[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

说明书

本发明公开了一种基于逆时能量聚焦的地下震源被动定位方法，采用地下震动场波场互易原理，通过传感器阵列数据进行波场逆时数值模拟，将地层速度场信息进行网格划分，利用交错网格有限差分法实现了时‑空场全波形逆时外推，生成了传感器作为“震源”下，群波阵面三维空间叠加图，建立了含有震源信息的定位模型。本发明建立了更加精细化的定位模型，采用能量聚焦的方法，在建立目标函数的基础上，利用QPSO在震源模型中进行全局快速搜索，实现了大范围内快速震源解算。实现了大区域、多尺度、多线程的快速精准扫描定位。

技术领域

本发明属于爆破震动测试、无源定位领域，具体涉及一种基于逆时能量聚焦的地下震源被动定位方法。

背景技术

地下浅层震源是指地下震源深度不超过100m的空间内发生的事件，其被动定位是解决军事领域中高价值弹药地下炸点定位以及侵彻轨迹测量等主要途径；是实现民用领域中地质监测，工程爆破、文物防盗监测、煤矿勘察、地表结构组成成分分析、地质结构探索、地下稀有矿物质勘探、石油探测挖掘等重要手段。

与深层地震、煤矿深层开采、石油勘探等大区域、大当量、大深度、长时间震源定位相比较，该类震源定位具有以下特点：(1)观测数据有限，在未知地层模型前提下，仅具有单次爆炸产生的一次震动数据；(2)地下震源深度较浅，一般不超过100m，浅层地质结构复杂且未知，无法借鉴深层地壳结构模型建立浅层速度场模型；(3)震动波波群混叠复杂，爆炸近场土壤本构特性呈弹塑性，弹性波受地面反射、折射影响较大，震相特征不明显；(4)定位精度要求较高，在100m的散布区域内立体定位误差小于1m，不同于大深度地震定位中百米定位误差要求，属于小区域高精度定位问题。

目前，在地下空间定位中，主要针对深层地震定位，没有直接用于所述浅层小区域定位方法，而深层地震定位方法无法直接应用到浅层定位中，主要存在如下问题：

(1)深层地震定位方法中的基于Geiger的走时定位方法，该方法重点解决在地质均匀且速度已知条件下的起爆点定位问题，但对于浅层复杂地质条件，速度变化较大，在采用该方法时，速度参量仅能设定为平均值，定位误差较大；

(2)深层地震定位方法中偏振角度定位方法，该方法采用少量观测节点即可实现起爆点快速定位，但在浅层复杂地质条件下，特别存在强反射界面时，表层入射角度无法表征震源和传感器接收点之间的真实射线路径，因此存在定位假象。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于逆时能量聚焦的地下震源被动定位方法，针对以上存在的问题，重点解决浅层小区域目标无法高精度定位的问题。

本发明的技术方案为：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。