CN103424775B - 基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法，为解决现有技术不能准确且快捷的获得监控区域内任意多点震动位置的问题，其是从地面震动监控设备获取的整个地震记录数据出发，通过使用波动方程偏移方法，进行震源位置的计算，准确获得监控区域内多震源点位置。是将近地表的震动，地面的监控器接收及沿地表传播的地震波等做一个空间的转换处理，将水平地表面(x?o?y面)看做二维或三维地震勘探中的垂直剖面(x?o?z面)，以此为基础使用波动方程深度偏移的方法，求取监控区域内震源点对应的地面坐标(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)。其从监控台站记录的震动数据出发，可以准确且快捷的获得监控区域内任意多点的震动位置。

Description

基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法

技术领域

本发明方法涉及震源点定位技术，特别是涉及一种基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法。

技术背景

地震是一种自然现象，地球上的地震从未停息，一直以来和人类在地球上的生存息息相关。地震发生后，通过科学的观测和计算过程我们可以获知地震的震源位置及震级等相关信息。地震震源位置的确定一般是根据地震波走时确定的。地震发生后，由于不同的地震台站所处的位置不同会在不同时间接收到从震源处传来的震动波信号。根据多个台站的已知位置及它们接收到震动信号的时间可以列出以震源位置为未知量的地震波走时方程组，求解该方程组即可以获得震源的空间坐标及发震时刻等信息。使用相同的方法，我们也可以在军事、工程等领域监控某一区域，使用设备获取区域内的人工震动信号，最终可以获得区域内某种类型的震动(或振动)位置。

在天然地震为准确确定震源位置，把定位工作分为初定和修定两个部分，修定工作是在初定位后进行一系列提高位置精确性的处理。在理论上，使用最少4个台站的信号就可以进行定位工作。但在实际的定位工作中需要从许多台站中选取走时精确的数据进行计算，保证提供的地震波走时的精确性是使用这种方法进行震源定位的前提条件。实际工作中，如果我们考虑一种多点震动的情形，比如在某个区域内多处同时受到炸弹或其他军事打击时产生的地面震动，上述的方法可能会面临一个完全无法解决的问题：每个监控站都会接收到所有震动点的震动信号，最终从所有监控站的数据中我们无法获取来自同一点的走时信息。

偏移是地震勘探领域在数据处理时的一种计算方法和步骤，它是使地震资料能用于地震、地质解释的基本方法和步骤，偏移等价于成像，或者可以叫做归位，是把地表观测到的绕射波、倾斜界面反射波等波场回归到地下真正的反射界面或绕射点上。偏移可以分为时间偏移和深度偏移，深度偏移的结果是深度剖面，可以从中获取某地质体的深度位置及其对应的地面坐标。在多种偏移算法中，一种最简单，最常用的成像原理是爆炸反射界面原理，它将绕射点或反射界面想象成具有自主爆炸能力的点或多爆炸点组成的面，地面接收到的地震波是这些点爆炸后产生的上行波到达的观测点，此时利用地面接收到的波场做反时间方向的向下延拓可以回归到真实界面的位置，实现了成像。震动监控系统的基本过程是爆炸发生的地表的某处，地震波经地表传播到测线接收，其基本符合以上所述的爆炸反射界面原理，如果可以解决两种过程发生的位置不同(垂直面和水平面)而产生的问题，就可以在平面上通过类似于偏移的方法来实现对震动点位置的确定。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能准确且快捷的获得监控区域内任意多点震动位置的基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法。

为实现上述目的，本发明基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法是从地面震动监控设备获取的整个地震记录数据出发，它不是使用地震波走时进行定位计算，而是通过使用波动方程偏移方法，进行震源位置的计算，准确获得监控区域内多震源点位置。更具体是：它不是使用地震波走时进行定位计算，而是从类似于勘探地震领域中的二维或三维地震数据出发，从整个地震记录数据出发，使用波动方程偏移方法，进行震源位置的计算。

本发明是一种从地面震动监控设备获取的震动数据出发，通过特定计算，准确获得监控区域内震动多震源点位置的技术和方法。在传统的震动点或震源点位置定位时，是使用不同位置处的监控站收到的震动P波或其他波型的到时计算的，这种方法要求各监控站接收到的震动来自同一震动点，根据该点产生的地震波到达不同位置处的监控站走时不同而进行定位计算。当同一时刻或很短的时间内，监控站的范围内多点发生震动或某点发生连续多次震动时，而无法区分各自的地震波走时，无法进行定位计算。而本发明提出了一种类似于勘探地震数据中的深度偏移的定位计算方法，从监控台站记录的震动数据出发，可以准确的获得监控区域内任意多点的震动位置。可广泛应用于：机场、军事目标及其它区域的弹着点、炸点位置及损害度监控，煤炭、石油、天然气及其它矿产、矿山等在勘探、开发过程中的震动监控监测，滑坡、泥石流等地质灾害的监测，水库、水坝、电厂电站等设施区域内的地震地质活动监测，地球内部结构调查等方面，它可以根据震动监控数据准确且快捷的计算出震动点位置，属于地震勘探与地震检测领域。

作为优化，是将近地表的震动，地面的监控器接收及沿地表传播的地震波等做一个空间的转换处理，将水平地表面(x-o-y面)看做二维或三维地震勘探中的垂直剖面(x-o-z面)，以此为基础使用波动方程深度偏移的方法，求取监控区域内震源点对应的地面坐标(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)。

作为优化，在具体实施过程中需要具备以下条件：在监控区域内有一列或多列位置已知的监控站或者检波点组成的测线，监控器或者检波器类型可以是三分量或单分量。也可通过其他手段较准确的获得各种波型在监控区域内沿地表传播时的波速。

作为优化，所述测线接收到震动信号，取一条测线在某段时间内的接收记录，与勘探地震中的地震记录类似，也是一个以地面坐标及时间为维度的数据体，从该数据出发，结合地震波地表传播的特性，改进并使用通用的地震波深度偏移算法计算，将震动能量回归到XOY平面上震动波能量传播的起始位置，即震源点位置。

作为优化，所述测线(或者监控测线)上的监控站类型为三分量的监控器及检波器时，可以得到三分量的地震记录，监控区域内布设多条测线时可获得多份震动记录。

作为优化，每份震动记录可以进行独立的偏移方法定位，最终可以使用多份数据的定位结果进行一定的处理，以提高定位精度。

在多震动点定位方法中，在使用偏移方法时，充分考虑了震动监控系统中的震动产生、地震波传播及测线接收机制与传统地震勘探中的区别，首先，爆炸反射界面原理只是一种假想，它仅考虑上行波，波的到达时间会减少一倍，因此在进行偏移计算时假设的地震波波速应该为实际速度的一半，震动监控系统中使用实际波速进行偏移，只有这样才能将直达波信号偏移到震源实际位置，而该速度又可以压制地下真正的反射波的成像。其次，在勘探地震中，震源是人工控制的，可以准确获得震动发生时刻(数据中的零时刻)，震动监控系统中面临无法确定震动起始时刻的问题，所以在本方法中我们选取x，y两个维度的测线数据进行偏移定位，协同获取震源点的地面二维坐标。

采用上述技术方案后，本发明基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法从监控台站记录的震动数据出发，可以准确且快捷的获得监控区域内任意多点的震动位置。

附图说明

图1是本发明基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法所用监控系统示意图；

图2是本发明基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法所用监控系统中震源点及测线位置示意图；

图3是由图2所示系统得到的地震正演模拟记录(y方向测线)；

图4是y方向上的5个监控站的记录；

图5和6分别是待偏移的时间域地震记录(左)和偏移后的深度域地震记录(右)。

具体实施方式

本发明基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法是从地面震动监控设备获取的整个地震记录数据出发，通过使用波动方程偏移方法，进行震源位置的计算，准确获得监控区域内多震源点位置。它不是使用地震波走时进行定位计算。是将近地表的震动，地面的监控器接收及沿地表传播的地震波等做一个空间的转换处理，将水平地表面(x-o-y面)看做二维或三维地震勘探中的垂直剖面(x-o-z面)，以此为基础使用波动方程深度偏移的方法，求取监控区域内震源点对应的地面坐标(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)。

在具体实施过程中需要具备以下条件：在监控区域内有一列或多列位置已知的监控站或者检波点组成的测线，监控器或者检波器类型可以是三分量或单分量。也可通过其他手段较准确的获得各种波型在监控区域内沿地表传播时的波速。

所述测线接收到震动信号，取一条测线在某段时间内的接收记录，与勘探地震中的地震记录类似，也是一个以地面坐标及时间为维度的数据体，从该数据出发，结合地震波地表传播的特性，改进并使用通用的地震波深度偏移算法计算，将震动能量回归到XOY平面上震动波能量传播的起始位置，即震源点位置。所述测线上的监控站类型为三分量的监控器及检波器时，得到三分量的地震记录，监控区域内布设多条测线时获得多份震动记录。每份震动记录进行独立的偏移方法定位，最终使用多份数据的定位结果进行一定的处理，以提高定位精度。

为了可以明确阐述使用本方法获取震源点位置的具体过程及验证该方法定位的准确性，我们设计一个二维监控系统(如附图1所示)，在监控系统的边缘，布设两条监控测线。测线上每个监控站的位置都是已知的(地理坐标或自己建立的本地坐标系统中的位置)。在实际工作时，测线方向可以是随意的，并且测线之间不需要完全互相垂直，监控站之间的距离也可以是不规则，但为了更好的观测整个区域内的地震波，应该尽量做到分布均匀。

在监控区域内设计四个震源点(如附图2所示)，它们在坐标系中的位置是已知的，分别为：S1(305，224)，S2(297，726)，S3(513，353)，S4(656，820)，四个震源点同时激发，地震波传播的速度为800m/s，使用声波波动方程进行数值模拟，得到的地震记录如附图3所示。图3中的地震记录是y方向上的测线记录，实际上，如果震动时刻未知的话，需要选取x，y两个维度的测线数据进行偏移定位，协同获取震源点的地面二维坐标。传统的使用地震波走时进行震源定位不需要大量的监控站组成测线，如附图4所示，选取测线中的5个监控站的震动数据，可以发现，当监控区域内有较多的震动点发生了震动时，无法正确判断某个监控站上的震动信号来自哪一个震动点。

设y方向上第i个监控站的位置为(0，yi)，其在接收到s1点震动信号的时间为ti，s1点的坐标设为(x_s1，y_s1)，那么有： 即测线接收到的地震记录应该是一个双曲线，而地震偏移的目的之一便是将绕射双曲线偏移成一个绕射点。

对所得的地震记录进行偏移处理，选取45°有限差分偏移算法，计算结果见附图5。四条双曲线偏移后大体收缩成四个点，分析四个点所在的位置，大体与正演时选取的s1至s4点的位置重合，证明该方法在寻找多震动点位置时是行之有效的。

Claims (4)

1.一种基于地震波深度偏移理论的近地表多震源点位置定位方法，其特征在于从地面震动监控设备获取的整个地震记录数据出发，通过使用波动方程偏移方法，进行震源位置的计算，准确获得监控区域内多震源点位置；选取x，y两个维度的测线数据进行偏移定位，协同获取震源点的地面二维坐标；是将近地表的震动，地面的监控器接收及沿地表传播的地震波做一个空间的转换处理，将水平地表面(x-o-y面)看做二维或三维地震勘探中的垂直剖面(x-o-z面)，以此为基础使用波动方程深度偏移的方法，求取监控区域内震源点对应的地面坐标(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)。

2.根据权利要求1所述定位方法，其特征在于在具体实施过程中需要具备以下条件：在监控区域内有一列或多列位置已知的监控站或者检波点组成的测线；监控器或者检波器类型是三分量。

3.根据权利要求2所述定位方法，其特征在于所述测线接收到震动信号，取一条测线在某段时间内的接收记录，与勘探地震中的地震记录类似，也是一个以地面坐标及时间为维度的数据体，从该数据出发，结合地震波地表传播的特性，改进并使用通用的地震波深度偏移算法计算，将震动能量回归到XOY平面上震动波能量传播的起始位置，即震源点位置。

4.根据权利要求2所述定位方法，其特征在于所述测线上的监控站类型为三分量的监控器及检波器时，得到三分量的地震记录，监控区域内布设多条测线时获得多份震动记录。