專利名稱：一種矢量合成檢波點二次定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油地球物理勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù)，是一種利用檢波器接收到的地震波 的初至?xí)r間和地震波的速度場計算接收點位置的矢量合成檢波點二次定位方法。
背景技術(shù)：
地震勘探一般是先設(shè)計出炮檢點的位置，然后根據(jù)設(shè)計位置進行實地測量，根據(jù) 測量的實地位置布置激發(fā)點和接收點的位置。激發(fā)點和接收點的坐標位置準確是地震勘探 最基本的條件。對于海上勘探，尤其是海底電纜采集，海底電纜由放纜船從海面放下，電纜 憑自身的重量自由沉至水底。放纜船上裝有坐標導(dǎo)航設(shè)備和聲納探測設(shè)備，可以紀錄放纜 時的坐標位置和海底的深度。但電纜在沉放過程中并不是垂直下落，受海水的流動、電纜的 拉力等因素造成位置的漂移，使電纜坐標位置發(fā)生變化，造成紀錄的坐標位置和深度并不 是實際電纜所在的位置，另外，受其它因素的影響，如漁船拖網(wǎng)等外界因素，使電纜發(fā)生大 距離的移動，會造成更大的誤差。有部分海底電纜在電纜內(nèi)部直接裝有聲納應(yīng)答器，通過專門的工序采集聲納信 號，可進行檢波點定位，但其成本高，且部分應(yīng)答器不能正常工作，因此其應(yīng)用效果受到限 制。初至指地震記錄道開始接收地震波的時間，即起跳時間，拾取初至?xí)r間在地震資 料處理中很常用，尤其是靜校正計算，需要以初至數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。初至拾取是采用某種算 法，根據(jù)地震波形找出起跳點的位置，分為自動拾取和交互拾取。目前拾取的算法很多，有 能量法、相關(guān)法、速度追蹤法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，對于質(zhì)量比較好的地震資料，初至前的干擾很 弱，基本能自動拾取準確的初至。但對于質(zhì)量比較差的資料，初至前干擾強，甚至干擾完全 掩蓋初至的形態(tài)，自動拾取準確的初至位置往往比較困難，需要通過人工交互的方式拾取 初至位置。初至拾取的精度關(guān)系到炮檢點位置的精度計算。初至波可以是直達波折射波或回折波。地表介質(zhì)不同，初至的形態(tài)也不同，即初至 的速度也不同。在炮檢距 時間坐標系內(nèi)，用直線或曲線擬合，曲線的斜率的倒數(shù)就是初至 波的速度值。初至波的速度有多種計算方法，對于水平層狀介質(zhì)，初至波的速度可以直接分段 直線擬合，直線的斜率就是各個折射層的速度。對于地表或界面有起伏的情況，接收點也不 是在一個平面上，因此折射波時距曲線不是直線，若按直線擬合會造成誤差。用兩個炮點和 至少兩個接收點，用互換速度方法可以得到準確的折射速度。假設(shè)炮點S1到兩個接收點 R1、R2的距離分別為小xn和x12，初至?xí)r間分別為tn和t12，炮點S2到兩個接收點R1、R2的 距離分別為X21和X22，初至?xí)r間分別為t21和t22，那么折射速度V可用下式計算7 =丨 2):021: )(1)
(^11- ('21 -廣22)該公式可消除折射界面起伏和接收點不在一個平面的情況，計算出準確的折射速 度。在實際應(yīng)用中，可以使用多個檢波點，采用統(tǒng)計的方法，進一步提高折射速度的精度。
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對于更復(fù)雜的情況，地表介質(zhì)沒有明顯的折射界面，速度隨深度的增加而增加，地 震波的射線路徑是彎曲的，逐漸回折到地表被檢波器接收，初至波的時間隨炮檢距的增大 呈非線性變化，需要用多項式曲線進行擬合，得到不同速度隨炮檢距的變化規(guī)律v(x)。對于 三次多項式，可表示為V (x) = ax3+bx2+cx+d (2)其中，a、b、c、d為系數(shù)，x為炮檢距。目前的二次定位技術(shù)是基于圓圓定位、反演定位、網(wǎng)格掃描定位等，圓圓定位實現(xiàn) 效率低，精度不穩(wěn)定，反演定位受初至波速度的影響大，只能使用單一的直達波，而網(wǎng)格掃 描定位受網(wǎng)格大小的影響，限制了定位的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種得到高精度、高效率、計算簡單的矢量合成檢波點二次定位 方法。本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下1)采用通常的施工方法由GPS定位系統(tǒng)得到海底接收點理論坐標和對應(yīng)的激發(fā) 點坐標，采用通常的地震數(shù)據(jù)拾取方法得到實際初至?xí)r間和速度以及實際炮檢距；2)計算接收點到各個激發(fā)點的理論炮檢距 其中i為激發(fā)點的序號，i = 1,2,3……n。對于一個接收點R1，設(shè)理論坐標為(xQ， yQ，zQ)，其對應(yīng)的激發(fā)點為 Sp S2、S3、……Sn，坐標分別為(Xl，Zl)、(x2, y2, z2)、(x3, y3, z3)> ......(xn，yn，zn)，初至?xí)r間分別為 t”t2、t3、......、tn。3)在炮檢距(d)_時間(t)坐標系內(nèi)，進行曲線擬合，得到d_t曲線，曲線的斜率表 示接收點R1的速度V(t)。4)接收點到各個激發(fā)點的實際炮檢距根據(jù)初至?xí)r間和速度的乘積得到Wj = tjXv (4)Wi為實際炮檢距，、為初至?xí)r間，v為初至波速度。5)實際炮檢距I與理論炮檢距Di相減，Wi-Di若大于零，則向量方向從炮點指向 檢波點，若Hi小于零，則向量方向從檢波點指向炮點，炮檢距差的絕對值為向量 的大小，將第i個炮檢對的矢量記為g；6)將檢波點與每個激發(fā)點的向量$按公式(5)求和得到總矢量f，檢波點按矢量 移動到新位置，得到二次定位坐標；所述的總矢量的方向和就是檢波點移動的方向，總矢量的大小就是檢波點移動的距離。 其中，i為激發(fā)點的序號，n為與檢波點對應(yīng)的激發(fā)點總個數(shù)。7)利用檢波點R1重新定位后的坐標位置反復(fù)進行步驟2)到步驟6)，直到檢波點 移動(D )滿足給定的精度要求。
所述的給定的精度根據(jù)實際需要檢波點誤差的0. 01% 0. 02%。本方法計算簡單效率高，計算結(jié)果與初始位置無關(guān)，任意的初始位置都可以歸位 到正確的位置，不但可定位檢波點的x、y坐標信息，還可以定位高程(z坐標)信息。圖3接收點理論位置和二次定位后位置，圓點為炮點位置，矩形為檢波點理論位 置，三角形為檢波點二次定位的位置。目前，聲納定位結(jié)果是最可靠的，且精度最高，認為是 檢波點的真實位置，是其他定位結(jié)果的檢驗標準。本發(fā)明二次定位結(jié)果與聲納結(jié)果相比，誤 差小于5m的檢波點達到86%，誤差在5m 10m間的檢波點為14%，平均誤差為3. 23m,圖 4為檢波點的誤差分布圖。根據(jù)目前地震勘探的需求，本發(fā)明的定位精度完全能滿足資料處 理和解釋精度要求。


圖1為本發(fā)明矢量合成檢波點定位原理圖；圖2為激發(fā)點接收點位置關(guān)系示意圖；圖3接收點理論位置和二次定位后位置圖；圖4 二次定位誤差分布圖；圖5檢波點理論位置及檢波點二次定位位置圖。
具體實施例方式圖5為海上0BC勘探的炮檢點位置圖，圓點為炮點位置，其坐標在施工過程中由實 時定位系統(tǒng)定位得到，矩形為檢波點理論位置，圖中，箭頭所指的檢波點為將要實施二次定 位的檢波點，其對應(yīng)的炮點有138個，即對應(yīng)138個初至?xí)r間。本方法的步驟如下1)施工過程中，由GPS定位系統(tǒng)得到海底接收點理論坐標和對應(yīng)的激發(fā)點坐標， 采集得到的地震數(shù)據(jù)通過拾取方法得到實際初至?xí)r間和速度以及實際炮檢距；2)利用公式(3)計算接收點到各個激發(fā)點的理論炮檢距其中i為激發(fā)點的序號，i = 1 138。計算得到138個理論炮檢距D”3)在炮檢距(d)_時間⑴坐標系內(nèi)，進行曲線擬合，得到d_t曲線，曲線的斜率表 示接收點R1的速度V(t)。4)接收點到各個激發(fā)點的實際炮檢距根據(jù)公式⑷初至?xí)r間和速度的乘積得到其中，激發(fā)點的序號i = 1 138，計算138個實際炮檢距W”5)實際炮檢距I與理論炮檢距Di相減，Wi-Dig大于零，則向量方向從炮點Si指向 檢波點R1，若化嘴小于零，則向量方向從檢波點R1指向炮點Si，炮檢距差的絕對值| Wi-Di 為向量的大小，將第i個炮檢對的矢量記為5；，計算得到138個向量；6)將檢波點與138個激發(fā)點的向量5；按公式(5)求和得到總矢量F，檢波點按總 矢量移動到新位置，得到二次定位坐標；所述的檢波點移動的方向和就是總矢量的方向，檢波點移動的距離就是總矢量的 大小。其中，激發(fā)點的序號i = 1 138，計算138個矢量的矢量和。7)利用檢波點R1重新定位后的坐標位置反復(fù)進行步驟2)到步驟6)，直到檢波點移動量(D )小于0. 01米(本例計算給定的精度誤差為0. 01米)。
經(jīng)過多次迭代，檢波點坐標逐步靠近正確的坐標位置，迭代的次數(shù)與檢波點理論 坐標精度有關(guān)系，理論坐標誤差越大，需要的迭代次數(shù)越多，一般迭代3 5次即可。空心 矩形就是檢波點R1的理論坐標位置，三角形就是檢波點二次定位坐標位置。
權(quán)利要求
一種矢量合成檢波點二次定位方法，其特點是采用以下實現(xiàn)步驟1)采用通常的施工方法由GPS定位系統(tǒng)得到海底接收點理論坐標和對應(yīng)的激發(fā)點坐標，采用通常的地震數(shù)據(jù)拾取方法得到實際初至?xí)r間和速度以及實際炮檢距；2)計算接收點到各個激發(fā)點的理論炮檢距 <mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>z</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>z</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中i為激發(fā)點的序號，i＝1，2，3……n。對于一個接收點R1，設(shè)理論坐標為(x0，y0，z0)，其對應(yīng)的激發(fā)點為S1、S2、S3、……Sn，坐標分別為(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)、……(xn，yn，zn)，初至?xí)r間分別為t1、t2、t3、……、tn；；3)在炮檢距(d)-時間(t)坐標系內(nèi)，進行曲線擬合，得到d-t曲線，曲線的斜率表示接收點R1的速度V(t)；4)接收點到各個激發(fā)點的實際炮檢距根據(jù)初至?xí)r間和速度的乘積得到wi＝ti×v(4)式中Wi為實際炮檢距，ti為初至?xí)r間，v為初至波速度；5)實際炮檢距Wi與理論炮檢距Di相減，Wi-Di若大于零，則向量方向從炮點指向檢波點，若Wi-Di小于零，則向量方向從檢波點指向炮點，炮檢距差的絕對值|Wi-Di|為向量的大小，將第i個炮檢對的矢量記為6)將檢波點與每個激發(fā)點的向量按公式(5)求和得到總矢量檢波點按矢量移動到新位置，得到二次定位坐標；7)利用檢波點R1重新定位后的坐標位置反復(fù)進行步驟2)到步驟6)，直到檢波點移動滿足給定的精度要求。F2009100814403C0000012.tif,F2009100814403C0000021.tif,F2009100814403C0000022.tif,F2009100814403C0000023.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特點是步驟6)所述的總矢量的方向和就是檢波點移 動的方向，總矢量的大小就是檢波點移動的距離，為 其中，i為激發(fā)點的序號，η為與檢波點對應(yīng)的激發(fā)點總個數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特點是步驟7)所述的所述的給定的精度根據(jù)實際需 要檢波點誤差的0. 01% 0. 02%。
全文摘要
本發(fā)明為地球物理勘探中用檢波器接收到的地震波的初至?xí)r間和地震波的速度場對檢波點二次定位的方法。由GPS定位海底接收、激發(fā)點理論坐標，拾取得到實際初至?xí)r間和速度以及實際炮檢距，進行曲線擬合得到R1的速度函數(shù)，實際炮檢距與理論炮檢距相減確定向量方向大小，將檢波點與每個激發(fā)點的向量求和得到總矢量，得到二次定位坐標，利用檢波點重新定位后的坐標位置反復(fù)進行直到滿足給定的精度要求。本方法計算簡單效率高，還可以定位高程信息，任意的初始位置都可以歸位到正確的位置。
文檔編號G01V1/38GK101852867SQ200910081440
公開日2010年10月6日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者徐麗軍, 楊海申, 王欣, 郭敏 申請人:中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司