[发明专利]一种隧道超前探测复杂地震波场的分离方法

说明书

本发明提供了一种隧道超前探测复杂地震波场的分离方法，包括获得炮点地震道集数据；求得瞬时方位角，根据方位角的特征，识别直达波与绕射横波；求得纵波速度与横波速度；根据纵波速度进行倾角的估算，综合利用偏移距与介质的速度，计算转换横波。本发明与隧道超前探测波场分离的现有技术相比，优点有：1、考虑了隧道施工环境的复杂地质条件和特殊的地震观测系统对地震波场有巨大影响，提高了隧道超前探测波场分离的适用性；2、综合地震波的时频特征、极化特征与视速度特征等地震波场多种特征识别有效波，提高了纵横波分离精度。

技术领域

本发明属于地质物探技术领域，具体涉及利用S变换、F-K、极化分析方法综合实现地震波场分离的一种隧道超前探测复杂地震波场的分离方法。

背景技术

随着我国交通、水利水电事业的快速发展，大规模的铁路、公路和水电工程建设数量不断增加，需要修建大量各种类型的隧道，在隧道施工建设中，及时查明不良地质体变得尤为重要。

随着近几年多分量地震勘探技术的发展，波场分离技术也变得多样化、复杂化。常用的有极化滤波、Radon变换、奇异值分解、F-K滤波、中值滤波以及基于散度和旋度的滤波等。其中在极化滤波方法的发展里，利用单一的时间域或频率域的方法来识别有效反射波十分困难，一些基于时频分析的极化分析方法应运而生。Soma在2002年将小波变换与极化分析结合应用到多分量地震中，在时频域中构建多分量的协方差矩阵；Kulesh、Diallo等在之后几年相继提出通过时频谱的实部和虚部确定瞬时极化参数，再设计特定的滤波器进行转换波分离；Pinnegar在2006年提出利用S变换提取三分量地震信号极化属性的方法，该方法可以直接计算每一个采样点处的极化属性。

目前，关于纵横波波场分离的研究有一定的基础，但针对隧道超前探测的有效波波场分离的研究很少，极化滤波、Radon变换作为隧道超前探测的波场分离中最常用到方法，主要是根据极化特征与视速度特征进行波的分离，但具有一定的局限性。本发明基于几种常用的波场分离方法，并结合隧道超前探测的特殊观测系统，以及隧道的全空间波场特征，发展出了一种提高纵横波分离精度与适应度的新技术。

发明内容

根据上述阐述，本发明的目的在于提供一种隧道超前探测复杂地震波场的分离方法，是针对纵横波分离方法，对观测系统、施工条件适应性较强，且精度较高。

本发明提供的技术方案：

一种隧道超前探测复杂地震波场的分离方法，包括如下步骤：

S1、在隧道中，设计线性地震观测系统，获得至少一炮的炮点地震道集数据；

S2、读入地震记录并作S变换，求得瞬时方位角，根据方位角的特征，识别直达波与绕射横波；

S3、在单道时频记录中根据识别的时间逐一进行波形拾取，根据速度分析的原理，分别求得纵波速度与横波速度；

S4、对多道时频数据作傅里叶变换，得到时间、频率、波数域数据，通过改变时间节点，作频率波数域二维视速度滤波，得到压制了正视速度波的记录；

S5、在滤波后的数据中，当波形明显时，根据波的时频与速度特征，对反射纵波与转换横波直接拾取，则可直接完成隧道超前探测的波场分离；否则，根据波的极化特征与时频特征，初步拾取反射纵波，并根据纵波速度进行倾角的估算，综合利用偏移距与介质的速度，计算转换横波。

上述技术方案中，所述S5中，计算转换横波的旅行时，在地震记录中拾取转换横波，若该时间区间内未存在可分辨的特征或波形，则反射纵波的拾取存在问题，再次拾取并重复S2—S4步骤直至完成波场分离。

上述技术方案中，所述S2中，瞬时方位角求取为：

地震数据经傅里叶变换后，时频域数据是瞬时数据，将经S变换后的三分量地震数据进行极化计算，则瞬时极化主轴R(t,f)与瞬时极化次轴r(t,f)表示为：