[发明专利]基于深度学习的隧道地震勘探数据增强方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于深度学习的隧道地震勘探数据增强方法及系统，获取经预处理后的隧道地震波勘探模拟数据；将预处理后的隧道地震波勘探模拟数据分为地震有效信号和地震噪声信号，使用相同网络参数的预编码器进行预编码；采用数据编码器将地震有效信号的预编码结果转换成有效数据向量，采用噪声编码器将地震噪声信号的预编码结果转换成纯噪声向量，有效数据向量和纯噪声向量大小相等；用有效数据向量减去纯噪声向量，获得纯净有效数据的特征向量，通过解码器进行纯净有效数据的特征向量的解码，得到域迁移后的地震波信号；本发明结合地震数据特征提出了域自适应迁移学习深度神经网络架构，进行数值实验，提高了数据的可用性。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种基于深度学习的隧道地震勘探数据增强方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

隧道作为基础设施建设的核心组成部分之一，迎来了巨大的发展机遇，在众多工程中开工建设或提上日程。随着隧道建设重点向地形地质条件复杂的西南部山区和岩溶地区转移，施工难度不断增加，面临的风险也更高。因此，超前地质预报是隧道施工中必不可少的环节,该技术可提前获取隧道掌子面前方信息，探明不良地质存在情况，从而隧道施工时可提前采取预防措施,有效地降低隧道施工安全风险。

在各类隧道超前地质预报方法中，地震波法以其探测距离远、界面识别效果好等优势，在实际工程中得到广泛应用。地震波法基于地下介质的弹性差异对异常体进行定位及成像，对断层、破碎带等不良地质体更为敏感，而地震波法中地震波速的准确求取是影响异常体成像与定位准确度的关键因素。

与地震波正演模拟获得仿真数据时的理想无干扰情况不同，在实际施工隧道环境进行隧道地震波法勘探工作采集地震数据时，往往会受到多方面的干扰。主要的施工干扰包括三方面：①人工锤击震源不稳定，地震子波与雷克子波存在差异；②隧道复杂施工环境存在施工噪声干扰，检波器采集信息信噪比较低；③检波器与围岩耦合差以及检波器故障导致采集数据部分道集信息异常。这导致了实际工程采集到的地震数据与仿真数据分布存在很大差异，进一步影响地震资料解释方法在现场地震数据上的应用效果。导致数据差异大的原因主要表现在三方面：

第一，在地震波勘探中，激发震源决定了地震子波的主频，进而影响地震波的波长，对地震勘探的分辨率等方面均有较大的影响。在进行实际隧道地震波法勘探中，采用的地震震源主要是人工锤击震源，只有少部分采用机械震源。在使用人工锤击震源进行锤击激发地震波时，锤击者的力量，挥击地震锤的角度以及地震锤的材料性质等各方面不确定性因素都会对震源属性产生较大影响。因此，隧道地震波法勘探中产生的地震波场与使用波动方程进行正演模拟得到的地震波场存在一定的差异，导致检波器接受到的信息与正演模拟仿真数据区别较大。

第二，实际隧道地震波勘探中，除了面临的地震子波不稳定外，导致地震勘探数据与正演仿真数据差距较大的另一个重要因素是隧道施工环境中的噪声影响。

隧道施工环境中的噪声包括随机噪声和相干噪声。随机噪声包括施工机械震动、地铁隧道上方车辆行驶以及地震波检波器自身的仪器误差等，这些噪声体现在地震记录上表现为没有规律的干扰波形。相干噪声包括施工中对隧道边墙及掌子面的撞击，施工人员在检波器周围的走动，隧道周围高压输电线路的干扰，震源激发时的声波干扰，多次波干扰等。这些噪声体现在地震记录上则表现为有一定规律的波形。相干噪声在某种程度上可以视为一次有效的地震波激发，这些噪声能量较强，对地震记录的信噪比影响很大。此外，油气勘探领域主要采用的炸药震源激发能量高，地震记录中有效信息能量强，相比之下采用锤击震源的隧道地震勘探获得的地震记录中的有效信息能量偏弱，并且隧道勘探采用边墙激发，接收到的来自掌子面前方位置的反射信号往往较弱，使用油气勘探领域地震波去噪方法对隧道地震波勘探数据进行去噪效果不佳。有效去除隧道勘探地震记录中的噪声是提高隧道全波形反演有效性的关键节点。