本發(fā)明涉及勘探地球物理，特別涉及一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)城市建設(shè)日益加速，對(duì)地下空間透明化的需求顯著增加。然而，地下空間工程建設(shè)過(guò)程中，不良地質(zhì)條件，特別是巖溶問(wèn)題，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和安全。巖溶的形成與發(fā)育過(guò)程復(fù)雜，其在地下的多樣性形式為探測(cè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。如果在巖溶區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)未能準(zhǔn)確識(shí)別巖溶分布，可能導(dǎo)致突涌水和地表塌陷等重大安全事故。因此，針對(duì)巖溶區(qū)進(jìn)行精細(xì)化探測(cè)，明確巖溶的范圍和分布特征，以實(shí)現(xiàn)地下地質(zhì)的可視化，對(duì)于城市地下空間的開(kāi)發(fā)及工程項(xiàng)目的順利實(shí)施具有重要意義。

2、目前，巖溶探測(cè)通常采用跨孔方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該方法接近探測(cè)目標(biāo)，地震波能量傳播距離較短，從而獲得的地震資料具有相對(duì)較高的信噪比和分辨率，有利于對(duì)地下巖溶進(jìn)行較為清晰的成像。然而，傳統(tǒng)的跨孔層析成像也存在明顯缺點(diǎn)，其觀測(cè)角度有限，射線分布往往不均勻、交叉度不足，無(wú)法適應(yīng)地震波層析反演的精度需求，導(dǎo)致反演成像不適定性問(wèn)題突出、地質(zhì)解釋多解性較強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下巖溶的精細(xì)化勘探。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，包括以下步驟：

3、1.在地表布置震源和檢波器實(shí)現(xiàn)地面勘探，在不同的孔中分別布設(shè)震源和檢波器實(shí)現(xiàn)跨孔勘探，將兩種勘探方式采集的地震資料進(jìn)行組合；

4、2.拾取每條地震記錄中的初至波走時(shí)bi，將所述初至波走時(shí)bi作為觀測(cè)值；

5、3.建立初始速度模型并進(jìn)行反演迭代，利用射線追蹤計(jì)算模型初至波走時(shí)根據(jù)所述與所述bi的差值修正速度模型，重復(fù)迭代，直至初至波走時(shí)誤差達(dá)到精度要求或者迭代達(dá)到最大迭代次數(shù)后，得到最終的反演結(jié)果，結(jié)合巖溶特征和地質(zhì)背景對(duì)所述反演結(jié)果進(jìn)行解釋。

6、進(jìn)一步地，所述步驟3通過(guò)以下子步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

7、3.1.根據(jù)已有的地質(zhì)信息建立初始速度模型，選取矩形網(wǎng)格進(jìn)行離散化處理，將離散化后的矩形網(wǎng)格按照先行后列的順序排列，得到n個(gè)像素，將每個(gè)所述像素內(nèi)的慢度設(shè)為常數(shù)，所述慢度用sj(j＝1,2,…,n)表示，對(duì)每個(gè)所述像素j(j＝1,2,…,n)定義一個(gè)圖像基函數(shù)gj(x,z)：

8、

9、其中，j表示像素的索引，x表示水平距離，z表示深度；

10、則地下介質(zhì)的地震波慢度圖像s(x,z)可用sj和gj的線性組合來(lái)表示，如下公式所示：

11、

12、其中，s(x,z)表示地震波慢度圖像，gj(x,z)表示每個(gè)像素上的基函數(shù)，sj表示第j個(gè)像素內(nèi)的常數(shù)值，n表示像素的總數(shù)；

13、3.2.利用拋物線插值射線追蹤算法求出每一條射線的最小走時(shí)和每一條射線在各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度aij(i＝1,2,…,i,j＝1,2,…,n)，當(dāng)?shù)趍條射線不經(jīng)過(guò)第n個(gè)網(wǎng)格時(shí)，amn＝0；其中，所述射線在地震層析成像中表示地震波的傳播路徑，所述射線在傳播過(guò)程中由于地下介質(zhì)的速度變化而彎曲；

14、3.3.計(jì)算所述初至波走時(shí)的觀測(cè)值bi與之差：將代入層析方程組用反演算法求解得到第k次迭代過(guò)程中層析成像中的慢度修正量從而計(jì)算出修正后的慢度向量

15、3.4.將修正后的慢度向量作為新的初始值，重復(fù)所述步驟3.2-步驟3.4，直到初至波旅行時(shí)誤差達(dá)到精度要求或者迭代達(dá)到最大迭代次數(shù)便停止迭代；

16、3.5.結(jié)合巖溶特征和地質(zhì)背景對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行解釋。

17、進(jìn)一步地，所述步驟3.3中，所述層析方程組的建立過(guò)程如下：

18、若從各炮點(diǎn)到各檢波點(diǎn)的初至波射線路徑共記錄了i條射線，每條射線用i(i＝1,2,…,i)表示，對(duì)應(yīng)的初至波走時(shí)bi(i＝1,2,…,i)為初至波的慢度s(x,z)沿第i條射線的曲線積分，因此，將bi(i＝1,2,…,i)作為s(x,z)的廣義radon正變換，如下公式所示：

19、

20、其中，為第i條初至射線在第j個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的長(zhǎng)度，用aij(i＝1,2,…,i,j＝1,2,…,n)表示，得到如下方程組：

21、

22、將上述方程組記為as＝b，其中，由射線追蹤算法得到a＝(aij)，a表示由每條射線在每一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的長(zhǎng)度組成的矩陣，s＝(s1,s2,...,sn)t表示由每一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的初至波慢度組成的向量；b＝(b1,b2,...,bi)t表示由每一條射線的初至波走時(shí)組成的向量。

23、進(jìn)一步地，所述步驟3.3中，求解所用的迭代算法為阻尼最小二乘qr因子分解法。

24、進(jìn)一步地，所述步驟3.5中，巖溶特征主要為當(dāng)發(fā)育有巖溶時(shí)，巖溶于周圍的巖體相比，波速值明顯降低，形成波速值差異；所述波速值差異為巖溶勘察提供了有利的地球物理?xiàng)l件先決條件，可以根據(jù)波速度的變化判斷巖體是否有巖溶發(fā)育。

25、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，充分利用地面和跨孔數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性，有效克服了傳統(tǒng)單一跨孔層析成像射線分布不均勻、交叉度不足等問(wèn)題，顯著提高了地震層析成像的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。該方法能夠滿足地下空間精細(xì)探測(cè)對(duì)技術(shù)的迫切需求，并有效解決小目標(biāo)體的精細(xì)探測(cè)難題，為復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖溶精細(xì)勘探提供有力支持。

技術(shù)特征：

1.一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，其特征在于，所述步驟(3)通過(guò)以下子步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，其特征在于，所述步驟(3.3)中，所述層析方程組的建立過(guò)程如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，其特征在于，所述步驟(3.3)中，求解所用的迭代算法為阻尼最小二乘qr因子分解法。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法，其特征在于，所述步驟(3.5)中，巖溶特征為當(dāng)發(fā)育有巖溶時(shí)，巖溶于周圍的巖體相比，波速值明顯降低，形成波速值差異。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高巖溶探測(cè)精度的地面與跨孔地震聯(lián)合層析成像方法。本方法包括：在地表布置震源和檢波器實(shí)現(xiàn)地面勘探，在不同的孔中分別布設(shè)震源和檢波器實(shí)現(xiàn)跨孔勘探，將兩種勘探方式采集的地震資料進(jìn)行組合；拾取每條地震記錄中的初至波走時(shí)，為反演計(jì)算做準(zhǔn)備；建立初始速度模型并進(jìn)行反演迭代，結(jié)合巖溶特征和地質(zhì)背景對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行解釋。本發(fā)明能夠精確定位和識(shí)別復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖溶分布，解決了傳統(tǒng)巖溶探測(cè)所使用的跨孔層析成像地震射線分布不均勻、交叉度不足等導(dǎo)致的反演成像不適定性突出、地質(zhì)解釋多解性較強(qiáng)的問(wèn)題，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下巖溶的精細(xì)勘探中具有顯著優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：石戰(zhàn)結(jié),王建歷,杜騰姣,黃明,林海,施建仁,楊文采
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6