CN101852867B - 一种矢量合成检波点二次定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明为地球物理勘探中用检波器接收到的地震波的初至时间和地震波的速度场对检波点二次定位的方法。由GPS定位海底接收、激发点理论坐标，拾取得到实际初至时间和速度以及实际炮检距，进行曲线拟合得到R1的速度函数，实际炮检距与理论炮检距相减确定向量方向大小，将检波点与每个激发点的向量求和得到总矢量，得到二次定位坐标，利用检波点重新定位后的坐标位置反复进行直到满足给定的精度要求。本方法计算简单效率高，还可以定位高程信息，意的初始位置都可以归位到正确的位置。

Description

一种矢量合成检波点二次定位方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探数据处理技术，是一种利用检波器接收到的地震波的初至时间和地震波的速度场计算接收点位置的矢量合成检波点二次定位方法。

背景技术

地震勘探一般是先设计出炮检点的位置，然后根据设计位置进行实地测量，根据测量的实地位置布置激发点和接收点的位置。激发点和接收点的坐标位置准确是地震勘探最基本的条件。对于海上勘探，尤其是海底电缆采集，海底电缆由放缆船从海面放下，电缆凭自身的重量自由沉至水底。放缆船上装有坐标导航设备和声纳探测设备，可以纪录放缆时的坐标位置和海底的深度。但电缆在沉放过程中并不是垂直下落，受海水的流动、电缆的拉力等因素造成位置的漂移，使电缆坐标位置发生变化，造成纪录的坐标位置和深度并不是实际电缆所在的位置，另外，受其它因素的影响，如渔船拖网等外界因素，使电缆发生大距离的移动，会造成更大的误差。

有部分海底电缆在电缆内部直接装有声纳应答器，通过专门的工序采集声纳信号，可进行检波点定位，但其成本高，且部分应答器不能正常工作，因此其应用效果受到限制。

初至指地震记录道开始接收地震波的时间，即起跳时间，拾取初至时间在地震资料处理中很常用，尤其是静校正计算，需要以初至数据作为基础。初至拾取是采用某种算法，根据地震波形找出起跳点的位置，分为自动拾取和交互拾取。目前拾取的算法很多，有能量法、相关法、速度追踪法、神经网络法等，对于质量比较好的地震资料，初至前的干扰很弱，基本能自动拾取准确的初至。但对于质量比较差的资料，初至前干扰强，甚至干扰完全掩盖初至的形态，自动拾取准确的初至位置往往比较困难，需要通过人工交互的方式拾取初至位置。初至拾取的精度关系到炮检点位置的精度计算。

初至波可以是直达波折射波或回折波。地表介质不同，初至的形态也不同，即初至的速度也不同。在炮检距～时间坐标系内，用直线或曲线拟合，曲线的斜率的倒数就是初至波的速度值。

初至波的速度有多种计算方法，对于水平层状介质，初至波的速度可以直接分段直线拟合，直线的斜率就是各个折射层的速度。对于地表或界面有起伏的情况，接收点也不是在一个平面上，因此折射波时距曲线不是直线，若按直线拟合会造成误差。用两个炮点和至少两个接收点，用互换速度方法可以得到准确的折射速度。假设炮点S1到两个接收点R1、R2的距离分别为小x₁₁和x₁₂，初至时间分别为t₁₁和t₁₂，炮点S2到两个接收点R1、R2的距离分别为x₂₁和x₂₂，初至时间分别为t₂₁和t₂₂，那么折射速度V可用下式计算：

$V=\frac{(x_{11}-x_{12})-(x_{21}-x_{22})}{(t_{11}-t_{12})-(t_{21}-t_{22})}---\left(1\right)$

该公式可消除折射界面起伏和接收点不在一个平面的情况，计算出准确的折射速度。在实际应用中，可以使用多个检波点，采用统计的方法，进一步提高折射速度的精度。

对于更复杂的情况，地表介质没有明显的折射界面，速度随深度的增加而增加，地震波的射线路径是弯曲的，逐渐回折到地表被检波器接收，初至波的时间随炮检距的增大呈非线性变化，需要用多项式曲线进行拟合，得到不同速度随炮检距的变化规律v(x)。对于三次多项式，可表示为：

v(x)＝ax³+bx²+cx+d                    (2)

其中，a、b、c、d为系数，x为炮检距。

目前的二次定位技术是基于圆圆定位、反演定位、网格扫描定位等，圆圆定位实现效率低，精度不稳定，反演定位受初至波速度的影响大，只能使用单一的直达波，而网格扫描定位受网格大小的影响，限制了定位的范围。

发明内容

本发明的目的是一种得到高精度、高效率、计算简单的矢量合成检波点二次定位方法。

本发明的实现步骤如下：

1)采用通常的施工方法由GPS定位系统得到海底接收点理论坐标和对应的激发点坐标，采用通常的地震数据拾取方法得到实际初至时间和速度以及实际炮检距；

2)计算接收点到各个激发点的理论炮检距：

$D_i=\sqrt{{(x_0-x_i)}^2+{(y_0-y_i)}^2+{(z_0-z_i)}^2}---\left(3\right)$

其中i为激发点的序号，i＝1，2，3……n。对于一个接收点R1，设理论坐标为(x₀，y₀，z₀)，其对应的激发点为S₁、S₂、S₃、……S_n，坐标分别为(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)、……(x_n，y_n，z_n)，初至时间分别为t₁、t₂、t₃、……、t_n。

3)在炮检距(d)-时间(t)坐标系内，进行曲线拟合，得到d-t曲线，曲线的斜率表示接收点R1的速度V(t)。

4)接收点到各个激发点的实际炮检距根据初至时间和速度的乘积得到：

w_i＝t_i×v                        (4)

W_i为实际炮检距，t_i为初至时间，v为初至波速度。

5)实际炮检距W_i与理论炮检距D_i相减，W_i-D_i若大于零，则向量方向从炮点指向检波点，若W_i-D_i小于零，则向量方向从检波点指向炮点，炮检距差的绝对值|W_i-D_i|为向量的大小，将第i个炮检对的矢量记为

6)将检波点与每个激发点的向量

按公式(5)求和得到总矢量

检波点按矢量移动到新位置，得到二次定位坐标；

所述的总矢量的方向和就是检波点移动的方向，总矢量的大小就是检波点移动的距离。

$\stackrel{\→}{D}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\→}{D_i}---\left(5\right)$

其中，i为激发点的序号，n为与检波点对应的激发点总个数。

7)利用检波点R1重新定位后的坐标位置反复进行步骤2)到步骤6)，直到检波点移动(

)满足给定的精度要求。

所述的给定的精度根据实际需要检波点误差的0.01％～0.02％。

本方法计算简单效率高，计算结果与初始位置无关，任意的初始位置都可以归位到正确的位置，不但可定位检波点的x、y坐标信息，还可以定位高程(z坐标)信息。

图3接收点理论位置和二次定位后位置，圆点为炮点位置，矩形为检波点理论位置，三角形为检波点二次定位的位置。目前，声纳定位结果是最可靠的，且精度最高，认为是检波点的真实位置，是其他定位结果的检验标准。本发明二次定位结果与声纳结果相比，误差小于5m的检波点达到86％，误差在5m～10m间的检波点为14％，平均误差为3.23m，图4为检波点的误差分布图。根据目前地震勘探的需求，本发明的定位精度完全能满足资料处理和解释精度要求。

附图说明

图1为本发明矢量合成检波点定位原理图；

图2为激发点接收点位置关系示意图；

图3接收点理论位置和二次定位后位置图；

图4二次定位误差分布图；

图5检波点理论位置及检波点二次定位位置图。

具体实施方式

图5为海上OBC勘探的炮检点位置图，圆点为炮点位置，其坐标在施工过程中由实时定位系统定位得到，矩形为检波点理论位置，图中，箭头所指的检波点为将要实施二次定位的检波点，其对应的炮点有138个，即对应138个初至时间。

本方法的步骤如下：

1)施工过程中，由GPS定位系统得到海底接收点理论坐标和对应的激发点坐标，采集得到的地震数据通过拾取方法得到实际初至时间和速度以及实际炮检距；

2)利用公式(3)计算接收点到各个激发点的理论炮检距：

其中i为激发点的序号，i＝1～138。计算得到138个理论炮检距D_i。

3)在炮检距(d)-时间(t)坐标系内，进行曲线拟合，得到d-t曲线，曲线的斜率表示接收点R1的速度V(t)。

4)接收点到各个激发点的实际炮检距根据公式(4)初至时间和速度的乘积得到：

其中，激发点的序号i＝1～138，计算138个实际炮检距W_i。

5)实际炮检距W_i与理论炮检距D_i相减，W_i-D_i若大于零，则向量方向从炮点Si指向检波点R1，若W_i-D_i小于零，则向量方向从检波点R1指向炮点Si，炮检距差的绝对值|W_i-D_i|为向量的大小，将第i个炮检对的矢量记为计算得到138个向量；

6)将检波点与138个激发点的向量

按公式(5)求和得到总矢量

检波点按总矢量移动到新位置，得到二次定位坐标；

所述的检波点移动的方向和就是总矢量的方向，检波点移动的距离就是总矢量的大小。

其中，激发点的序号i＝1～138，计算138个矢量的矢量和。

7)利用检波点R1重新定位后的坐标位置反复进行步骤2)到步骤6)，直到检波点移动量(

)小于0.01米(本例计算给定的精度误差为0.01米)。

经过多次迭代，检波点坐标逐步靠近正确的坐标位置，迭代的次数与检波点理论坐标精度有关系，理论坐标误差越大，需要的迭代次数越多，一般迭代3～5次即可。空心矩形就是检波点R1的理论坐标位置，三角形就是检波点二次定位坐标位置。

Claims (2)

1.一种矢量合成检波点二次定位方法，其特点是采用以下实现步骤：

1)采用通常的施工方法由GPS定位系统得到海底接收点理论坐标和对应的激发点坐标，采用通常的地震数据拾取方法得到实际初至时间和速度以及实际炮检距；

2)计算接收点到各个激发点的理论炮检距：

$D_i=\sqrt{{(x_0-x_i)}^2+{(y_0-y_i)}^2+{(z_0-z_i)}^2}---\left(3\right)$

其中i为激发点的序号，i＝1，2，3……n。对于一个接收点R1，设理论坐标为(x₀，y₀，z₀)，其对应的激发点为S₁、S₂、S₃、……S_n，坐标分别为(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)、……(x_n，y_n，z_n)，初至时间分别为t₁、t₂、t₃、……、t_n；

3)在炮检距(d)-时间(t)坐标系内，进行曲线拟合，得到d-t曲线，曲线的斜率表示接收点R1的速度V(t)；

4)接收点到各个激发点的实际炮检距根据初至时间和速度的乘积得到：

w_i＝t_i×v                (4)

式中：W_i为实际炮检距，t_i为初至时间，v为初至波速度；

5)实际炮检距W_i与理论炮检距D_i相减，W_i-D_i若大于零，则向量方向从炮点指向检波点，若W_i-D_i小于零，则向量方向从检波点指向炮点，炮检距差的绝对值|W_i-D_i|为向量的大小，将第i个炮检对的矢量记为

6)将检波点与每个激发点的向量

按公式(5)求和得到总矢量

检波点按矢量移动到新位置，得到二次定位坐标；

7)利用检波点R1重新定位后的坐标位置反复进行步骤2)到步骤6)，直到检波点移动

满足给定的精度要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特点是步骤6)所述的总矢量的方向和就是检波点移动的方向，总矢量的大小就是检波点移动的距离，为：

$\stackrel{\→}{D}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{D}}_i---\left(5\right)$

其中，i为激发点的序号，n为与检波点对应的激发点总个数。

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