[发明专利]一种针对极地冰层的震源定位方法

说明书

本发明提供一种针对极地冰层的震源定位方法，本发明针对极地环境以及极地海冰中声传播特点提出一种冰层震源定位方法，以解决北极地区经济开发与军事对抗中潜在的目标定位需求。本发明结合极地冰层声传播特点，充分利用弹性波导带来的多波现象，从波场偏振特征、传播速度及幅值等方向开展多维度差异性分析，构建了具有高度适用性的冰层震源定位方法；从工程应用角度出发，本发明涉及方法无需传感器阵列，使用单台自容式三分量地震仪即可满足所需数据采集需求，所需设备高度精简，操作流程简便、快捷，具有极高的极地环境作业实用性。

技术领域

本发明涉及一种震源定位方法，尤其涉及一种基于单个三分量检波器的冰层震源定位方法，属于极地声学技术领域。

背景技术

震源定位是指利用传感器所记录弹性波信号，基于震源激励下产生的弹性波波场信息以确定激励源方位的技术。传统震源定位技术源自地震学研究，其主要应用场景为天然地震监测，以此为基础的衍生应用也多围绕对地层内部人工或天然震源的定位问题。传统震源定位技术有绝对定位、相对定位以及非线性定位等多种方法，但是由于其应用介质均为地层因此存在一定的共性：1)主要利用震源激发所产生的体波(P波)信号；2)利用空间位置不同的多个检波器组成阵列以实现差分定位等分析。例如，在2020年所公布的最新同类技术发明专利中，《一种单井观测系统下的震源定位方法及相关装置和设备》是基于对P波波场的使用，而《一种基于深度学习的地下浅层震源定位方法》则是基于对传感器阵列的使用。

在面对极地冰层震源定位问题时，随着声传播介质特征的改变以及冰层波导的影响，传统震源定位方法的应用受到了局限。不同于地层的成层半空间结构，极地冰层呈宏观板状构型，因而受到弹性波导影响严重：冰层震源激励产生的体波在冰层上下表面多次反射、叠加后形成不同类型导波。由于弹性波能量从P波、SV波向导波的快速转化，极地冰层中的P波到达在远场信号中难以检测；而近场信号中的P波到达则由于波场混叠而被各类导波信号所掩盖而难以提取。与此同时，北极地区的特殊性也给传统震源定位技术中对检波器阵列的使用带来了极大挑战。北极海冰的状态高度不稳定且缺乏持续能源供给，无法构建基于固定台站的长期检波器阵列；短期传感器阵列的安置与回收均需要大量人力，而极地严酷的自然环境在提高其成本与风险的同时限制了其应用可行性。

综上所述，现有的震源定位方法不论是从实用性还是适用性均难以满足极地环境下对冰层震源定位的需求。因此，本发明针对极地环境以及极地海冰中声传播特点提出一种冰层震源定位方法，以解决北极地区经济开发与军事对抗中潜在的目标定位需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有震源定位方法在面对极地海冰时适用性受限、实用性不足而提出的一种极地冰层震源定位方法。基于对海冰中震源激励作用下所产生的多种弹性导波充分利用，使用单个三分量检波器即可快速、灵活地实现对冰中震源位置(方向、距离)的评估。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤1：检波器布放采集。将单个三分量检波器紧密耦合于冰层上表面，确保并记录其体姿与位置，而后开启连续数据采集得到三个检波器分量信号S_x，S_y，S_z；

步骤2：震源信号检测。由于A0模态导波主偏振方向垂直于冰面，因此对S_z信号应用能量检测法对信号进行峰值搜索以确定震源激励下弹性波能量的到达，对应到达时间记为t_A0；

步骤3：S0模态导波及SH波波达时间估计。对X、Y分量的信号S_x，S_y，以t_A0为终点截取时长为Δt的前序信号，确定S0模态导波和SH波在信号上的位置，获取S0模态导波和SH波的到达时间t_S0、t_SH；