CN104101897A - 一种利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法，向待勘探区发射地震纵波后，利用埋设于地震纵波接收点的检波器在垂直地面方向和平行地面方向上分别对反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行接收，根据所述反射地震纵波的出射方向与铅垂线或水平面的夹角将所述反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行矢量合成得到所述反射地震纵波，通过分析合成的所述反射地震纵波的信息进行勘探。本发明利用矢量分解和合成的原理，通过对非垂直出射的反射地震纵波进行多角度的接收、合成，可以获得真正的反射地震波出射时的信息，提高有效波的能量和信噪比，进而获得有效的反射地震波信息并进行进一步地勘探。

Description

一种利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法

技术领域

本发明属于地球勘探物理学领域，更具体地讲，涉及一种利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法。

背景技术

地震勘探是利用人工方法产生并发射地震波，地震波向地下传播过程中遇到不同岩层的分界面时，部分地震波会反射回地面，在地面利用检波器收集这些反射回来的地震波，并对所收集的反射波信息进行研究以查明地下地质目标的一种勘探方法。

目前，在石油、天然气的地震勘探中，仍然以纵波地震勘探方法为主。纵波地震勘探是利用收集的纵波信息进行勘探的方法，但现在使用的纵波地震勘探方法有一个假设前提，即在地表存在低降速地层。具体来说，地震纵波在地下的传播过程中遵循斯奈尔(Snell)定律，即当地震纵波从地下高速地层传播到地表低降速地层时，根据斯奈尔定律，地震纵波将垂直出射，因此利用一个垂直地表埋置的检波器就可以很好的接收到垂直出射的地震纵波。

但是，在碳酸盐岩出露区等其它区域，由于地表并不存在低降速地层，或者低降速地层的地震波传播速度与地下高速地层的地震波传播速度差别不大，因而导致地震纵波在地表出射时并不是垂直地出射，而是与地面呈一定角度地出射。此时如果仍然采用一个垂直地表埋置的检波器，就不能很好地接收到与地面呈一定角度出射的反射地震纵波，进而无法有效地进行反射波信息的分析和进一步的勘探。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明旨在解决上述技术问题中的一个或多个。

本发明的目的在于提供一种能够解决地震勘探中地震纵波非垂直出射所造成反射的地震纵波接收不全的问题的一种地震勘探方法，从而获得真正的地震纵波出射时的信息并进行有效分析和勘探。

为了实现上述目的，本发明提供了一种利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法，向待勘探区发射地震纵波后，利用埋设于地震纵波接收点的检波器在垂直地面方向和平行地面方向上分别对反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行接收，根据所述反射地震纵波的出射方向与铅垂线或水平面的夹角将所述反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行矢量合成得到所述反射地震纵波，通过分析合成的所述反射地震纵波的信息进行勘探。

根据本发明的利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法的一个实施例，所述方法具体包括以下步骤：

a、对待勘探区进行近地表结构调查，建立近地表速度结构模型，并获得地震纵波在近地表地层中的传播速度v₀、地震纵波在地下勘探深度范围内地层中传播的均方根速度v和反射地震纵波的双程旅行时间t₀；

b、通过震源向所述待勘探区发射地震纵波，选取多个地震纵波接收点并分别埋设多分量检波器，每个多分量检波器将接收在垂直地面方向和平行地面方向上分别接收反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波；

c、利用下式1计算出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波的出射角θ_i，其中，1≤i≤n且i为正整数，n为多分量检波器的数量，

式中， ${\mathrm{\θ}}_i=\mathrm{arctg}\frac{x_i{v}_0}{t_0{v}^2}$ ——式1，

θ_i为出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波的出射方向与铅垂线之间的夹角，单位是°且0°＜θ_i＜90°；

x_i为从震源到第i个多分量检波器的距离，单位是m；

v₀为地震纵波在近地表地层中的传播速度，单位是m/s；

v为地震纵波在地下勘探深度范围内地层中传播的均方根速度，单位是m/s；

t₀为反射地震纵波的双程旅行时间。单位是s；

d、利用步骤c计算得到的θ_i和下式2矢量合成出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波，

Z_i＝X_i*cosθ_i+Y_i*sinθ_i——式2，

式中，Z_i为出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波；

X_i为第i个多分量检波器在垂直地面方向上接收到的反射地震纵波的垂直矢量纵波；

Y_i为第i个多分量检波器在平行地面方向上接收到的反射地震纵波的水平矢量纵波；

e、分析步骤d矢量合成的出射到各多分量检波器的反射地震纵波信息进行勘探。

根据本发明的利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法的一个实施例，所述方法适用于反射地震纵波非垂直出射的待勘探区。

本发明利用矢量分解和合成的原理，通过对非垂直出射的反射地震纵波进行多角度的接收、合成，可以获得真正的反射地震纵波出射时的信息，提高有效波的能量和信噪比，进而获得有效的反射地震纵波信息并进行进一步地勘探。本发明适用于所有涉及反射的地震纵波非垂直出射的勘探区，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本发明的利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法。

本发明具体是根据矢量分解、合成的原理，对于非垂直出射的反射地震纵波，先通过接收其垂直地面方向和平行地面方向上的矢量地震纵波，再通过计算非垂直出射的反射地震纵波的出射角并继而合成得到该非垂直出射的反射地震纵波。具体来说，可以在地震波接收点利用多分量检波器分别对垂直地面方向和平行地面方向的矢量地震纵波进行接收，并利用近地表的相关模型计算反射地震纵波的出射角，再根据该出射角值对垂直和水平方向接收到的矢量地震纵波进行矢量合成。

根据本发明的示例性实施例，所述利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法具体为：

向待勘探区发射地震纵波后，利用埋设于地震纵波接收点的检波器在垂直地面方向和平行地面方向上分别对反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行接收，根据所述反射地震纵波的出射方向与铅垂线或水平面的夹角将所述反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行矢量合成得到所述反射地震纵波，通过分析合成的所述反射地震纵波的信息进行勘探。

需要说明的是，其中涉及的地震纵波是指利用人工方法产生的地震纵波，反射地震纵波是指地震波发射到地下之后反射回地表的地震纵波，垂直矢量纵波是指反射地震纵波在垂直地面方向上的矢量纵波，水平矢量纵波是指反射地震纵波在平行地面方向上的矢量纵波。

根据本发明的一个实施例，上述利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法具体可以包括以下步骤：

步骤a：

首先，对待勘探区进行近地表结构调查，建立近地表速度结构模型，并计算地震纵波在近地表地层的传播速度v₀，同时利用已有的地震资料获得地震纵波在地下勘探深度范围内地层中传播的均方根速度v和反射地震纵波的双程旅行时间t₀。

地震纵波在近地表地层的传播速度v₀也称为地表层速度或近地表速度，地震纵波在地下勘探深度范围内地层中传播的均方根速度v也称为地下底层均方根速度，反射纵波的双程旅行时间t₀，即地震纵波从地面传到地下目标地层后再从目标地层传回地面的时间。获取上述两个速度值和一个时间值是为了后续计算反射波的出射角，其中，近地表结构调查是直接通过测量地层厚度和传播时间，由速度＝厚度÷传播时间的公式计算速度，这是目前能获得最准确的近地表速度和厚度信息的方法，而均方根速度则是对地下主要地层的传播速度先平方、再平均、然后再开方获得；时间t₀可以由检波器接收的地震纵波资料上直接读取。上述近地表速度结构模型的建立、各速度值的计算和时间值的获得均可以采用本领域的常规方法获得，本发明不限于此。

由于在反射波的传播过程中，当反射波遇到速度不一样的介质界面时，其传播的角度会发生变化，根据透射波遵循斯奈尔定律：因此可以利用上、下地层的速度计算出反射波出射的角度。但一般情况下,近地表地层的速度较低，而其下面地层的速度较高，两者之间差异较大，因此对反射波的出射角的影响较大，建立高精度的近地表速度结构模型更利于计算反射波的出射角。

步骤b：

然后，通过震源向待勘探区发射地震纵波，选取多个地震波接收点并分别埋设多分量检波器。其中，每个多分量检波器分别在垂直地面方向和平行地面方向上接受反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波。具体地，上述多分量检波器为地震纵波接收器，并且应至少包括在垂直地面方向上的接收器和在平行地面方向上的接收器。

步骤c：

之后，利用下式1计算出射到第i个多分量检波器的反射纵波的出射角θ_i，1≤i≤n且i为正整数，n为多分量检波器的数量，——式1。

式中，θ_i为出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波的出射方向与铅垂线之间的夹角，单位是°且0°＜θ_i＜90°；x_i为从震源到第i个多分量检波器的距离，单位是m；v₀为地震纵波在地表地层中的传播速度，单位是m/s；v为地震纵波在勘探深度范围内地层中传播的均方根速度，单位是m/s；t₀为反射地震纵波的双程旅行时间，单位是s。

在步骤c中，利用上述参数可以计算得到出射到每个多分量检波器的反射地震纵波的出射角。具体地，v₀、v、t₀可以在步骤a中得到，x_i可以通过具体测量得到。

步骤d：

再利用步骤c计算得到的θ_i和下式2矢量合成出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波，

Z_i＝X_i*cosθ_i+Y_i*sinθ_i——式2

式中，Z_i为出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波；X_i为第i个多分量检波器在垂直地面方向上接收到的反射地震纵波的垂直矢量纵波；Y_i为第i个多分量检波器在平行地面方向上接收到的反射地震纵波的水平矢量纵波。

在步骤d中，利用出射到每个多分量检波器的反射地震纵波的出射角以及相应的多分量检波器接收到的反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波就可以合成计算出射到每个多分量检波器的反射地震纵波。

步骤e：

最后，分析步骤d矢量合成得到的出射到各多分量检波器的反射地震纵波信息进行勘探。其中，具体的分析步骤和勘探步骤可以为本领域常规的方式，在此不进行过多的描述，并且本发明也不对具体的分析、勘探方法进行限定。

本发明的上述方法适用于所有的反射地震纵波非垂直出射的待勘探区，尤其可广泛应用于地表的地震纵波传播速度较高的地震勘探区。

综上所述，本发明解决了反射地震纵波非垂直出射时，垂直地表的地震纵波接收器(检波器)不能较好地接收出射的地震纵波的难题，本发明的方法有利于提高资料信噪比，进而提高地震勘探的精度。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (3)

1.一种利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法，其特征在于，向待勘探区发射地震纵波后，利用埋设于地震纵波接收点的检波器在垂直地面方向和平行地面方向上分别对反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行接收，根据所述反射地震纵波的出射方向与铅垂线或水平面的夹角将所述反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波进行矢量合成得到所述反射地震纵波，通过分析合成的所述反射地震纵波的信息进行勘探。

2.根据权利要求1所述的利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

a、对待勘探区进行近地表结构调查，建立近地表速度结构模型，并获得地震纵波在近地表地层中的传播速度v₀、地震纵波在地下勘探深度范围内地层中传播的均方根速度v和反射地震纵波的双程旅行时间t₀；

b、通过震源向所述待勘探区发射地震纵波，选取多个地震纵波接收点并分别埋设多分量检波器，每个多分量检波器分别在垂直地面方向和平行地面方向上接受反射地震纵波的垂直矢量纵波和水平矢量纵波；

c、利用下式1计算出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波的出射角θ_i，其中，1≤i≤n且i为正整数，n为多分量检波器的数量，

${\mathrm{\θ}}_i=\mathrm{arctg}\frac{x_i{v}_0}{t_0{v}^2}$ ——式1，

式中，θ_i为出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波的出射方向与铅垂线之间的夹角，单位是°且0°＜θ_i＜90°；

x_i为从震源到第i个多分量检波器的距离，单位是m；

v₀为地震纵波在近地表地层中的传播速度，单位是m/s；

v为地震纵波在地下勘探深度范围内地层中传播的均方根速度，单位是m/s；

t₀为反射地震纵波的双程旅行时间，单位是s；

d、利用步骤c计算得到的θ_i和下式2矢量合成出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波，

Z_i＝X_i*cosθ_i+Y_i*sinθ_i——式2，

式中，Z_i为出射到第i个多分量检波器的反射地震纵波；

X_i为第i个多分量检波器在垂直地面方向上接收到的反射地震纵波的垂直矢量纵波；

Y_i为第i个多分量检波器在平行地面方向上接收到的反射地震纵波的水平矢量纵波；

e、分析步骤d矢量合成得到的出射到各多分量检波器的反射地震纵波信息进行勘探。

3.根据权利要求1或2所述的利用矢量合成纵波进行地震勘探的方法，其特征在于，所述方法适用于反射地震纵波非垂直出射的待勘探区。