[发明专利]一种地下浅层复杂空间中震动场时空层析成像方法

说明书

本发明涉及一种地下浅层复杂空间中震动场时空层析成像方法，结合自相关成像技术消除震动信号的噪声，提高每一时刻能量场成像的分辨率，利用互相关成像技术，消除逆时反传产生的成像干扰。利用爆炸震动信号的时变特性，设定时窗长度，将时窗长度内的能量场信息进行线性叠加。本发明提高瞬时能量场的能量聚焦强度，将空间域的三维能量场图像转换为时间‑空间域的三维能量场图像序列，提高能量场图像的数量和质量。利用生成对抗网络优势，在生成对抗过程中自我学习三维能量场重要的时空信息，提高了震源定位的稳定性。利用生成对抗网络，自我学习、自我对抗、自我调参的优势，降低了试验次数和传感器的数量，实现了预设1次起爆点下的震源定位。

技术领域

本发明属于爆破震动测试技术、无源定位技术领域，具体涉及一种地下浅层复杂空间中震动场时空层析成像方法。

背景技术

爆炸威力场时空分布是利用爆炸效能参数如超压、应力波能、动能等爆炸物理参量，以反演的方式重建其在爆炸后的强度分布，用于表征爆炸后打击区域毁伤效能分布。该方法是实现地下爆炸毁伤效能评估的重要手段。

在爆炸威力场时空重建过程中，实现地下起爆点位置的精准测量是实现时空场重建的关键。与深层地震、煤矿深层开采、石油勘探等大区域、大深度、长时间地震震源定位相比较，本专利涉及的地下起爆点位置定位具有以下特点：(1)浅层定位时传感器数量少，布设方式随机，不同于天然地震定位时高密度布设方式；(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。因此，常规的天然地震定位方法无法解决地下起爆点位置测量问题。

随着地震勘探学和计算成像理论的不断发展，基于能量场成像的定位技术成为地下震源定位领域研究的热点。它不依赖于震相特征参数的提取精度，通过扫描地下能量场聚焦点的位置，最终实现震源定位。它是解决地下起爆点定位问题的最优方法之一。但采用现有技术进行起爆点定位时，存在如下问题：

由于浅层震源定位时，地下介质复杂，传感器数量较少且布设随机，造成地下能量场成像精度不高，震源定位精度低；

研究人员采用群智能算法对能量聚焦点进行快速定位，该方法对聚焦点进行搜索时存在一定的盲目性、随机性，导致聚焦点识别效果不稳定，震源定位鲁棒性差，定位精度不能保证，最终导致无法实现有效地时空场重建。

采用有监督的深度学习方法进行起爆点定位时，需要预设多发震源弹训练网络模型，导致试验周期长、试验成本高。

针对地下浅层震源定位精度低、稳定性差的问题，本发明提出了一种基于无监督深度学习的震源定位方法。

发明内容

本发明提供一种地下浅层复杂空间中震动场时空层析成像方法，要解决的技术问题是：。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种地下浅层复杂空间中震动场时空层析成像方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、布设震动传感器阵列；

S2、生成基于能量信息的学习样本，具体如下：

S2.1获取实际震源信号：利用所述的震动传感器阵列获取实际爆炸产生的震动信号；

S2.2对监测区域划分网格；

S2.3将每个震动传感器分别作为虚拟震源进行逆向传播，得到逆时反传波场；

S2.4能量场逆时成像，生成真能量场图；

S3、设计深度学习网络；