SWSview地震瑞雷面波测深数据处理说明书.docx
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SWSview地震瑞雷面波测深数据处理说明书
SWSview地震瑞雷面波测深数据处理
使用说明书
SWSview地震瑞雷面波测深数据处理
SurfaceWaveSoundingChina2006.
......可以把任何一次地震比作一盏灯，它燃着的时间很短，却照亮了地球的内部，从而使我们能够观察到那里发生了些什么。
这盏灯的光目前虽然还很暗淡，但毋庸置疑，随着时间的流逝，它将越来越明亮......
俄、加里金（1862-1916）
内容索引：
一、面波测深原理要点
二、数据采集方法指导
三、处理过程总体说明
四、处理页面操作说明
1.X-TSource时距域原始数据
2.F-KExtract频率波数域提取
3.X-FStack距离频率域叠加
4.Z-VInversion深度速度域反演
5.Help使用帮助
五、存档文件格式
SWSview地震瑞雷面波测深数据处理
一、面波测深原理要点
地震瑞雷面波是由P和SV型非均匀平面波叠加而成。
点状震源产生的球面波在地表自由面上传播时，就可能发生瑞雷面波，其振幅随深度增大而迅速减小。
均匀各向同性半空间中形成的瑞雷波不具有频散特性，其相速度与频率无关。
在弹性分层的半空间中，瑞雷波表现出频散特征，包涵了各个分层界面弹性差异的影响。
其中除了地表自由面的瑞雷波外，还有各个分层的界面波（斯通利波）的作用，以及低速层中的导波和高速复盖层中的漏能式导波的影响。
由此，我们从地表采集的地震面波数据，是多个界面波、导波及其相互作用的合成，对应于同一频率的波形数据，可能存在几个不同相速度的组分，从而面波总体的频散数据谱，也可以区分出基阶和高阶的不同面波组分归属。
对于横向均匀的分层地层，瑞雷面波的频散特征比较直观地反映了地表以下（在大约相当于半个波长的深度范围内）地层的弹性参数，特别是剪切波的速度。
基于层状介质中的面波理论，原则上是可以由面波的频散数据，反演出相应的地层模型的弹性参数，其中以地层的剪切波速和厚度参数对反演的确定性起主要作用。
我们目前的反演方法，还只能对面波基阶组分的频散数据作出合理的数值反演。
由此，对面波数据作数值反演，首先要提取面波数据的基阶组分。
对于地表高速复盖层中的漏能式导波，在恰当提取的频散数据中能明显地反映出来，但是从中如何取得高速层的波速和厚度参数，我们目前也还没有找到定量反演计算的方法，只能定性地加以估计。
至于高速复盖层以下的地层，往往在长波长的面波频散数据中有所反映，仍然可能作出数值反演。
对于横向不均匀的地层，地表以下各种形态的弹性界面、洞穴或地表的沟坎，都能影响面波的传播，产生面波的散射和反射现象。
对于这些面波的复杂表现，虽然我们目前还没有合适的数值或图象反演方法，但是它们在地表采集的地震面波数据，或提取的频散数据中，往往能突出地表现出来，形成值得研究的定性特徵。
面波内含的各种波型，只有在频率波数域才能比较清楚地区分，而频散数据中相速度和埋深的关系，又只有把频率和波速换算成半波长才比较直观地对应。
频散数据和埋深的关系，又随离炮点偏移距的增加而逐渐改变其侧重。
因此，面波数据的显示和处理，必须从几个侧面、在不同的数据域进行。
为了理解、识别和应用瑞雷面波数据的多方面内涵信息，我们把数据处理的基本过程，按数据域划分为时间距离、频率波数、距离频率、深度速度四个阶段，逐步进行数据清理、提取、叠加和反演，并同时把处理的中间和最终结果，用图象和表格方式全部显示出来。
相信这样能基本满足对面波数据处理各个方面的需要，也有利于进一步发掘面波数据内的潜在信息，扩展其应用前景。
二、数据采集方法指导
输入的原始数据应该是单端激发的共炮点等道距记录，总道数不少于六道。
记录仪器通道频带与预期的面波频段一致，并尽可能向低频段扩展，各通道保持幅度和相位的一致性。
采样时间间隔不大于予期面波最高频率的半个周期，以避免采样假频影响。
记录时间长度应考虑包括最远道的预期低频面波最大波长。
排列长度应大于预期探测的深度，使排列至少能容纳半个预期的面波最大波长。
道间距应小于欲探测的最小目标尺度，以避免数据处理中的空间假频影响。
距炮点最近道的偏移距大小可以从偏重于浅部或深部目标考虑，一般反映浅部的面波频散特征在炮点近旁清晰，而反映深层的特征在离炮点远处更明确。
从能够反演分层的角度出发，探测的对象应该是横向均匀的地层，现场排列地表的两侧和对面近旁也不应有较大尺度的沟、坎、墙、柱等能产生面波反射或散射的障碍物，一般把不能回避的障碍物安排在炮点面对排列的背侧为好。
如果想同时获得地表高速薄复盖层和底部地层的面波频散数据，接收排列应靠近炮点，因为高速薄层中的漏能式导波，频率很高，随离炮点的距离增大会迅速衰竭。
震源应是冲击式的地面震源，希望尽可能具有偏重低频的较宽频段能量。
探测十米上下的土层可以用重磅大锤捶击，对于更大的深度应采用更重的吊锤或小药量的炸药爆炸。
原始记录的磁盘数据格式可以是SEG-2、McSeis170F（日本OYO公司）或CSP（我们的数据处理记录格式）。
三、处理过程总体说明
整个面波数据处理在四个区别不同数据域的处理页面上逐步进行，每个处理页面都具备窗口显示和多页的操作控制。
页面按处理顺序排列，共分：
X-T时距域、F-K频率波数域、X-F距离频率域、Z-V深度速度域等四个处理页面。
X-TSource时距域原始数据页面:
处理功能由载入原始数据开始，包括核定采集距离参数、识别和清理干扰波型（图一）、观察频谱特征、设定频率波数转换的频段上限，然后转入频率波数域页面，进行面波波型提取。
在频率波数域提取的面波波型后，又同时在时距域显示提取结果（图二），可以和原本数据对比。
图一、横向均匀的分层地层上采集的地震记录，在时距域清理干扰波的显示图景：
图示的黄色线条圈出的时距域包含的干扰波将被清除。
图二、横向均匀的分层地层上采集的地震记录（图一），经过在频率波数域提取基阶面波波型后，反变换回时距域的显示图景：
F-KExtract频率波数域提取页面:
处理过程是在显出的频率波数谱图形上，人工选择、追踪相应于提取波型的幅度峰，自动找出该频率的幅度峰脊，读取相速度，圈出幅度峰的范围，将此频率波数范围提供给下步X-FStack距离频率域叠加页面，求取该波型的频散数据，并将范围内的谱数据，反变换回时距域，供观察比较。
对于横向均匀的地层，一般在频率波数谱中偏向低相速度一方，都表现出明显连续的幅度峰脊，应归属于面波的基阶组分（图三）。
在提取面波基阶组分的频散数据，并经过反演求得地层模型后，还将经认可的模型参数正演出基阶和高阶的相速度数据，折算回频率波数域显示，以便和原始数据的频率波数谱图形对比（图四）。
图三、横向均匀的分层地层上采集的地震记录（图一），在频率波数域提取基阶面波波型时的显示图景：
图示的白色阴影圈出的频率波数范围连续稳定，包含了面波的基阶组分，其中的白点显示出幅度峰脊，对应着不同频率的基阶面波频散相速度。
图四、横向均匀的分层地层上采集的地震记录（图一），提取基阶面波频散数据，求得地层模型正演出基阶和高阶的相速度数据在频率波数域的显示图景：
图示的连续白点为地层模型正演的基阶频散相速度的波数显示，其下方两条灰色点带为模型正演的高阶频散相速度的波数显示
至于地表高速薄复盖层中的漏能式导波，则在明显的低相速度基阶面波幅度峰脊向高速度一侧，出现连续、平缓、幅度逐渐衰减的峰，归属于此类漏能式导波（图五a,b）。
图五a、地表高速薄复盖地层上采集的地震记录，在频率波数域提取基阶面波和漏能式导波波型时的显示图景：
图示的白色阴影圈出的频率波数范围，相速度由低到高，包含了面波的基阶、高阶组分，逐步过渡到高速复盖层中的漏能式导波波型。
其中的白点显示出幅度峰脊，对应着频率由低到高的面波和导波相速度。
图五b、地表高速薄复盖地层上采集的地震记录，在频率波数域提取面波和漏能式导波波型后，经相关叠加获得频散数据的显示图景：
图示的蓝色点为频散数据，横座标为相速度，纵座标为半波长，形成倒L状的曲线。
由上至下，反映了地层的波速特征：
由高速薄复盖层中漏能式导波的高相速度，逐步过渡到下部地层界面波的低相速度。
X-FStack距离频率域叠加页面:
提供的处理功能容许全面观察排列道全部叠加的频散数据或偏移距由近到远的每两道间的频散数据。
提供选择FixX恒定偏移距或VarX变偏移距两种叠加方式，以及叠加的道数。
选定的叠加结果组成频散数据文件（我们规定的ZVF格式），可以以ZVF格式或文本格式存盘，也可以直接转入Z-VInversion深度速度域反演页面作数值反演。
对于横向均匀的地层，一般在近道的频散数据中浅部地层反映较好，而远道的频散数据反映深部地层好。
如将全部远近道互相关叠加，求得的频散数据往往不能够全面地反映地层参数。
用变偏移距叠加方法，高频段叠加近道，低频段叠加远道就可以弥补这个缺陷（图六a,b,c）。
图六a、图示全部远近道互相关叠加求得的频散数据，明显地在下端弯向低速度，但是并不能反映深层波速参数。
图六b、图示偏移距由近（浅色）到远（深色）每两道互相关求得的频散数据（横座标零点依次右移），可以纵观频散数据在不同偏移距上的变化特征。
图六c、图示用变偏移叠加求得的频散数据，比较好地反映了不同层次（特别是深层）的地层波速。
Z-VInversion深度速度域反演页面:
反演根据的频散数据来自ZVF格式文件，可以直接由磁盘文件载入，也可以由X-FStack距离频率域叠加页面转来。
如果文件中没有反演模型参数，则必须从设定初始模型开始，否则可以直接进行拟合。
模型参数包括层数、该层厚度（H）及剪切波速（Vs）。
初始模型的设定由人工在频散数据的显示图形上用光标自上而下逐层选择确定。
初始模型设定后当即显出初始的拟合度（Fitness）。
改进拟合程度可选择人工和自动两种方式：
人工拟合时调试选定层的厚度或波速参数，同时参照对比立即显示的模型正演频散数据和拟合度，还可以插入新层或删除选定层。
采用自动拟合方式时可以对选定的单独一层的参数进行自动优化，也可以对全部模型参数作自动优化。
反演中的拟合优化过程并不一定只收敛到一个参数集，多层的模型往往有多个拟合度接近的优化结果。
建议交替运用人工和自动两种方式，以求得到比较符合现场地层条件，又具有满意的拟合度的优化结果。
拟合满意后将反演模型参数置入频散数据文件，可以ZVF格式或文本格式存盘，同时构成综合成果图像，包含：
频散数据点、反演地层模型参数、地层波速断面、模型正演频散数据点及模型拟合度（图七）。
图七、横向均匀的分层地层上采集的地震记录（图一），提取基阶面波频散数据，反演求得地层模型构成综合成果的显示图景：
图示的连续蓝色点为面波频散数据点，红色点为模型正演频散数据点，红色线为地层波速断面，左下方为地层模型参数及模型拟合度列表。
对于横向均匀的分层地层，面波的高阶组份也反映了地层的分层特征。
在确认反演模型的同时，把模型参数正演的基阶和两个有解的高阶相速度数据，转换到频率波数域，在原始采集数据的频率波数幅度谱上显示出来，供核对（图四）。
处理过程中，随时可以把当前显示的图形存盘备考。
四、处理页面操作说明
面波数据处理在四个区别不同数据域的处理页面上进行，每个处理页面都具备图形显示窗口和多页的操作控制。
对各个处理页面的图形显示控制，使用了意义相同的按钮标识，它们是：
向左
移动
向右
移动
向上
移动
向下
移动
横向
压缩
横向
伸张
纵向
压缩
纵向
伸张
交互
显示
各个处理页面操作控制的详细说明索引：
1.X-TSource时距域原始数据页面
窗口显示时距域地震波形，横座标为采集道序，纵座标为走时。
操作控制页面有：
File文件操作页面
View视图操作页面
Cursor光标操作页面
Clean清理操作页面
CompareSrc/Ext比较原本/提取数据操作页面（在波型数据提取后显出）
ToF-K转频率波数操作页面
File文件页面
[LoadX-TFile]载入时距域文件，同时检查文件内的排列方式参数。
如需核实则自动显出窗口...
ValidateLayoutMode核实排列方式，其上的
Common-Shotgathered共炮点道集、
Const.Trace'sspacing等道距，两项需核实，
Offset1-sttrace第一道偏移距、
Trace'sstep道步进距，两项可在编辑框中更正。
[Ok]认可，承认当前的设置。
认可后，如不能满足对排列方式的要求，则在显出询问窗口时可以退出。
文件载入后其旁的列表框显出文件头信息。
[CorrectDistances]校对距离，按下后显出窗口...
CorrectLayoutDistances校对排列距离，其上有
Offset1-sttrace第一道偏移距、
Trace'sstep道步进距，其后的编辑框可以输入更正数值。
[Ok]认可，承认当前的数值。
[Cancel]取消，不用当前的数值并退出窗口。
认可后，如能满足对排列方式的要求，则以当前的数值更正文件头并退出窗口，否则显出询问提示。
View视图页面
除用通用标识按钮控制视图的移动、伸缩外，还有两个重叠的、随显示密度高低交替显现的标识按钮控制视图的显示方式或色调，它们是：
Gain数据显示幅度增益，其旁是增益分贝数框和增益数值调整按钮。
[SavePicture]图形存盘，在弹出对话框，输入文件名后将当前显示的图形存为位图文件。
Cursor光标操作页面
控制光标的移动，除用标识按钮外，还可以用鼠标在图形上点击的方式改变光标位置。
TraceNo.道号、Time时间、Sample数据值，其右侧为光标所在处的相应数值框。
Clean清理操作页面
用鼠标在图形上标记需清除的波形范围：
在欲清除的波形上点击，即在该道上出现道标记线（黄色），不同道上的标记线相邻两端自动以直线相连，构成梯形范围。
在道标记线的中部按住左键拖动可以移动其位置，按住两端拖动可以改变其长短。
沿干扰波形上点击，延伸或加密道标记线并可拖动修改，如此组成圈出干扰波组范围的一系列连接的梯形。
[Marknew]重新标记，取消当前标记范围。
[Mute]清除，将标记范围内的数据清零。
[Undo]复原，恢复已被清零的数据。
CompareSrc/Ext比较原本/提取数据操作页面
[Sourcedata/Extracteddata]原本/提取数据，交替显示原本/提取数据作比较。
[SaveExtracteddata]提取数据存盘，在其旁的选择框内选定CSP或SEG2格式后，将提取出的波型数据存盘。
ToF-K转频率波数操作页面
操作页面显露时屏幕出现一道数据频率谱窗口...
其上图形为该道的幅度频谱，并有黄色光标指出频率值，用其下
两组数值调整按钮分别可移动光标或改变显出频段。
SpectrumofTrace频率谱道号，指出道号框和道号调整按钮。
[SetFrequencyBand]设置频率段，按下后弹出窗口...
SetFrequencyBand设置频率段，其下
Upto上限至，指出频率上限数值框和上限调整按钮。
[Ok]认可，认可此频率上限数值。
[Cancel]取消，不用此频率上限并退出窗口。
认可后，即按此频率上限将时距域数据转换到频率波数域。
2.F-KExtract频率波数域提取页面
窗口显示频率波数转换后的幅度，横座标为波数，纵座标为频率，颜色标出幅度。
操作控制页面有：
View视图操作页面
Contour圈定操作页面
Extract>ToX-F提取及转向距离频率域操作页面
ModelVc模型相速度操作页面（在反演地层模型认可后显出）
View视图操作页面
控制频率波数幅度谱的图形显示，除通用标识按钮外，还有：
Zoom图形缩放，带像元数值框和缩放调整按钮。
Gain显示增益，带彩色标度的增益数值框和调整按钮。
[SavePicture]图形存盘，在弹出对话框，输入文件名后将当前显示的图形存为位图文件。
Contour圈定操作页面
圈定提取波型，用鼠标在屏幕上进行：
将鼠标指向提取波型的频谱幅度峰。
按下左键后，图形上自动标出该频率行上的最近幅度峰顶、以及到两侧谷底的范围。
按住左键，沿幅度峰走向移动，即可将该波型的频谱峰的范围圈定出来。
页面中的列表框显示该频谱峰顶的全部频率和相速度数据。
[New]重作，清除已圈定的范围。
Cursorat光标指向，其旁的数值框显示光标指向像元的频率和相速度数值。
Extract>ToX-F提取及转向距离频率域操作页面
[ExtractContourdata]提取圈定数据，认可圈定范围后提取圈定数据，其旁的列表框中即列出全部频散数据。
[ToX-FStack]转向距离频率域叠加，确认提请的频散数据，转入距离频率域叠加处理页面。
ModelVc模型相速度操作页面
FromModel来自模型，其旁的列表框内显出地层模型的参数。
[SavePicture]图形存盘，在弹出对话框，输入文件名后将当前显示的图形存为位图文件。
3.X-FStack距离频率域叠加页面
窗口显示提取波型的频散数据，横座标为相速度，纵座标为半波长，颜色标出不同的数据叠加方式，对应FixX恒定偏移距方式为蓝色，而对于VarX变偏移距方式，近炮点数据为浅色，远炮点为深色。
操作控制页面有：
Overview纵观视图操作页面
Stack叠加操作页面
Save>ToZ-V存盘及转向深度速度反演操作页面
Overview纵观视图操作页面
[StackofAllNTraces/Separated1toNTraces]交替选择显示全部N道叠加频散数据，或分别显示1至N道邻道互相关频散数据，其旁的列表框内显出全部道叠加频散相速度数据。
Stack叠加操作页面
[FixXStackN1toN2Trace/VarXStackofNTraces]交替选择恒定偏移距N1至N2道，或变偏移距N道两种叠加方式，视图显示选定方式的叠加结果，右端的列表框内显出叠加频散相速度数据。
当选定恒定偏移距叠加方式时：
其旁的数据框显出叠加起始道N1及终止道N2，两侧的调整按钮供改变N1及N2。
当选定变偏移距叠加方式时：
其旁的数据框显出叠加道数N，右侧的调整按钮供改变叠加道数。
Save>ToZ-V存盘及转向深度速度反演操作页面
[FixXStackN1toN2Trace/VarXStackofNTraces]交替选择恒定偏移距N1至N2道，或变偏移距N道两种叠加结果。
[SaveFile]文件存盘，在其旁的选择框内选定ZVF或TEXT格式后，将叠加结果数据存盘。
[SavePicture]图形存盘，将当前显示的图形存为位图文件。
[ToZ-VInversion]转向深度速度反演，将叠加结果数据传至深度速度反演处理页面作反演。
4.Z-VInversion深度速度域反演页面
窗口显示频散数据和反演的模型参数，对于频散数据：
横座标为相速度，纵座标为半波长，对于模型参数：
横座标为剪切波速，纵座标为深度。
颜色标出频散数据为蓝色，反演的初始模型为绿色，拟合后的模型为红色。
操作控制页面有：
File文件操作页面
Model建立模型操作页面
ManualFit人工拟合操作页面（在具备地层模型时显出）
AutoFit自动拟合操作页面（在具备地层模型时显出）
Save/Print存盘及打印操作页面
File文件操作页面
[LoadFile（ZVF）]载入文件，如果从原始采集数据提取的面波频散数据已保留为ZVF格式文件，则可以载入进行反演。
此时，如果该频散数据文件中已含反演的模型层参数，并且其原始采集数据文件和频率波数域处理页面中的原始采集数据文件同名，则由该模型层参数将正演出基阶和高阶频散数据，然后导入频率波数域处理页面，在ModelVc模型相速度操作页面上显出，供在频率波数域核对比较。
Model建立模型操作页面
屏幕上出现对应于频散数据点的红色水平标线，用以标识准备划分层位的界面位置，红色标线可以在已划定的界面下移动。
建立模型时的操作为：
按照屏幕显示频散数据（半波长和相速度）的形态，自上而下，移动红色标线，逐层确定层面位置，此时在屏幕上会显出由频散数据和界面位置估算的绿色的地层分层轮廓。
模型分层后，可检查模型的拟合程度，如基本满意，经确定转入人工或自动拟合，否则可以重新再分层。
[New]新建，在建立地层模型后可以重新由表层开始。
SetLr/Vr设置红色标线对应的频散数据点，其旁的数据框中显示标线位置的频散数据半波长和相速度，可以用右侧的调整按钮上下移动，或用鼠标按住红色标线拖动。
[SetLayer]设置层面，确认当前红色标线位置为层面。
[CheckFit]检查拟合，屏幕左下方显出当前模型的拟合度Fitness。
[ModeltoFit]模型转入拟合，确认当前地层模型，转入人工或自动拟合。
ManualFit人工拟合操作页面
SetLayer选定拟合层位，其右方的数据框中显示层号，用调整按钮改换选定。
选定的层位在屏幕上由红色泽标示。
H厚度、Vs剪切波速，其右方的数据框中分别显示选定层的两个参数，用右方的调整按钮可以改变层参数，并随时可参考屏幕左下方显出的模型参数的拟合度Fitness（红色为当前值、黑色为原来值）。
[Insert]插入，将选定层一分为二，以此插入新层。
[Delete]删除，将选定层删除。
AutoFit自动拟合操作页面
ShowLayer选定标示层位，其右方的数据框中显示层号，用调整按钮改换选定。
选定的层位在屏幕上由红色泽标示。
H厚度、Vs剪切波速，其右方的数据框中分别显示选定层的两个参数。
[FitLayershowed]自动拟合标示层位，自动优化标示层位的两个参数，随后屏幕左下方显出的优化后模型参数的拟合度。
[FitAllLayers]自动拟合全部层位，自动优化全部层位的参数，随后屏幕左下方显出的优化后模型参数的拟合度。
Save/Print存盘及打印操作页面
[FittedModeltoFile
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