二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

Detection of near-surface cavities using the 2D multi-parameter full-waveform inversion of Rayleigh waves

李宇; 王靖岐; 管建博; 闫英伟

2023

10.12363/issn.1001-1986.23.02.0064

煤田地质与勘探   Impact Factor & Quartile

1001-1986

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义.面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题.针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测.该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响.采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力.通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现 3D波场到 2D波场的转换.采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响.同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性.合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高.实测数据反演的横波速度模型显示了一个4 m×3 m的人工空洞,与实际位置和尺寸相符,证明了该方法在浅地表空洞探测方面的可行性和有效性.

瑞雷波 全波形反演 空洞探测 低速异常 剪切波速

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2019JLM8:陕西省自然科学基础研究计划项目 ; 2023C03177:浙江省尖兵领雁研发攻关计划项目 ; 300102260203:长安大学中央高校基本科研业务费专项基金 ; 300102262910:长安大学中央高校基本科研业务费专项基金

WanFang

mtdzykt202307017

1.长安大学 地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054
2.长安大学 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西 西安 710054
3.南方科技大学 地球与空间科学学院,广东 深圳 518055

李宇,王靖岐,管建博,等. 二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究[J]. 煤田地质与勘探,2023,51(7):162-173.

李宇,王靖岐,管建博,&闫英伟.(2023).二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究.煤田地质与勘探,51(7),162-173.

李宇,et al."二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究".煤田地质与勘探 51.7(2023):162-173.