超高密度城市地下空间探测背景噪声体波提取技术研究

【摘要】：随着我国城市化进程的加快,城市建设由地表向地下空间拓宽,对城市勘探的精度变得越来越高。由于人口密集和安全问题,主动源实验并不适用于在城区研究浅部地壳结构。因此寻求绿色且无破坏性的勘探方法至关重要。背景噪声成像是一种低成本,绿色环保的勘探方法。在城市地下空间探测中,可利用台站对间的格林函数研究高分辨率的二维/三维地壳结构。由于浅层体波存在噪声源来自于地表难以满足地震干涉假说、噪声分布不均匀、相干噪声过多对数据中体波的强烈压制作用等问题,使得浅层体波难以被提取。因此,从背景噪声中提取体波,不仅可以提高深部的纵向分辨率,弥补面波勘探深度不足的问题,而且可以大幅度地减少勘探成本和对环境的破坏。本文针对背景噪声分布的特点和地域环境特点,分别基于广东省广州市南沙区万顷沙镇和北京市昌平区黄庄-高丽营断裂(北七家段)采集的背景噪声数据,研究了城市复杂区域利用背景噪声提取体波的可行性。本次研究基于MATLAB和Shell编写了一套基于地震干涉理论的背景噪声预处理、相干噪声压制、类自相关、自相关、互相关、线性叠加、时频相位加权叠加、虚拟炮集提取、质量控制(相关系数曲线、RMS收敛曲线、均值曲线等)的体波提取完整程序,将频率和相位信息充分使用,提高了弱体波信号的提取精度和格林函数的稳定性,获得了更加可靠稳定的体波信号;分别讨论了去均值、去线性趋势、波形尖灭、重采样、白化、叠加时长、相关前带通滤波、相关后带通滤波等因素对体波提取的影响。找到了计算效率和体波提取效果的平衡点,在保证体波提取的前提下,通过选择合适的重采样频率、计算时长、叠加方式提取到了清晰的面波较为清晰的体波(主要是声波、折射波和反射波)。最后通过自相关剖面、背景噪声横波速度剖面、主动源叠后剖面对比,确定出城市隐伏活断层的位置。本次研究结果证明短时背景噪声也可以有效的提取体波,这对于城市地下空间探测,特别是环境复杂,不适合主动源勘探的城市区域具有重要意义。