[发明专利]一种基于地震映像数据的高精度岩溶识别方法

说明书

一种基于地震映像数据的高精度岩溶识别方法，以有效提高利用地震映像数据识别岩溶发育位置的精度，而且操作更简单、实现过程更为合理。包括如下步骤：①对地震映像原始数据进行预处理得到能量相对均衡、无明显噪声干扰的地震映像剖面；②利用Wigner‑Ville分布改进算法，对所有的地震数据道逐一进行时频分析获得各个地震道高精度的时间‑频率能量分布，逐点求取时频分布的一阶矩，该一阶矩即为各时间点的高精度的瞬时频率；③将高精度的瞬时频率用变密度的彩色剖面显示，观察剖面上频率变低的区域，确定岩溶的时间位置。

技术领域

本发明涉及应用地球物理领域地震信号的时频分析方法，特别涉及一 种基于地震映像数据的高精度岩溶识别方法。

背景技术

我国碳酸盐岩系分布广泛，几乎遍及全国，尤以西南地区较为集中。 仅就滇黔桂三省(区)而言，碳酸盐岩系出露的面积占总面积的一半左右。 这些地区存在的主要工程地质问题之一是建筑结构物基础因地下溶洞、溶 缝发育而承载能力不足，影响工程的稳定性。主要表现为建筑物基础悬空、 洞穴顶板过薄，不能承受负荷而发生突然坍塌，引起上部建筑物破坏。因 此，查找隐伏岩溶是铁路、公路等建设工程在岩溶地区工程地质勘察中的重要任务，勘探手段包括地质调绘、物探、钻探等，由于物探具有无损检 测、效率高、成本低等独特优势，成为隐伏岩溶探测的主要手段。

地震映像法是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种浅 层地震勘探方法，地震映像能够反映出地质体沿水平和垂直方向的变化。 这种方法通常是在最佳窗口内选择一个公共偏移距，单炮激发、单道接收， 可快速获得地震映像记录。该法常用于大型混凝土构件的质量检测、地下 非金属管道、小煤窑采空区、地下隐伏岩溶等探测，特别是在公路、铁路 隧道基底岩溶探测中，由于仰拱中铺设的钢筋网对电磁波产生屏蔽效应， 影响了电磁波法类物探法(如探地雷达)的探测效果，而地震映像法属弹 性波法类物探方法不受此影响，因而得到了广泛应用。

用地震映像法进行探测，当地下岩石中存在封闭性溶洞时，根据弹性 波惠更斯原理，在溶洞的位置会产生绕射波，地震波场特征表现为绕射波 双曲线，因此，常利用该特征来判释溶洞的发育情况。然而，当岩溶发育 复杂、溶洞形状不规则时，得到的异常特征并不明显，因此，仅利用反射 波相位特征来进行岩溶判释存在漏判的可能，这也是地震映像法对于复杂 地质体的识别没有取得突破的原因之一。根据地震波在介质中的传播理论， 当地下存在岩溶等地质体时，反射波在频率和相位上会发生较大的变化。 如果能够综合利用时间域和频率域的信息，将提高地震映像数据解释的精 度和准确度，有望对岩溶进行更加有效的识别。

2010年刘振明(变换时频分析在隧道岩溶地震勘探解释中的应用， 工程地球物理学报，2010年2月，第7卷第1期)，2012年杨志强(S变 换在岩溶区地震映像资料处理中的应用，工程地球物理学报，2012年3 月，第9卷第2期)先后进行了利用S变换时频分析技术来确定岩溶位 置的研究，并取得一定效果。但他们的方法均需事先知道过岩溶地震道的 主频，首先需要在地震映像剖面上查找可能发育岩溶的地震道，并抽取过 岩溶的地震道来确定其优势频率，然后，利用S变换将该频率段能量叠 加输出时频剖面，在时频剖面上判释岩溶发育的位置。这种作法尚存在一 定问题：需要在地震映像剖面上找到岩溶发育大致的位置，剖面信噪比低 时很难发现岩溶发育的位置及特征，且当剖面上发育多个岩溶时实现起来 繁琐，可操作性不强；过岩溶地震道的优势频率通过分析振幅谱来获取， 因振幅谱无时间信息，所以求取优势频带的精度不够，且频率范围人工给 定，存在不确定性；相比于本专利使用的时频分析新算法，S变换时频谱 精度不够高，导致所求频率在纵向上精度不高。