[发明专利]一种基于逆时能量聚焦的地下震源被动定位方法

权利要求书

1.一种基于逆时能量聚焦的地下震源被动定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、通过设置在地表的等间距震动传感器阵列采集震源产生的震动信号；

S2、通过信号预处理模块对震动信号中的地噪声进行预处理并剔除传感器阵列中的无效数据，

S3、根据S2得到的震动信号，提取每个传感器中的震源传播至传感器节点的初至波到时信息，利用初至波到时信息提取地下浅层速度信息；

S4、提取震源激励信息，包括震源激励频率以及震源子波类型；

S5、在S3获取的地下浅层速度信息的基础上，将每个传感器节点作为虚拟震源，以其对应的震源子波类型作为震源子波，以获取的共用主频作为震源激励频率，使每个传感器节点形成一组三维波阵面序列；

S6、以传感器节点作为虚拟震源传播到实际震源处时每个传感器节点对应的初至波到时信息，得到初至波到时时刻所对应的实际震源处的波阵面图像；

S7、对所有的传感器节点对应的波阵面图像进行融合，形成震源定位模型；

S8、对融合后的震源定位模型进行解算，得到震源位置，得到震源位置(X₀,Y₀,Z₀)后，构建能流目标函数，采用量子粒子群算法，对能流目标函数进行解算，根据给定的震源位置处能量的聚焦程度输出精确震源位置，具体包括以下步骤：

a、设置粒子种群规模和维度，在S8得到的震源位置(X₀,Y₀,Z₀)的基础上，以网格尺寸的倍数为范围，随机生成设置维度下的粒子，形成初始粒子群(X_i,Y_i,Z_i),其中i代表第i代粒子，初始i＝1；

b、将能流目标函数作为粒子的适应度值，即使下式取最大值：

式中，表示有限差分逆时数值模拟所计算出的第k个传感器位置处的地震波传播的方向余弦，m代表地层速度信息，(x,y,z)代表震源坐标，|·|表示矢量点积，p表示2范数，M代表传感器个数；分别表示三分量记录中震动信号的振幅值；

c、根据目标函数计算粒子适应度值，计算每一代粒子适应度得到局部最优位置P_ibest，其中i代表第i代粒子，种群所有代中最大适应度对应粒子作为全局最优位置G_best，粒子群每代平均最优位置为：

d、更新粒子位置(X_i+1,n,Y_i+1,n,Z_i+1,n)

X_i+1,n＝p_i,n,x±β*|M_best,i-X_i,n|*ln(1/u),u＝rand(0,1) (4)

Y_i+1,n＝p_i,n,y±β*|M_best,i-Y_i,n|*ln(1/u),u＝rand(0,1) (5)

Z_i+1,n＝p_i,n,z±β*|M_best,i-Z_i,n|*ln(1/u),u＝rand(0,1) (6)

其中，β是系数创造力，调节它的值能控制算法的收敛速度：

其中，和是介于0和1之间的随机数；

e、更新每个粒子每一维的局部最优点P_ibest和群体的全局最优点G_best，即当某个粒子的适应度值优于其经历的最优点P_ibest时，则将其作为新的局部最优点；类似的，若某个粒子的适应度值优于所有粒子所经历的全局最优点G_best，则将其作为新的全局最优点；

f、判断是否达到结束条件，即适应度值是否在误差允许范围内或更新代数达到设定的上限，若满足结束条件则停止更新，若不满足到则跳转至步骤c进行下一次迭代计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于逆时能量聚焦的地下震源被动定位方法，其特征在于，S3中，通过抛物插值最短路径射线追踪法对速度信息进行修正，得到高精度速度信息。