[发明专利]一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法

权利要求书

1.一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

A、在隧道两帮根据现场施工条件选取其中一帮，在该帮上沿着隧道掘进方向在隧道腰线位置以等间距2m布设16个三分量检波器，由后向前依次编号为R1～R16，在三分量检波器R1的后方10m位置同一高度布置一个炮点，记为S1，在炮点向前激发地震波，16个三分量检波器将接收到的地震波信号传递给地震仪进行记录；

B、根据已知的炮点S1和三分量检波器R1～R16各个位置，建立观测系统，并将地震仪采集到的各个地震波信号整理为三个分量的共炮点道集；

C、在三个分量的共炮点道集中利用拉冬变换提取负速度同相轴，得到每个三分量检波器关于断层界面的反射三分量信号；

D、利用步骤C中获得的反射三分量信号，对上述16个三分量检波器的反射三分量信号进行时频域主极化方向计算，求取主极化倾角与主极化方位角φ_i，利用空间交汇关系确定断层反射界面倾角与位置，具体确定过程为：

Ⅰ、选取三分量检波器R1关于断层界面的反射三分量信号得出的主极化倾角与主极化方位角φ_i，其步骤为：

①反射三分量信号采用解析信号A_i(t)来表示：

式中，表示采样点优势频率，argA_i(t)表示求取A_i(t)的幅角；

②构建协方差矩阵：

式中表示t时刻的l分量时窗叠加振幅，第l分量在时窗内的均值μ_l，T_lh(t)表示t时刻的自适应时窗长度，h为1、2、3；

③通过上述协方差矩阵求取的特征向量归一化后表示为[x₁(t₂),y₁(t₂),z₁(t₂)]；

④根据上述特征向量求取主极化倾角，其表示为：

其中表示主极化方向与XOZ面之间的夹角，即主极化倾角；

⑤根据上述特征向量求取主极化方位角，表示为：

其中表示主极化方向与XOY面之间的夹角，即主极化方位角；

Ⅱ、确定断层界面反射波信号传播的方向

其中(m n p)由主极化倾角与主极化方位角φ_i确定，(x_R y_R z_R)表示三分量检波器的空间坐标：

Ⅲ、重复步骤Ⅰ、Ⅱ，确定其他15个三分量检波器关于断层界面反射波信号传播的方向

Ⅳ、将各个三分量检波器的采样点优势频率的倒数取平均值，以该平均值的1/4为网格大小，并将三维坐标系网格化，将16个断层界面反射波信号传播的方向延伸经过各个空间网格，并记录每个网格内经过的射线数目；

Ⅴ、统计各个网格内经过的射线数目，经过射线数目最多的网格即为所有向量的空间交汇点，确定空间交汇点的网格中心为虚震源点，在三维坐标系中做连接炮点与虚震源点的直线段；

Ⅵ、对连接炮点与虚震源点的直线段做垂直平分线，三维坐标系中根据该垂直平分线与隧道掘进中轴线之间夹角确定断层界面的倾角、方位角，该垂直平分线的位置与隧道掘进中轴线之间交点即为断层界面位置。