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面波数据处理系统SURWAVE使用手册

面波数据处理系统SURWAVE使用手册

4

5 1.1

(5)

1.2

(6)

1.3

(6)

(6)

1.4

1.5

(7)

1.6

(7)

8 2.1

(8)

2.2

(8)

2.3

(8)

(9)

2.4

2.5

(10)

11 3.1

(11)

3.2 F-K

(12)

3.3

(13)

3.4

(14)

15 4.1

(15)

4.2

(16)

4.3

(17)

4.4

(18)

4.5

(19)

4.6

(19)

20 (20)

5.1 Surfer

21 6.1

(21)

6.2

(21)

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6.3

(21)

22 7.1

(22)

(22)

7.2

7.3

(22)

4

面波数据处理系统S U R W A V E是浅层地震面波勘探处理软件,软件采用F-K 频散曲线提取和遗传算法反演技术,拥有人机交互便捷,可视化效果良好

等特点,包括功能:

●浏览记录波形;

●提取频散曲线;

●频散曲线的遗传算法反演;

●频散曲线剖面数据集成Surfer文件出成果图。

另外,面波数据处理系统S U R W A V E具有很强的人机交互功能,数据读入采用模块设计,可以根据需要添加包括SEG-2、S E G-Y等多种格式读入模块

数据处理一般流程:

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在文件菜单项下,新建频散曲线、打开频散曲线和保存频散曲线文件,关闭当前文件及退出等,它包括[新建频散曲线]、[打开频散曲线]、[关闭当前文件]、[保存频散曲线文件]、[另存频散曲线文件为]和[退出]等命令。

1.1

在这里输入原始地震数据,用于生成相应的面波频散曲线,数据格式包

括SEG-2、S E G-Y等格式

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图1.1-1 创建频散曲线对话框

点击[确定],则输入的地震数据显示在浏览数据窗口中,你可按以下章节介绍的步骤对数据进行操作。

打开文件后,波形即显示在如图所示浏览波形子窗口中。

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图1.1-2 浏览波形子窗口

1.2

从原始面波地震数据到最终成果的输出往往不是一次完成的,将处理得到的频散曲线文件保存后,又可以在这里将其打开,以便进一步反演、绘图输出。

1.3

清除当前窗口内所有频散数据或地震数据,释放系统资源。

1.4

保存当前窗口中的频散数据,文件名以打开文件名为准。

频散曲线数据的格式如下(参数的意义见其后的注释):

INFO:频散曲线和地层模型

INFO:避免格式错误,请不要更改文件

频散曲线数: 1

震源位置: 1017.0

首/尾地震道位置: 1020.0 1053.0

平均高程: 120.0

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频散曲线: 7

3.4286 857.14

....

24.0000 1875.00

地层模型: 4

3.6186 900.74

7.7694 955.88

5.5344 1341.91

31.0776 1875.00

请注意,频散曲线可以保存多条,可以为空。1.5

为当前窗口内的频散数据指定其它名称并保存。

1.6

退出面波数据处理系统S U R W A V E程序。

2.1

地震数据文件打开后(见图1.1-2),系统即进入波形浏览状态,所有地震道都显示在主窗口中。

在处理其他数据状态时(频散曲线提取,反演等),用此菜单项将窗口切换至波形浏览状态。

2.2

波形显示从浏览状态切换到频散提取状态,主窗口则分割为三个子窗口,如图所示。左侧为数据波形窗口;中间为频散曲线窗口;右侧为地震数据的二维谱窗口。

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图2.2-1 频散提取子窗口

2.3

在工具条上有相应下拉框,可在其中任意选择当前排列,如图所示。

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图2.3-1 数据选择下拉框

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2.4

在这里检查修改排列的几何参数。在如图所示的排列参数对话框中,右上部的编辑框用于显示和修改炮点位置、第一道检波器的位置(起始道号)、道间距以及该排列的平均高程;左中部是正反向排列的选择按钮)

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图2.4-1 几何排列窗口

以上参数一旦被改正,左侧的列表框即随着更新,它显示了每一道检波器的位置。

当排列的几何参数正确无误后,按[保存]按钮,修改后的参数保存在相应的数据文件中,或按[应用]按钮,只确认修改的参数,而不关闭窗口。

2.5

当选择波形浏览状态和频散提取状态时,地震数据显示在主窗口中后,你可以调整数据的显示参数,控制图形显示。

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图2.5-1显示参数设置

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3.1

提取频散曲线需要对面波波场进行时间域和空间域二维谱分析。由于数据采集时间和空间参数的差异,不同的数据应采用不同的谱分析参数。

在如图所示的对话框中,频率/波数分辨率等级用于控制二维谱的频率域和波数域的分辨率,级别越高,分辨率越高,但计算二维谱的时间越长。

选择不同的级别,你通常不会看到二维谱图的变化,但实际上,二维谱图上的格点已经变密(高级别)或变疏(低级别),当用鼠标在谱图上拾取频散曲线时,你就会觉察到这种变化。

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图3.1-1 频散曲线提取参数设置

F-K谱分析范围滑杆用于调整频率和波数的最大值。在面波勘探中,通常对低频、小波数域的信号感兴趣。调整频率和波数范围,然后[应用]该参数,重新计算二维谱将看到二维谱图的变化。

对话框下面的旋钮用于调节二维谱能量峰值搜索窗口的大小。

选择按钮[自动计算F-K能量谱]用于决定是否在打开单炮记录或从多炮

记录中选择单炮记录时,自动计算其二维谱,而不需执行[计算F-K能量谱]菜单命令。

3.2 F-K

此命令计算当前地震记录的F-K能量谱。

以下介绍如何从二维谱图中提取频散曲线。

由正常面波记录计算的二维谱,最大能量团是面波成分的反映,如图左中部的红色部分,在该能量团上按下鼠标左键,沿着能量团的走向,向左上(低频率、小波数),系统则在搜索窗口范围内自动找到极大能量对应的频率-波数值,并显示为红色的点线,同时将由该值转换的深度-速度曲线显示在主窗口中间的频散曲线子窗口中。

在左上区域(低频率/小波数)往往有多个能量团的分支,解释者要结合频散曲线子窗口观察深度-速度曲线变化的趋势,选择合理的能量团分支拾取频散点。而右下区域(高频率/大波数)只反应了地层表层的变化,频散点的识别较为容易。

按下鼠标右键拖动鼠标,则光标所在处的频散点被删除。

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图3.2-1 F-K能量谱

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3.3

如果地震记录的面波区域附近含有较多的干扰波(声波、反射波、折射波等)时,可以用面波范围控制框将这些干扰波切除掉,如图所示,用鼠标选取控制框的上(下)斜边并移动,调节面波域的时间范围;选取控制框的左(右)直边并移动,调节面波域的空间范围。

当鼠标右键选取控制框的下斜边,上下平移下斜边则调节面波主波长的选择范围。

尽管可以在时间-空间域选择面波,但此过程通常是不必要的,因为二维谱分析将会分离出各种规则干扰波(声波、反射波和折射波等),如果面波区域附近的非规则干扰波不强,可以不作干扰波切除。

工具条上也有相应的切除命令按钮。

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图3.3-1 时窗切除

3.4

位于主窗口中间的频散曲线子窗口显示的是转换后的以速度为横坐标、深度为纵坐标的频散曲线,它比二维谱图中的频散曲线更直观,后者是以频率和波数为坐标的。

由于在拾取频散曲线的过程中,深度和速度的变化范围可能很大,下图的频散曲线显示控制对话框提供了两种显示模式:一种是手动(固定)比例显示,你应输入速度和深度显示范围;另一种是自动比例显示,在该模式下,系统自动调节显示比例,确保所有的频散点都是可见的。

显示方式设置频散曲线的点和线的显示与否。

深度系数设置计算H-V曲线的半波长转换系数,默认状态是1/2,您可以根据不同地况进行调节。

你可以根据需要自行选择显示模式。

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图3.4-1 频散曲线设置

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4.1

在对频散曲线作反演之前,必须从当前所有频散曲线中选择一条曲线,如图所示。

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图4.1-1 选择反演曲线

点击 [确定]按钮,主窗口转换到反演状态,如图所示。

频散曲线是以两种形式显示在左侧和右上侧子窗口中,左侧子窗口的纵坐标为深度,横坐标为速度,该窗口在显示频散曲线的同时,主要用于显示和定义地层模型参数(层速度和层厚度),称该子窗口为模型窗口;而右上侧窗口是以频率为横坐标、速度为纵坐标显示频散曲线,它更直接地反映了频散曲线的形态,该子窗口为频散曲线窗口,以区别于左侧的模型

窗口。

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图4.1-2 反演频散曲线

主窗口右下侧的子窗口显示的是反演拟合方差曲线,它反映了地层模型的正演频散曲线与实测频散曲线的拟合程度。

4.2

如图所示,搜索范围表示算法为寻找最佳模型(反演结果)围绕初始模型的变化大小,如上限取为1.25,下限取为0.80,则算法在0.80M~1.25M范围内搜索最佳模型参数(M表示各层速度或深度的初始值)。如解释者对地层已有大致的了解,可将此范围设置得小一些,否则可大一些。

反演目标决定反演何种参数,如果已知地层各层的深度或频散曲线上有明显的拐点(该拐点通常反映了深度变化),则可固定深度只反演速度;反之,如果已知地层速度,则可只反演深度。如果速度和深度均未知,就只能同时反演速度和深度。

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图4.2-1 反演参数设置

迭代参数选项中,种群大小表示每迭代一次模型的数目,其值必须是2的整次幂,如16、32、64等;遗传代数是算法遗传优化的代数,一般取为6 0左右。其余参数的意义,这里不赘述,一般情况下,不必改动系统的默认值。

4.3

反演开始前,必须建立合适的初始速度-深度模型。下面介绍如何建立初始模型。

插入层

按下C T R L键,按下鼠标左键,则模型在该处被插入一层。

删除层

按下C T R L键,用鼠标选择待删除的层,按下鼠标右键,则鼠标所选的层

被删除。

调整层参数

●调整层速度:用鼠标选择模型曲线中的垂直线段,左右移动鼠标,则改变该线段所表示的层的速度值。

●调整层厚度:用鼠标选择模型曲线中的水平线段,上下移动鼠标,则改变该线段所表示的层的深度值。

一旦模型参数调整合适,执行[开始]菜单命令(工具条上也有相应的按钮),开始反演,随着反演的进行,各子窗口相应的更新变化。

反演得到的当前最佳地层模型显示在左侧的模型窗口中(以红色细线表示),同时在该窗口中还显示最佳地层模型对应的频散曲线,这样,在模型窗口中共有四条曲线:原始和最佳地层模型,实测和最佳模型对应的频散曲线。

右上侧频散曲线窗口中,除实测频散曲线外,还显示了最佳地层模型的频散曲线(以频率-速度为坐标)。该窗口更直接地反映了两曲线的拟合情况。

右下侧拟合方差窗口中曲线是当前最佳模型的拟合方差。在反演开始的一段时间内,曲线会很快地衰减,然后变得比较平稳。此时也可以终止反演,不必让反演继续进行直到最大迭代数。

4.4

如上所述,当反演进行到一定的迭代次数时,最佳模型趋于稳定,最佳拟合方差基本没有变化,此时可执行[终止]菜单命令,终止反演。如果反演得到的最佳模型的频散曲线与实测频散曲线拟合不佳,则重新调整模型参数,通常情况下,调整时尽量让新的初始模型(蓝色粗线)接近上一次反演的最佳模型(红色细线),当然此时还可以插入或删除层,然后开始下一轮反演,如此反复,直至最佳模型的频散曲线与实测频散曲线拟合得足够理想。需要注意,不合理的实测频散曲线是很难找到与之对应的最佳模型。所以,在对一条频散曲线反演之前,一定要保证其合理性。

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4.5

由当前选择的频散曲线反演得到的地层模型,并不直接被保存在对应的频散曲线中,你要根据实测频散曲线的可靠性,决定是否采用最终模型,如果采用最终模型,则执行[反演]-[保存]菜单命令,最佳模型采用后,应即时保存文件。

4.6

执行[反演]-[保存图像]菜单命令,则可将左侧频散曲线和反演最佳模型两条曲线连同坐标网格一同保存为B M P图像文件。