短时傅立叶变换和广义S变换用于提取面波频散曲线效果对比研究

瑞雷面波勘探作为一种无损原位检测方法,已越来越多的应用于岩土工程测试与环境工程中,其中频散曲线的提取则是得到面波速度的重要一步。这里将短时傅里叶变换与广义S变换两种线性时～频分析方法用于瑞雷面波的频散曲线提取,并加以对比分析它们的应用效果。通过理论模型与实际地震记录分析得出:①短时傅里叶变换只能对浅部能量较强的高频部份的瑞雷面波的频散曲线提取效果较好,而对低频能量较弱的部份提取效果则不佳;②广义S变换通过λ和p两个参数的引入,使其能根据信号频率的高低自动调解窗函数的形态与大小,具有多分辨的特性,使其同时对高频、低频的瑞雷面波信号有更好的处理效果,从而有利于提高瑞雷波的勘探深度。     

天然源面波法在西藏扎西康矿区采空区勘察中的应用

天然源面波勘探是从自然界的各种微小振动中提取出瑞雷面波,经过面波频散曲线的反演得到岩层速度结构,达到推测地下岩层和构造分布状况的目的。该方法克服了人工源激发困难的问题,对场地适应性强,有效探测深度较大,探测结果具有分辨率高、抗干扰能力强等特点。文章以扎西康矿区采空区勘察中的应用为例,介绍了天然源面波法特点、优势及应用效果。     

面波频散反演地下层状结构的拟牛顿法

由于地下层状结构与面波频散曲线之间是一种高度非线性关系,所以面波频散曲线的反演方法应该采用非线性的反演方法。笔者将目前在最优化问题中得到广泛应用的拟牛顿法应用到瑞利面波频散曲线的基阶模反演当中,取得了很好的效果,并通过实例验证了方法的可行性。     

基于多模态分离的面波谱分析方法

面波频谱分析法(SASW) 作为一种横向分辨率较高的瑞雷面波勘探方法, 由于计算得到的基阶面波频散曲线存在较大误差以及无法获得高阶模式频散曲线而在应用中受到限制.通过应用Fourier变换方法(FT法) 分离提取面波各模态数据, 进而对分离后的各模态数据利用SASW法计算频散曲线.通过模型实例分析得出: (1) 利用SASW计算基阶面波频散曲线时必须分离得到基阶面波数据, 然后计算才能得到正确的结果; (2) 基于多模态分离的SASW法可以计算得到面波高阶模式的频散曲线.      

多道瞬态面波在复杂地形条件下岩层划分中的应用研究

在复杂地表条件下,利用瑞雷面波进行勘探时,需要考虑地形对瑞雷波场传播地影响。针对倾斜地表两层地质模型,通过设计不同展布方向的检波器排列进行瑞雷波信号采集,利用高精度交错网格有限差分法,讨论经过快速傅里叶变换后的地震记录F-V频率谱,通过对比信号频率谱与理论多阶频散曲线,分析在不同地形条件下瑞雷波传播能量的变化特征,并提取叠加频散曲线;运用遗传算法对采集到的地震记录进行基阶与高阶瑞雷波联合反演得到目的层厚与初始模型层厚进行误差对比;并对理论正演初始模型的频散曲线与各地质模型利用F-K法提取的频散曲线进行全局拟合误差计算。分析表明:倾斜地形进行多道瞬态瑞雷面波勘探,相对于下部激发、上部激发会产生高阶频散趋势,因此对下部激发的地震记录进行反演产生的厚度误差相对较小。     

Rayleigh面波各阶模式频散曲线对横波速度和层厚的敏感性探讨

Rayleigh面波勘探的目的在于有效利用频散曲线反演地层厚度及横波速度,而不同模式的频散曲线对横波速度和层厚的敏感性不同。通过求取介质参数变化10%后与参数不变化时的二组频散曲线的差值,得到各阶模式的频率～相速度差曲线,分析了Rayleigh面波各模式频散曲线对横波速度、层厚的敏感性。试验结果表明,基阶模式对于浅层的横波速度和层厚比较敏感,敏感区域主要集中在较窄的频带范围内。而高阶模式对于相对较深层的横波速度和层厚比较敏感,且频率范围分布较大,敏感性强的频段分布比较分散。研究结果可以为Rayleigh面波多模式联合反演提供理论依据。     

基于Python语言的瑞利面波频散反演实行方案

本文基于Python语言构建了瑞利面波频散反演工作流程：(1)通过pysurf96软件包实现水平层状模型的频散曲线正演;(2)建立描述频散曲线拟合度的目标函数;(3)利用scikit-opt软件包中的启发式算法实现频散曲线反演。提出并解决了调用函数过程中所遇到的问题,实验测试表明反演结果可靠,同时具备一定的计算效率。由此实现了搭建基于Python语言的面波频散反演地下层状结构研究平台,为其他研究者依靠开源软件进行反演运算提供了方法支持。最后,通过利用彭一波研究海拉尔盆地背景噪声时提取的频散曲线对地壳以及上地幔结构进行了反演,得到不错的效果。     

基于含可变因子广义S变换的瑞雷面波频散曲线提取方法

面波频散曲线的提取是面波资料处理的关键.鉴于S变换和广义S变换不能全时段兼顾频率分辨率和时间分辨率的缺点,提出了含可变因子广义S变换进行瑞雷面波频散曲线的提取方法.可变因子的引入使得高斯窗函数的宽度随频率发生变化时具有目的性,而不是简单地随着频率的增大而变窄.该方法可以有针对性地改善局部频段(特别是低频段和高频段)的频率分辨率及时间分辨率.通过理论模型和实际资料试算表明:含可变因子广义S变换提取面波频散曲线的方法具有可行性和实用性.     

频率-贝塞尔变换方法在巢湖滩涂浅层勘探上的应用

目前常用的基于背景噪声的面波方法反演地下速度结构,存在频率范围较低,对浅部不够敏感,无法有效提取高阶面波频散曲线的缺点。研究表明,高阶面波包含丰富的地下介质结构信息,在反演时加入高阶提供更多的约束,可降低反演非唯一性,提高反演结果准确性。这里用频率-贝塞尔变换方法对从安徽巢湖滩涂采集到的背景噪声数据进行处理,并使用拟牛顿法进行反演。对比了只用基阶频散信息和基阶、1阶频散曲线联合反演两种情况,结果表明,在结合了1阶频散信息后,得到了更为准确的浅部速度结构,说明频率-贝塞尔变换方法在浅层勘探中的应用是行之有效的。     

随机介质模型中瑞雷波正演模拟及波场特性分析

为了研究介质的不均匀性对瑞雷波波场特性的影响,利用高精度交错网格法对不同自相关长度的随机介质模型在不同震源主频率时的波场进行了正演模拟,并应用相移法提取了频散曲线。通过对比波场快照、单道记录及分析频散曲线可以得出:随机介质中的不均匀体会导致瑞雷波传播能量的减弱,并使波的到达时间发生变化;大于或与波长相当的不均匀体随机介质以及由细密薄层构成的地层介质对频散曲线影响较大,这种情况下进行瑞雷波勘探时不能将其视为均匀介质。