術(shù)得到每個子陣列高質(zhì)量的頻散曲線，建立子陣列頻散曲線與研究區(qū)域每個網(wǎng)格點(diǎn)下方速度值之間的對應(yīng)關(guān)系，利用地震陣列面波層析成像方法構(gòu)建研究區(qū)域每個網(wǎng)格點(diǎn)下方速度值。相對于地震陣列數(shù)據(jù)處理技術(shù)直接將子陣列的相速度值進(jìn)行插值，構(gòu)建研究區(qū)域的面波相速度圖，本發(fā)明技術(shù)通過地震陣列層析成像方法構(gòu)建研究區(qū)域每個網(wǎng)格點(diǎn)下方速度值，可以極大的提高基于地震陣列處理技術(shù)構(gòu)建地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分辨率。

技術(shù)特征：

1.基于一種地震面波陣列層析成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震面波陣列層析成像方法，其特征在于，步驟s1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震面波陣列層析成像方法，其特征在于，s2具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震面波陣列層析成像方法，其特征在于，步驟s3具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震面波陣列層析成像方法，其特征在于，s5具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種地震面波陣列層析成像方法，其特征在于，s52中，地震面波陣列層析成像方法的原理如下：

7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法。

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器和存儲器，所述處理器與所述存儲器相互連接，其中，所述存儲器用于存儲計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)可讀指令，所述處理器被配置用于調(diào)用所述計(jì)算機(jī)可讀指令，執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開地震面波陣列層析成像方法、存儲介質(zhì)、設(shè)備，涉及面波層析成像技術(shù)領(lǐng)域，方法包括：根據(jù)地震臺站記錄的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，計(jì)算所有地震臺站對之間的互相關(guān)函數(shù)；根據(jù)地震臺站的間距和數(shù)量，確定子陣列的大?。皇褂镁€性拉東變換，處理每個子陣列內(nèi)的所有互相關(guān)函數(shù)，得到每個子陣列的頻散曲線；分別沿著水平方向和垂直方向，按照一定的步長挪動子陣列的位置，使用線性拉東變換得到其他位置子陣列的頻散曲線；將不同子陣列的頻散曲線作為輸入數(shù)據(jù)，利用地震陣列層析成像方法構(gòu)建研究區(qū)域每個網(wǎng)格點(diǎn)的相速度值。本發(fā)明的方案可以提高地震陣列處理技術(shù)的成像分辨率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙凱鋒,羅銀河,金昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2