高速層覆蓋下基于初至拾取的近地表參數(shù)反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到勘探地球物理處理方法領(lǐng)域，特別是涉及到近地表具有高速層覆蓋 時(shí)基于初至拾取的近地表參數(shù)反演方法。 現(xiàn)有技術(shù)
[0002] 在地震勘探的發(fā)展過(guò)程中，針對(duì)多種地表、地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)類(lèi)型，基于體波、面波等 傳播機(jī)理，發(fā)展出了多種或常規(guī)或特殊的行之有效的反演方法，但這些方法的適用條件是 低速層覆蓋于高速層之上的近地表結(jié)構(gòu)類(lèi)型，不適用于高速層覆蓋于低速層之上的近地表 結(jié)構(gòu)類(lèi)型。
[0003] 目前常用的反演方法中，層析反演方法是一種精度較高的反演方法，但反演效果 的好壞依賴(lài)于初至拾取的準(zhǔn)確度?；诘卣鸬罆r(shí)窗屬性特征的初至拾取方法是常用的提高 復(fù)雜地區(qū)初至拾取精度和效率的方法，典型的有能量比法、振幅比法、瞬時(shí)強(qiáng)度比法和曲線 長(zhǎng)度比法，且能量比法和瞬時(shí)強(qiáng)度比法的拾取精度較高，拾取精度明顯高于振幅比法和曲 線長(zhǎng)度比法。由于近地表高速層覆蓋區(qū)的地震資料信噪比很低且波場(chǎng)復(fù)雜，能量比法和瞬 時(shí)強(qiáng)度比法還是存在較大的誤差，從而導(dǎo)致層析反演的失敗。
[0004] 在高速層覆蓋區(qū)，地震單炮記錄表現(xiàn)為近道處有一頂"高速帽子"的特點(diǎn)。而現(xiàn)有 的近地表反演方法都是基于低速層覆蓋于高速層之上的近地表結(jié)構(gòu)假設(shè)條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的為解決現(xiàn)有反演方法的局限性，提出了高速層覆蓋下基于初至拾取 的近地表參數(shù)反演方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)能量比初至拾取方法加閾值ε約束，以及對(duì)折線射 線路徑做直線化近似處理，能夠反演出較為準(zhǔn)確的高速層覆蓋區(qū)上覆高速層的速度、厚度 以及下伏低速帶的速度等近地表參數(shù)，為后續(xù)的資料處理提供可靠的近地表信息。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 高速層覆蓋下基于初至拾取的近地表參數(shù)反演方法，其特征是包括：
[0008] 步驟101 :輸入原始地震單炮記錄，并對(duì)地震記錄信噪比進(jìn)行定性估計(jì)，根據(jù)信噪 比的高、中、低選取合適的閾值ε，根據(jù)近地表參數(shù)的先驗(yàn)值及透射定律，估算出高速層底 界面出射角度Θ i，從而建立初始的"信噪比S/N-閾值ε -高速層底界面出射角度Θ i"量 版；
[0009] 步驟102 :基于能量比法引入閾值ε作為約束進(jìn)行初至拾??；
[0010] 步驟103 :根據(jù)拾取到的初至直達(dá)波信息做出x2_t2曲線，利用其斜率求取上覆高 速層速度Vl ;
[0011] 步驟104:利用"高速帽子"的斷點(diǎn)信息以及特定閾值ε對(duì)應(yīng)的高速層出射角度 Θ i信息求取上覆高速層厚度匕、低速帶速度ν2 ;
[0012] 步驟105 :在一定范圍內(nèi)變化Vl，以滿(mǎn)足射線時(shí)-距關(guān)系為準(zhǔn)則，通過(guò)對(duì)初至信息 的掃描求取到最合適的Vl，k v2組合，即為反演出的近地表參數(shù)。
[0013] 上述方案還包括：
[0014] 所述步驟102基于能量比法引入閾值ε作為約束進(jìn)行初至拾取方法：對(duì)輸入的單 炮地震記錄數(shù)據(jù)，在每一道的道頭加一個(gè)時(shí)窗長(zhǎng)度為Τ的零數(shù)據(jù)，之后根據(jù)如下公式在地 震記錄上滑動(dòng)時(shí)間窗口計(jì)算對(duì)應(yīng)每一時(shí)刻τ的時(shí)窗能量
[0015] i.…·?:
[0016] 計(jì)算相鄰兩個(gè)時(shí)刻τ+Λ τ和τ的時(shí)窗能量比值六，，從而得出每道地震記錄隨 時(shí)間變化的能量比曲線，基本公式如下：
[0017]
[0018] 其中，Ατ為對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)τ的前后時(shí)窗內(nèi)振幅平方和的比值，x(t)為地震記錄值， Δ τ為滑動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度，T為道頭增加的零值時(shí)間窗口長(zhǎng)度。
[0019] 定義變量ξ為地震記錄值Α和炮點(diǎn)附近道初至直達(dá)波振幅平均值Α。的比值，沿 八，變化曲線依次尋找極值，舍棄奇異點(diǎn)，直至找到第一個(gè)滿(mǎn)足ξ > ε的極值點(diǎn)，在該極值 對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的基礎(chǔ)上向前推移半個(gè)波長(zhǎng)取為"有效初至"，即便在該極值點(diǎn)以前存在其他的 極值點(diǎn)也都認(rèn)為是"無(wú)效初至"，最終實(shí)現(xiàn)用含有閾值ε約束的能量比法完成"高速帽子" 的初至拾取。
[0020] 所述步驟103根據(jù)拾取到的初至直達(dá)波信息做出x2_t2曲線，利用其斜率求取上覆 高速層速度 Vl的方法是：將折線射線路徑等效成直線射線路徑，將射線速度等效成高速層 的速度Vi，其基本關(guān)系式如下：
[0021]
[0022] 其中，Vl為高速層的速度，X和t分別是為初至直達(dá)波的偏移距及其走時(shí)，h為震 源深度，則x2-t2曲線的斜率即為從而求出vl。 vt
[0023] 所述步驟104利用"高速帽子"的斷點(diǎn)信息以及特定閾值ε對(duì)應(yīng)的高速層出射角 度Θ i信息求取上覆高速層厚度比、低速帶速度ν2的方法是：利用"高速帽子"斷點(diǎn)處的初 至直達(dá)波信息及閾值ε對(duì)應(yīng)的出射角度信息建立如下方程組求取上覆高速層厚度比、 低速帶速度v 2,
[0024]
[0025] 其中，Θ 2為低速層中的入射角，Θ i為步驟1〇1中所確定的高速層底界面出射角， V2為低速帶速度，Vl為步驟103得到的高速層速度，hi為高速層厚度，h為震源深度，K為 "高速帽子"的斷點(diǎn)，、為"高速帽子"斷點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏移距，為"高速帽子"斷點(diǎn)處初至 直達(dá)波的走時(shí)，通過(guò)上述求解方程組，得出初始的Vd k v2組合。
[0026] 所述步驟105在一定范圍內(nèi)變化Vl，以滿(mǎn)足射線時(shí)-距關(guān)系為準(zhǔn)則，通過(guò)對(duì)初至信 息的掃描求取到最合適的 Vl，k v2組合的方法是：用以下關(guān)系式表示：
[0027] min (Σ | | t~tobs | |)；
[0028] 其中，t為對(duì)應(yīng)特定Vi, k v2組合的各地震道初至直達(dá)波的理論射線走時(shí)，為 從地震記錄上拾取到的各地震道初至直達(dá)波走時(shí)，在一定的范圍內(nèi)改變 Vl的取值，重復(fù)步 驟104和步驟105,找出使得上式達(dá)到最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的Vl，k v2組合即為反演出來(lái)的近地表 參數(shù)。
[0029] 利用本發(fā)明方法：
[0030] (1)能夠準(zhǔn)確拾取初至直達(dá)波，并判斷"高速帽子"的斷點(diǎn)；
[0031] (2)能夠準(zhǔn)確的反演出近地表參數(shù)，為近地表高速層覆蓋區(qū)的實(shí)際資料處理提供 可靠的近地表信息。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為高速層覆蓋下基于初至拾取的近地表參數(shù)反演方法流程圖；
[0033] 圖2為高速層覆蓋近地表結(jié)構(gòu)及初至直達(dá)波射線路徑示意圖；
[0034] 圖3為根據(jù)近地表高速層覆蓋區(qū)先驗(yàn)信息建立的典型速度模型圖；
[0035] 圖4是對(duì)圖3所示的速度模型進(jìn)行正演模擬得到的地震記錄圖；
[0036] 圖5是第550道"有效初至"和"無(wú)效初至"的分布圖；
[0037] 圖6是第700道"有效初至"和"無(wú)效初至"的分布圖；
[0038] 圖7是采用不同閾值ε約束時(shí)拾取出來(lái)的初至分布圖；
[0039] 圖8是近地表參數(shù)反演結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面通過(guò)優(yōu)化實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0041] 步驟101 :輸入原始地震單炮記錄，并對(duì)地震記錄信噪比進(jìn)行定性估計(jì)，根據(jù)信噪 比的高、中、低選取合適的閾值ε。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，閾值ε的取值根據(jù)信噪比由高到低一般可取 做0.03-0. 10。設(shè)地震波沿高速層底界面出射角為時(shí)地面檢波器所接收到的振幅值為 4 4，零炮檢距處地面檢波器所接收到的振幅值為A。。令2 = 〃，根據(jù)近地表參數(shù)的先驗(yàn)值及 透射定律，可以近似估算出角度。從而建立初始的"信噪比S/N-閾值ε-高速層底界面 出射角度"量版，表1為給定模型的估算結(jié)果。
[0042] 步驟102:基于能量比法引入閾值ε作為約束進(jìn)行初至拾取。對(duì)輸入的單炮地震 記錄數(shù)據(jù)，在每一道的道頭加一個(gè)時(shí)窗長(zhǎng)度為Τ (根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般可設(shè)定為50毫秒）的零數(shù) 據(jù)，之后根據(jù)如下公式在地震記錄上滑動(dòng)時(shí)間窗口計(jì)算對(duì)應(yīng)每一時(shí)刻τ的時(shí)窗能量。
[0043] t、·****· :?·
[0044] 計(jì)算相鄰兩個(gè)時(shí)刻τ+Λ τ和τ的時(shí)窗能量比值六，，從而得出每道地震記錄隨 時(shí)間變化的能量比曲線，基本公式如下：
[0045]
[0046] 其中，Ατ為對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)τ的前后時(shí)窗內(nèi)振幅平方和的比值，x(t)為地震記錄值， Δ τ為滑動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度，T為道頭增加的零值時(shí)間窗口長(zhǎng)度。
[0047] 定義變量ξ為地震記錄值Α和炮點(diǎn)附近道初至直達(dá)波振幅平均值Α。的比值。沿 八，變化曲線依次尋找極值，舍棄奇異點(diǎn)，直至找到第一個(gè)滿(mǎn)足ξ > ε的極值點(diǎn)，在該極值 對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的基礎(chǔ)上向前推移半個(gè)波長(zhǎng)取為"有效初至"，即便在該極值點(diǎn)以前存在其他的 極值點(diǎn)也都認(rèn)為是"無(wú)效初至"。最終實(shí)現(xiàn)用含有閾值ε約束的能量比法完成"高速帽子" 的初至拾取。
[0048] 步驟103 :根據(jù)拾取到的初至直達(dá)波信息做出x2_t2曲線，利用其斜率求取上覆高 速層速度Vi。由于地震波在低速帶中的傳播距離相對(duì)于它在高速層中的傳播距離可以忽略 (尤其是在遠(yuǎn)道處），可將折線射線路徑等效成直線射線路徑，將射線速度等效成高速層的 速度Vi，其基本關(guān)系式如下：
[0049]
[0050] 其中，Vl為高速層的速度，X和t分別是為初至直達(dá)波的偏移距及其走時(shí)，h為震 源深度，則x 2-t2曲線的斜率即為從而求出Vp νι
[0051] 步驟104:利用"高速帽子"的斷點(diǎn)信息以及特定閾值ε對(duì)應(yīng)的高速層出射角度 Θ i信息求取上覆高速層厚度匕、低速帶速度ν2。利用"高速帽子"斷點(diǎn)處的初至直達(dá)波信 息及閾值ε對(duì)應(yīng)的出射角度信息建立如下方程組求取上覆高速層厚度匕、低速帶速度 V2°
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