技术领域
[0001] 本
发明涉及以浅层地下S
波速度结构调查为目标的主动源多道面波分析方法，具体是一种主动源共成像点叠加多道面波分析方法。技术背景
[0002] 用瑞利波频散曲线反演地下介质中的S波速度是50多年来的一个研究点(Dorman等， 1962年；Nazarian等，1983年；Stokeo等，1994年；Xia等，2002年、2014年；Elin等， 2018年)。在地表也即自由表面附近，纵波
震源产生
地震波的大部分
能量是面波(Richart 等，1970年)。瑞利面波的相速度对S波速度非常敏感(Matthew，M.等人，2017年)，为通过面波相速度反演地下S波速度结构提供了前提。20世纪80年代引入了面波(SASW)的谱分析方法(Nazarian等，1983)。SASW采用脉冲震源和一对接收
检波器来产生和接收瑞利面波。SASW方法在80年代和90年代得到了广泛应用(Gucunski等，1991年；Stokeo 等，1994年)。SASW方法因为只使用两道进行计算，它的抗噪声能
力不强，优化噪声控制标准是一个很大的挑战(Park等，1999)。为了克服SASW方法的缺点，Park等人开发了MASW 方法(Park等，1998，
1999)。
[0003] 目前，学者主要对MASW方法的参数(Park等，2002年、2010年、2011年)、S波速度反演方法(Giulio等，2012年；Xia等，1999年；Sylvain等，2017年；Matthew等，2017 年)、高阶模式(Gao等，2016年；Xia等，2003年；Zhang等，2003年)、被动源MASW(Park 等，2005，2007，2008；Feng等，2015)等方面进行了大量的研究。MASW方法按照共炮点模式采集并保存数据，共炮点道集的成像点是整个接收排列的中点。MASW频散曲线的计算方法(Park等，1999)决定了成像点(即接收排列的中点)的频散曲线是接收排列下的整个地质单元影响的平均结果。这些情况导致MASW方法的横向
分辨率较差，限制了MASW 法探测小异常地质单元的能力。因此，本发明致力于开发一种新的多道面波波分析方法，以提高探测小异常地质单元的分辨率。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了提高主动源面波勘探方法对小异常地质单元目标体的分辨能力，特别是提高横向分辨率，而提供了一种主动源共成像点叠加多道面波分析方法(CIPMASW)。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] 本发明提出一种主动源共成像点叠加多道面波分析方法，首先利用多次叠加观测系统获得多道面波分析数据，提取不同共炮点道集的共成像点道对；然后利用
相位叠加方法获得共成像点每个道对的相速度-
频率谱，将不同道对相速度-频率谱叠加；根据叠加相速度- 频率谱图的极大值，获得共成像点的面波频散曲线；最后根据面波迪克斯关系获得反演初始模型，并利用最小二乘反演方法获得成像点的S波速度结构。因为该方法利用不同炮集在共成像点附近的道对，大大减小了传统多道面波分析方法利用整个排列计算频散曲线的平均效应，大大提高了横向分辨率。
[0007] 本发明的
数据采集观测系统和反射波多次
覆盖(叠加)观测系统一致，最小炮检距一般采取排列长度，从观测的共炮点道集中，按照共成像点选取该共成像点对应每炮集中的相邻检波器对，该检波器对的中心对应共成像点
位置：
[0008]
[0009] 其中l是第l个全叠加次数共成像点，j是共炮点道集中炮序，N是每个共炮点道集的道数。炮序和共成像点序号按照炮点移动方向从小增大。
[0010] 进一步，主动源共成像点叠加多道面波分析方法的
数据处理步骤如下：
[0011] 步骤1：计算每炮集的共成像点道对的叠加相速度-频率谱：
[0012]
[0013]
[0014] f(x,t)是共炮点道集,F(x,ω)是共炮点道集的频率谱,ω是
角频率,c是面波相速度,x是炮检距.x1、x2是某炮集中共成像点道对的对应偏移距。
[0015] 步骤2：将不同炮集中共成像点对应道对的相速度-频率谱叠加，获得该共成像点的相速度-频率谱：
[0016]
[0017] 步骤3：利用面波迪克斯关系获得S波速度结构反演的初始模型，最后利用最小二乘方法反演共成像点位置的S波速度结构：
[0018]
[0019] η是权重系数，用以平衡数据拟合和模型正则化关系，L是一阶或高阶Tikhonov平滑算子，m是速度结构模型，d是观测数据，Δm是模型更新量。将所有共成像点的S波速度结构按照成像点位置排列，即可形成观测系统覆盖区域的S波速度结构剖面。
[0020] 本发明的优点：采用了共成像点频散能谱叠加技术，能够利用排列中较少的道数计算频散曲线，部分克服传统方法频散曲线计算时的平均效应，从而提高探测横向分辨率，提高小异常地质单元的分辨能力。
[0021] 1、本发明利用不同炮点集共中点的一对相邻道对的叠加相速度-频率谱来获得瑞利波的频散曲线技术，部分克服传统方法频散曲线计算时的平均效应，从而提高探测横向分辨率，提高小异常地质单元的分辨能力。
[0022] 2、相速度-频率谱叠加的炮检距在不同的炮集中是不同的，由近到远的偏移距的接收道数据包含了从高频到低频的信息。因此叠加处理可以保障频带宽度，保证CIPMASW的勘探深度。
[0023] 3、基于模拟数据和实测数据的成像对比，充分证明了CIPMASW方法探测小地质单元的分辨率优于MASW。
[0024] 本发明在MASW的基本上，采用特有的频散曲线的计算方法，创造性地提出了一种新的主动源多道面波分析方法-共成像点叠加多道面波分析法(CIPMASW)。在CIPMASW方法中，利用不同炮点集共中点的一对相邻道对的叠加相速度-频率谱来获得瑞利波的频散曲线。由于计算散度曲线所涉及的各炮点集共中心道数较少，因此CIPMASW的平均效果较小，探测小地质单元的分辨率优于MASW。不同炮点集的共成像点道对的相速度-频率谱叠加提高了 CIPMASW的抗噪声能力。相速度-频率谱叠加的炮检距由近到远有不同的偏移，从而保证了 CIPMASW的勘探深度。
附图说明
[0025] 图1为本发明
实施例中主动源共成像点叠加多道面波分析法方法
流程图；
[0026] 图2为地质模型图；
[0027] 图3为CIPMASW方法观测系统图；
[0028] 图4为地质异常位置CIPMASW和MASW方法的频散曲线对比图；
[0029] 图5为CIPMASW和MASW方法反演S波速度结构对比图。
具体实施方式
[0030] 本发明可以通过技术方案具体实施，通过对下面的实施例可以对本发明进行进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。
[0031] 实施例1：如图1所示，一种主动源共成像点叠加多道面波分析方法，实现该方法的步骤主要包括：首先，利用多道低频检波器和锤击震源获得面波地震记录，每激发一次观测系统沿测线移动一个道间距，获得整个测线的共炮点道集；其次，在不同共炮点道集中提取具有共成像点的相邻两道，根据相位叠加方法获得相速度-频率谱，将不同炮集共成像点道对的相速度-频率谱叠加，获得该共成像点的相速度-频率谱；再次，根据共成像点相速度-频率谱的极大值，拾取共成像点的相速度；最后，利用面波迪克斯关系获得反演初始模型，应用最小二乘方法反演共反射点位置的S波速度结构。
[0032] 具体步骤如下：
[0033] 步骤1：数据采集观测系统和反射波多次覆盖(叠加)观测系统一致，最小炮检距一般采取排列长度，从观测的共炮点道集中，按照共成像点选取该共成像点对应每炮集中的相邻检波器对，该检波器对的中心对应共成像点位置：
[0034]
[0035] 其中l是第l个全叠加次数共成像点，j是共炮点道集中炮序，N是每个共炮点道集的道数。炮序和共成像点序号按照炮点移动方向从小增大。
[0036] 步骤2：计算每炮集的共成像点道对的叠加相速度-频率谱：
[0037]
[0038]
[0039] f(x,t)是共炮点道集,F(x,ω)是共炮点道集的频率谱,ω是角频率,c是面波相速度,x是炮检距.x1、x2是某炮集中共成像点道对的对应偏移距。
[0040] 步骤3：将不同炮集中共成像点对应道对的相速度-频率谱叠加，获得该共成像点的相速度-频率谱：
[0041]
[0042] 步骤4：利用面波迪克斯关系获得S波速度结构反演的初始模型，最后利用最小二乘方法反演共成像点位置的S波速度结构：
[0043]
[0044] η是权重系数，用以平衡数据拟合和模型正则化关系，L是一阶或高阶Tikhonov平滑算子，m是速度结构模型，d是观测数据，Δm是模型更新量。将所有共成像点的S波速度结构按照成像点位置排列，即可形成观测系统覆盖区域的S波速度结构剖面。
[0045] 实现该方法具体操作为：
[0046] (1)数据采集与共成像点道集提取
[0047] 为了获得更好地展现主动源共成像点叠加多道面波分析方法应用效果，设置地质模型(图2所示)，模型在
水平层状
地层中包含有一个小的低速地质异常体。数据采集系统(图 3所示)与反射
地震勘探和MASW方法相同，每产生一个共炮点地震记录，整个观测系统沿着测线从左到右移动一个道间距。在每个炮记录中，选择具有共成像点的相邻接收道对(图 3方框所示)，作为后续叠加处理的数据集。在一个测线的观测中，完全叠加次数的共成像点位于测线中间位置，测线两端为非完全叠加共成像点。
[0048] (2)计算共成像点的叠加相速度-频率谱，根据极大值提取频散曲线
[0049] 计算每个炮集的共成像点道对的叠加相速度-频率谱，然后进行叠加。作为示例，选取模型(图1)低速异常体的中心位置对应的成像点进行CIPMASW和MASW方法对比。CIPMASW 方法计算的成像点的相速度-频率谱(图4b所示)和理想速度-频散谱(图4c所示)较为一致，而MASW方法(传统方法)计算的成像点的相速度-频率谱(图4a所示)不能反映低速异常对速度-频率谱的影响。根据相速度-
频谱的最大值提取频散曲线，CIPMASW方法提取的频散曲线比MASW方法提取的频散曲线与理想频散曲线拟合度更高(图4d)。
[0050] (3)利用面波迪克斯关系获得S波速度结构反演的初始模型，最后利用最小二乘方法反演共成像点位置的S波速度结构。CIPMASW方法反演的速度结构(图5c、d)能反映出低速小地质异常体的速度结构，而MASW方法反演的速度结构(图5a、b)由于平均效应的存在无法体现低速小地质异常体。
[0051] 对每一频率设置小频带窗口，在该窗口内计算该频率的Q值，窗口宽度极限趋于0时，该Q值即为该频率的Q值(图5)。
[0052] 本发明提出了一种新的主动源共成像点叠加多道面波分析方法，克服了传统多道面波分析方法的平均效应导致的横向分辨率较低的缺点，在保障探测深度的前提下，提高了探测的横向分辨率，提升了面波分析方法对地下小地质异常体的探测能力。
[0053] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的
权利要求书及其等同物界定。
