本發(fā)明屬于面波勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種面波多模態(tài)頻散曲線融合反演方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、面波勘探作為一種淺地表地震勘探方法，因其具有非侵入、淺地表衰減小、場地適應性強、施工成本低等優(yōu)點，已經(jīng)在工程地質(zhì)勘探、無損檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應用。面波勘探中常用到的兩種面波包括瑞雷波(rayleigh?wave)和勒夫波(love?wave)，兩種波均具有頻散特性，即波在介質(zhì)中傳播時，相速度隨頻率的變化而變化。面波在傳播過程中攜帶了傳播介質(zhì)的各種參數(shù)信息，且對介質(zhì)的橫波速度高度敏感。根據(jù)面波的頻散特性，將面波原始數(shù)據(jù)變換到頻率相速度域，可以獲得頻散能量圖，并從中提取到面波的頻散曲線。面波頻散曲線形態(tài)主要取決于介質(zhì)的橫波速度，因此可以通過頻散曲線反演介質(zhì)的橫波速度模型。

3、從頻散譜中提取到較高精度的頻散曲線后，最終目的是建立頻散曲線與實際地層參數(shù)的一般關(guān)系，即頻散曲線反演。頻散曲線反演通過不斷更新優(yōu)化模型使當前迭代模型的理論頻散曲線不斷向觀測頻散曲線靠攏。頻散曲線反演過程可具體表述為：①給定初始模型；②根據(jù)頻散曲線正演方法計算理論頻散曲線；③依據(jù)反演目標函數(shù)衡量擬合誤差；④依托反演優(yōu)化算法更新模型。

4、目前，在面向工程的實際勘探中，頻散曲線反演大多仍只利用到了基階模態(tài)頻散曲線，但當?shù)叵麓嬖谲浫鯅A層、硬夾層及出現(xiàn)橫向不均勻變化時，相較于基階模態(tài)，高階模態(tài)往往更容易獲取。此時，若僅采取基階模態(tài)反演，效果將不甚理想。眾多研究指出，綜合考慮到高階模態(tài)在部分地質(zhì)賦存情況中較為發(fā)育、高階模態(tài)對介質(zhì)參數(shù)變化的敏感性強于基階模態(tài)、且高階模態(tài)加入可有效降低反演的多解性、增強反演的精度與穩(wěn)定性，應同時以基階和高階模態(tài)為反演目標進行頻散曲線反演。gabriels等人首次實現(xiàn)了多模式頻散曲線的聯(lián)合反演，獲得了良好的反演效果。beaty等通過模擬退火方法實現(xiàn)了基階和高階模態(tài)的聯(lián)合反演，證明了多階模態(tài)反演效果要優(yōu)于單一基階模態(tài)反演，受限于計算效率，該方法未在實際工程中獲得推廣。xia等通過基階和一階高階模式的反演實例，證明了多模式聯(lián)合可有效降低反演的多解性。feng等通過遺傳算法實現(xiàn)了多模式頻散曲線聯(lián)合反演，有效恢復了軟弱夾層的波速信息，并指出當模型層數(shù)大于5層時，反演易陷入局部極值。羅銀河等以六層模型為例嘗試了多模式聯(lián)合反演，也獲得了比較可靠的反演效果，證明了高模式信息對反演效果提升的重要作用。上述研究大多采用較低階次的高階模態(tài)進行反演，此時，模式階次判別也相對容易，然而在實際工程應用中，模式階次的準確判別是極其困難的，一旦判斷錯誤，極易導致反演向錯誤方向收斂。針對模式判別難題，研究者們也開展了大量研究，但目前仍然未有實際工程中行之有效的模態(tài)階次判識方法。為此，maraschini在ernst的最小化剛度矩陣行列式反演思想基礎(chǔ)上，提出了一種頻散曲線反演行列式目標函數(shù)，成功規(guī)避了模態(tài)階次判別難題且顯著縮短了反演時長，然而，當頻散點與理論頻散曲線不擬合時，仍有可能導致計算出的行列式值趨近于零，計算所得的行列式值可能會在接近真實頻散曲線位置的較廣泛區(qū)域能量變化緩慢且趨近于零，因此具有易陷入局部極小值及對初始模型要求較高的缺陷，一定程度上限制了其工程應用。張大洲等在行列式目標函數(shù)的基礎(chǔ)上，將頻散曲線分類為基階頻散曲線和非基階頻散曲線，并對基階頻散曲線采用定向擬合，對非基階頻散曲線采用行列式目標函數(shù)的廣義目標函數(shù)方法降低了反演對初始模型要求較高的問題。

5、綜上，面波勘探中頻散曲線反演面臨的關(guān)鍵問題之一是頻散能量圖中頻散曲線模態(tài)的判識。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段，頻散能量圖中基階模態(tài)被認為容易識別，而高階模態(tài)不易識別。為了解決模態(tài)判識問題，現(xiàn)階段的主要方法為采用行列式目標函數(shù)，但是該方法穩(wěn)定性較差，需要新的反演方法進行快速穩(wěn)定的頻散曲線反演。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種面波多模態(tài)頻散曲線融合反演方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，其能夠避免對難以識別的高階頻散曲線進行識別，獲得較為準確的頻散曲線反演結(jié)果。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個方面提供一種面波多模態(tài)頻散曲線融合反演方法。

4、一種面波多模態(tài)頻散曲線融合反演方法，其包括：

5、生成面波頻散能量圖并從中拾取觀測頻散點；

6、選取拾取的觀測頻散點中模態(tài)可辨識的若干觀測頻散點為先驗信息；基于就近原則自動擬合觀測頻散點與理論頻散點的方式來構(gòu)建差值尋優(yōu)目標函數(shù)；

7、將先驗信息與差值尋優(yōu)目標函數(shù)通過加權(quán)方式構(gòu)成融合反演目標函數(shù)；

8、根據(jù)融合反演目標函數(shù)進行反演，直至滿足迭代終止條件，得到反演結(jié)果。

9、作為一種實施方式，差值尋優(yōu)目標函數(shù)r(m)為：

10、

11、其中，l為常數(shù)；為第j個觀測頻散點的相速度；為與處于相同頻率的理論頻散點組成的相速度向量；p為瑞雷波頻散曲線第p條分支；為拾取頻散點與對應理論頻散點之間的最小距離，n為觀測頻散點個數(shù)。

12、作為一種實施方式，先驗信息p(m)的計算公式為：

13、

14、其中，m為先驗信息的個數(shù)；為第i個先驗信息頻散點的基階相速度，為與處于相同頻率的理論頻散點的的基階相速度。

15、作為一種實施方式，融合反演目標函數(shù)o(m)為：

16、

17、其中，w1和w2均為權(quán)重系數(shù)。

18、作為一種實施方式，反演過程中逐步進行迭代，每一次迭代中通過頻散曲線正演方法計算層狀模型的理論頻散曲線，依據(jù)融合反演目標函數(shù)計算層狀模型的函數(shù)值。

19、作為一種實施方式，當反演達到設(shè)置的迭代終止條件，即目標函數(shù)值小于設(shè)定的最小擬合誤差或達到最大迭代次數(shù)時，終止迭代過程，輸出目標函數(shù)值最小的層狀模型，為該次反演的最終結(jié)果。

20、本發(fā)明的第二個方面提供一種面波多模態(tài)頻散曲線融合反演系統(tǒng)。

21、一種面波多模態(tài)頻散曲線融合反演系統(tǒng)，其包括：

22、觀測頻散點拾取模塊，其用于生成面波頻散能量圖并從中拾取觀測頻散點；

23、先驗信息確定及差值尋優(yōu)模塊，其用于選取拾取的觀測頻散點中模態(tài)可辨識的若干觀測頻散點為先驗信息；基于就近原則自動擬合觀測頻散點與理論頻散點的方式來構(gòu)建差值尋優(yōu)目標函數(shù)；

24、融合反演目標函數(shù)構(gòu)建模塊，其用于將先驗信息與差值尋優(yōu)目標函數(shù)通過加權(quán)方式構(gòu)成融合反演目標函數(shù)；

25、反演結(jié)果獲取模塊，其用于根據(jù)融合反演目標函數(shù)進行反演，直至滿足迭代終止條件，得到反演結(jié)果。

26、作為一種實施方式，在反演結(jié)果獲取模塊中，反演過程中逐步進行迭代，每一次迭代中通過頻散曲線正演方法計算層狀模型的理論頻散曲線，依據(jù)融合反演目標函數(shù)計算層狀模型的函數(shù)值。

27、作為一種實施方式，在反演結(jié)果獲取模塊中，當反演達到設(shè)置的迭代終止條件，即目標函數(shù)值小于設(shè)定的最小擬合誤差或達到最大迭代次數(shù)時，終止迭代過程，輸出目標函數(shù)值最小的層狀模型，為該次反演的最終結(jié)果。

28、本發(fā)明的第三個方面提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)。

29、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述所述的面波多模態(tài)頻散曲線融合反演方法中的步驟。

30、本發(fā)明的第四個方面提供一種電子設(shè)備。

31、一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如上述所述的面波多模態(tài)頻散曲線融合反演方法中的步驟。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

33、(1)本發(fā)明通過差值尋優(yōu)算法將高階頻散曲線融入到了頻散曲線反演中，并規(guī)避掉了高階模態(tài)判識的難題；

34、(2)在計算融合反演目標函數(shù)時，只計算各拾取頻散點對應頻率下的理論頻散點，減少了計算量；

35、(3)通過控制拾取頻散點與理論頻散點之間的距離計算公式，解決了行列式目標函數(shù)計算得到的非理論頻散曲線位置行列式值同樣可能趨近于零，反演不穩(wěn)定易陷入局部極值的問題。

36、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。