矢量波数变换法在浅层勘探中的应用

摘要

瑞雷面波勘探相对于传统的钻孔方法以其无侵入性，无破坏性，成本低效率高的特点成为地球物理勘探领域重要的分支。它主要分为主动源和被动源面波勘探，其中被动源面波勘探因为不需要人工震源激发从而采集更加方便，对场地破坏更小。所谓的被动源主要指的是环境背景噪声，应用较多的基于背景噪声的面波勘探方法主要有:空间自相关法(SPAC)、频率波数(F-K)法、地震干涉法、被动源面波多道分析法(MASW)。目前背景噪声方法得到的面波频率一般较低，获得地下较深(＞100m)的速度结构。实际工程勘探中探测范围一般很浅，所以如果能够采用背景噪声的方法做浅地表勘探，无疑会提供一种新的高效便捷的浅层面波勘探方法。
　　本文采用矢量波数变换法(VWTM)做浅地表面波勘探，VWTM是一种新的从背景噪声记录中提取面波频散曲线的方法。相对于传统的被动源面波方法，它的台站布设更加灵活，可以适用于多种排列方式;在浅地表应用中，VWTM能够得到更高频部分的面波信息;VWTM能够提取高模式的面波频散曲线。论文采用VWTM是对野外采集的背景噪声记录做处理，成功的提取了清晰的高阶模式的频散曲线，其对应频率范围高达几十赫兹。
　　从瑞雷面波频散的理论计算我们知道瑞雷面波是含有多阶模式的，面波的能量是分布在各阶模式中的，不同情况下各阶模式能量占比可能不同，高阶模式瑞雷面波相对于基阶模式穿透深度更大。并且当地层结构有差异的时候，对应的基阶频散曲线可能相似，但是高阶频散曲线却可能存在较大差异，也即高阶模式频散曲线对介质参数更加的敏感。因此在频散曲线的反演中有必要考虑高阶频散曲线的约束效果。
　　论文以测点附近的钻孔资料作为初始模型，采用拟牛顿法对从背景噪声记录中提取的多模式频散曲线进行了反演，反演结果表明提取的频散曲线中含有多个高阶模式频散曲线。这里联合了三阶高模式频散曲线反演，得到了位于测点下方的地下浅层速度结构。

目录

声明

摘要

引言

第1章 绪论

1．1 面波勘探现状

1．1．1 人工源面波勘探发展概况

1．1．2 噪声源面波勘探发展概况

1．2 背景噪声勘探主要方法

1．2．1 空间自相关法基本原理

1．2．2 频率-波数法基本原理

1．2．3 地震干涉法基本原理

1．3 论文主要内容与创新点

第2章 面波频散曲线理论计算及其反演

2．1 频散曲线正演计算发展概况

2．2 广义反透射系数法计算理论频散曲线

2．2．1 水平层状介质控制方程

2．2．2 频率波数域微分方程的解

2．2．3 广义反透射系数定义与求解

2．2．4 久期函数族概念的提出

2．3 面波频散曲线的反演

第3章 矢量波数变换法基本原理

3．1 Kernel函数的频散性质

3．2 互相关函数与格林函数的关系

3．2．1 互相关函数的计算

3．2．2 基于模式均分假设

3．2．3 基于时间反转对称理论

3．2．4 基于地震背景噪声的稳态近似理论

3．3 矢量波数变换法理论推导

3．4 矢量波数变换法数值验证

第4章 矢量波数变换法工程应用实例

4．1 野外数据采集与处理

4．2 VWTM提取频散曲线

4．3 各参数对频散曲线的影响

4．3．1 叠加时间长度的影响

4．3．2 平滑参数的影响

4．4 频散曲线反演地下结构

4．5 结论

参考文献

致谢