CN104316978A - 地球物理的近地表三维速度场研究方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地球物理的近地表三维速度场研究方法和装置，其中，该方法包括：根据研究区的区域地质和研究内容，获取研究区的地质信息；根据收集的数据，建立三维地质要素概念模型；确定近地表调查初测位置和近地表初测方案，按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；根据获取的现场施工数据对三维地质要素概念模型进行调整，直至三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。本发明解决了现有技术中近地表速度模型准确性不高的技术问题，达到了有效提高近地表速度模型准确性的效果。

Description

地球物理的近地表三维速度场研究方法和装置

技术领域

本发明涉及地球勘探技术领域，特别涉及一种地球物理的近地表三维速度场研究方法和装置。

背景技术

在陆地与浅海的地球物理勘探问题中，从地表或海底到500米深的地下速度构造一般都比较复杂，对这些问题的研究被定义为“近地表问题”。所谓的近地表是指地表以下基岩以上的地质结构，是受大自然环境的变化所影响的松散沉积层。在地球的表面，往往覆盖一层未固结、质地疏松的沉积层，在地震勘探上将其称之为风化层(Weathered Layer)，也就是低速层(Low-veloeity Layer)，有时在低速层与稳定的高速基岩间还存在一层速度略高的降速层(Subweathered Layer)，这些存在于近地表的低降速带往往会引起地震波旅行时的增大，从而产生较大的时间延迟，并且低降速带的厚度和波速会沿着横向方向发生变化，使得旅行时延迟量发生显著的差异，最终导致非常复杂的静校正问题，这将对深层的反射波成像质量产生很大的影响。

随着地震勘探向较为复杂和困难的地区不断深入，复杂的近地表结构已成为制约地震资料采集质量的一个瓶颈问题，在近地表复杂地区建立精确的近地表速度模型已成为地下准确成像的迫切需要。利用近地表地质模型不仅可以在地震勘探中优化地震采集设计、提高地震资料处理与解释精度，最终提高钻井成功率，还可以应用于地质研究中的地质构造演化、沉积类型分析、岩性变化分析、精细岩相描述、储层裂缝分析、裂隙油藏描述等领域。

近地表的研究也已经有很多，有人提出了利用微测井资料沿地震构造解释层来建立复杂地区近地表初始模型，所得到的模型可以很好地符合地质沉积原理，还有人提出利用无人机遥感技术获取的影像来进行三维地形建模，还有人提出利用地质雷达和高密度电法相配合,进行近地表结构综合调查，并通过微测井数据进行标定,从而建立近地表结构的深度和速度模型，还有一些人以起伏区域表层结构的地震波传播特征为研究对象，用模型与实测的地震记录的波形拟合优化方法，进行表层速度建模，从而实现对表层构造的准确成像。

然而，上述这些研究都仅仅选取了符合研究区概况的地球物理数据建立近地表模型，而没有考虑到综合利用地质信息对速度模型进行约束，从而使得建立的近地表速度模型准确性不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种地球物理的近地表三维速度场研究方法，以解决现有技术中因仅考虑符合研究区概况的地球物理数据建立近地表速度模型，而导致的近地表速度模型准确性不高的技术问题，该方法包括：

根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息；

对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库；

根据所述基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

根据所述基础资料数据库中的资料，结合确定的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，分析确定所述研究区的现场数据收集区域；

收集确定的现场数据收集区域的遥感数据，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型；

根据所述基础资料数据库和所述三维地质要素概念模型，确定近地表调查初测位置和近地表初测方案；

按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；

根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；

在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

在一个实施例中，根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息，包括：

从地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图、微测井数据数据、钻孔数据、探地雷达数据、遥感雷达图像、遥感照片、野外实地考察获得的记录、当地气温信息、当地降水信息、地下含水层分布信息、地下水位变化信息中的至少一种，获取所述研究区的地质信息；

其中，所述研究区的地质信息包括以下至少之一：地层、构造、风化、水文特征和气候条件。

在一个实施例中，对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库，包括：

按照数据来源将获取的地质信息分为以下6个大类：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察数据和水文气象数据；

以划分后的6个大类作为逻辑结构，建立所述基础资料数据库。

在一个实施例中，所述环境因素和地质因素包括以下至少之一：岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用和低温。

在一个实施例中，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型，包括：

确定分界线的划分标准；

根据所述划分标准，对所述遥感数据进行初步遥感解译，划分分界线；

在划分的分界线的基础上，外推出边界界限；

根据外推出的边界界限，建立三维地质要素概念模型。

在一个实施例中，根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应，包括：

根据获取的现场施工数据验证确定的地质要素概念模型与预定预期值之间的差值；

如果差值大于预定阈值，则调整不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型，直至建立的三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应。

在一个实施例中，在根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型之后，所述方法还包括：

根据地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型，建立波速要素和地质要素的关联关系；

根据建立的波速要素和地质要素的关联关系，对所述地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型进行可行性分析，形成可行性分析报告。

在一个实施例中，在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型，包括：

在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立初步的速度场模型；

分析所述初步的速度场模型，确定近地表探测方法和方案；

根据所述近地表探测方法和方案搜集近地表数据；

根据搜集的所述近地表数据，对初步的速度场模型进行修正，得到地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

本发明实施例还提供了一种地球物理的近地表三维速度场研究装置，以解决现有技术中因仅考虑符合研究区概况的地球物理数据建立近地表速度模型，而导致的近地表速度模型准确性不高的技术问题，该装置包括：

地质信息获取单元，用于根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息；

基础资料数据库建立单元，用于对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库；

地质因素确定单元，用于根据所述基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

现场收集区域确定单元，用于根据所述基础资料数据库中的资料，结合确定的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，分析确定所述研究区的现场数据收集区域；

三维模型建立单元，用于收集确定的现场数据收集区域的遥感数据，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型；

初测位置和方案确定单元，用于根据所述基础资料数据库和所述三维地质要素概念模型，确定近地表调查初测位置和近地表初测方案；

现场数据获取单元，用于按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；

调整单元，用于根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；

地质与速度场模型建立单元，用于在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

在一个实施例中，所述地质信息获取单元具体用于从地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图、微测井数据数据、钻孔数据、探地雷达数据、遥感雷达图像、遥感照片、野外实地考察获得的记录、当地气温信息、当地降水信息、地下含水层分布信息、地下水位变化信息中的至少一种，获取所述研究区的地质信息；其中，所述研究区的地质信息包括以下至少之一：地层、构造、风化、水文特征和气候条件。

在一个实施例中，所述基础资料数据库建立单元，包括：

类型划分模块，用于按照数据来源将获取的地质信息分为以下6个大类：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察数据和水文气象数据；

基础资料数据库建立模块，用于以划分后的6个大类作为逻辑结构，建立所述基础资料数据库。

在一个实施例中，所述环境因素和地质因素包括以下至少之一：岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用和低温。

在一个实施例中，所述三维模型建立单元包括：

标准确定模块，用于确定分界线的划分标准；

分界线划分模块，用于根据所述划分标准，对所述遥感数据进行初步遥感解译，划分分界线；

外推模块，用于在划分的分界线的基础上，外推出边界界限；

三维模型建立模块，用于根据外推出的边界界限，建立三维地质要素概念模型。

在一个实施例中，所述调整单元包括：

差值确定模块，用于根据获取的现场施工数据验证确定的地质要素概念模型与预定预期值之间的差值；

调整模块，用于在差值大于预定阈值的情况下，调整不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

重建模块，用于根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型，直至建立的三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应。

在一个实施例中，所述调整单元，还包括：

关联关系建立模块，用于在重新建立三维地质要素概念模型之后，根据地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型，建立波速要素和地质要素的关联关系；

报告形成模块，用于根据建立的波速要素和地质要素的关联关系，对所述地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型进行可行性分析，形成可行性分析报告。

在一个实施例中，所述地质与速度场模型建立单元，包括：

初步速度场模型建立模块，用于在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立初步的速度场模型；

分析模块，用于分析所述初步的速度场模型，确定近地表探测方法和方案；

搜集模块，用于根据所述近地表探测方法和方案搜集近地表数据；

修正模块，用于根据搜集的所述近地表数据，对初步的速度场模型进行修正，得到地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

在本发明实施例中，提出了一种地球物理的近地表三维速度场研究方法，在该研究方法中建立的是三维模型，且该三维模型的建立是依据地质信息建立的，在模型建立的过程中还结合遥感数据等，数据来源比较多元化，从而实现了综合遥感、近地表地球物理探测等多源资料分析的多元地质要素的地质约束速度建模的模型建立和三维速度场研究，解决了现有技术中因仅考虑符合研究区概况的地球物理数据建立近地表模型，而没有考虑到综合利用地质信息对速度模型进行约束，而导致的近地表速度模型准确性不高的技术问题，达到了有效提高近地表速度模型准确性的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的地球物理的近地表三维速度场研究方法流程图；

图2是根据本发明实施例的地球物理的近地表三维速度场研究装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本例中提供了一种地球物理的近地表三维速度场研究方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息；

步骤102：对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库；

步骤103：根据所述基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

步骤104：根据所述基础资料数据库中的资料，结合确定的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，分析确定所述研究区的现场数据收集区域；

步骤105：收集确定的现场数据收集区域的遥感数据，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型；

步骤106：根据所述基础资料数据库和所述三维地质要素概念模型，确定近地表调查初测位置和近地表初测方案；

步骤107：按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；

步骤108：根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；

步骤109：在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

在本例中，提出了一种地球物理的近地表三维速度场研究方法，在该研究方法中建立的是三维模型，且该三维模型的建立是依据地质信息建立的，在模型建立的过程中还结合遥感数据等，数据来源比较多元化，从而实现了综合遥感、近地表地球物理探测等多源资料分析的多元地质要素的地质约束速度建模的模型建立和三维速度场研究，解决了现有技术中因仅考虑符合研究区概况的地球物理数据建立近地表模型，而没有考虑到综合利用地质信息对速度模型进行约束，而导致的近地表速度模型准确性不高的技术问题，达到了有效提高近地表速度模型准确性的技术效果。

具体的，在实现的过程中，可以但不限于从地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图、微测井数据数据、钻孔数据、探地雷达数据、遥感雷达图像、遥感照片、野外实地考察获得的记录、当地气温信息、当地降水信息、地下含水层分布信息、地下水位变化信息等一种或多种数据来源中获取研究区的地质信息，最终获取的研究区的地质信息可以包括但不限于以下至少之一：地层、构造、风化、水文特征和气候条件，以上所列举的数据来源、地质信息的种类都是为了更好地说明本发明，还可以采用的其它的数据来源，或者是获取其它的地质信息，本申请对此不作限定。

在上述步骤102中，对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库，可以包括：按照数据来源将获取的地质信息分为以下6个大类：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察数据和水文气象数据；以划分后的6个大类作为逻辑结构，建立所述基础资料数据库，即，基础资料数据库是按照数据来源进行分类建立的。

在步骤103中提及了根据基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，具体的可以是确定岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用和低温等对近地表地层速度的影响。

基于前期调研和收集的高精度资料，在建立三维地质要素概念模型的过程中，需要依据这些数据进行初步的遥感解译，然后划分出分界线，进一步的外推出边界界限，最终形成三维地质要素概念模型，具体的，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型，可以包括：确定分界线的划分标准；根据所述划分标准，对所述遥感数据进行初步遥感解译，划分分界线；在划分的分界线的基础上，外推出边界界限；根据外推出的边界界限，建立三维地质要素概念模型。

在上述步骤107中，根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应，可以包括：根据获取的现场施工数据验证确定的地质要素概念模型与预定预期值之间的差值；如果差值大于预定阈值，则调整不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型，直至建立的三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应。

考虑到在建立了三维地质要素概念模型后，还可以对其进行可行性分析，并形成可行性分析报告，以便确定出该概念模型是否符合要求，以进一步确定出该区域地质主控因素，定性给出该近地表三维分析方法的选择结论和规模的可行性分析。即，在根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型之后，上述方法还包括：根据地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型，建立波速要素和地质要素的关联关系；根据建立的波速要素和地质要素的关联关系，对所述地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型进行可行性分析，形成可行性分析报告。

最终需要得到的是一个地质与速度场模型而并非是上面的概念模型，即，需要在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型，在具体实现的过程中，需要先在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立初步的速度场模型；然后分析所述初步的速度场模型，确定近地表探测方法和方案，最后再根据所述近地表探测方法和方案搜集近地表数据，并根据搜集的所述近地表数据，对初步的速度场模型进行修正，最终得到地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

下面结合一个具体的实施例来对上述地球物理的近地表三维速度场研究方法进行说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在本例中，提供了一种综合遥感、近地表地球物理探测等多源资料分析的多元地质要素的建模分析方法及系统，用以研究近地表三维地质要素分布及其速度场的变化，其中，研究近地表三维地质要素及其对应的速度场的变化主要是用于对从区域地质调查到大规模三维地震调查间的石油勘探的工作流程进行改进，通过建立的速度场改善静校正，从而有效地提高三维地震的精度。总的体系包括：

S1：收集近地表多种来源的探测信息，其中，收集的探测信息包括但不限于：遥感雷达数据、物探化探数据、探地雷达数据、野外踏勘资料、高精度照片等；

S2：结合区域已有的研究成果和相关的地质勘查资料，分析确定建模的地质要素和分类标准，例如：确定地表遥感解译地质界限的分层标准等；

S3：根据确定的标准，提取地质要素，建立地质要素基础数据库；

S4：根据地质要素将数据抽象为点、线、面、体和场等空间要素，并根据建模需要将空间要素分类；

S5：在辅助人工解译的基础上配合建模算法，建立起三维模型，并进一步指导分析建立三维速度场，用以提高静校正的精度，具体包括：根据研究区域的地质背景资料，从地质角度分析研究区域的主控因素，基于前期调研的结果和遥感资料，建立三维地质概念模型，并对其进行分析，设计近地表初测方案实施，并给出进一步的可行性分析报告，设计规模化近地表探测的方案，配合区域三维地震勘探工程实施，进一步补充相关数据，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型，并给出解释结论。

即，通过高精度遥感解译，详细分析地表分层的特征，配合地球物理手段和野外踏勘资料等，建立近地表模型及三维速度场用以提高地震勘探等工作的有效精度，并能更合理地控制勘探成本。

在实现的过程中需要用到：遥感影像、激光雷达、探地雷达、微测井和小折射等。

其中，遥感影像可以采用航拍的方式获得，获取的遥感影像分辨率达到0.2米，数字高程模型的分辨率达到1米，飞行工作一般选择晴日无云条件进行。

激光雷达可以达到的分辨率为毫米级，相关的测量数据结果为点云数据和影像数据，地面测量时的实施方案为选择重点露头区，采用近距离高密度采集方式，测量工作选举天气晴朗云量小的天气开展。

探地雷达的采集工作主要选择无水干燥的覆盖区开展，采用线性路径获取地下浅层结构剖面数据。

在收集了上述数据后，就可以按照以下步骤分析确定地质要素(包括以下步骤A至步骤D)：

步骤A：建立基础地质数据库，分析研究区域的主控因素，主要包括：

步骤A1：根据研究区的区域地质概况以及研究内容收集整理相关资料，主要包括：研究区的主要地层、主要构造、风化情况、水文特征、气候条件等等，建立基础资料数据库。

步骤A2：根据收集录入的资料，分析研究区的各种环境、地质因素可能对近地表地层速度造成的影响。

上述步骤A1中的相关资料可以包括但不限于从研究区地质调查相关部门获得的普通地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图等，勘查工作获得的微测井、钻孔、探地雷达等数据，从研究区当地测绘部门获得的遥感雷达图像、遥感照片，野外实地考察踏勘获得的记录，从研究区气象相关部门获得的当地气温、降水信息，从研究区水文相关部门获得的地下含水层分布、地下水位变化等信息。

收集到足以进行接下来的分析的资料后，建立基础资料数据库，在数据库内，可以按照数据来源进行编目分类，主要包括：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察资料、水文气象等辅助资料等几个大类。其中，基础地质图件提供大区域地质背景资料，用以确定近地表地质活动的时代背景、基础大构造特征、主控背景要素等；遥感影像数据提供地表的详细图像资料，用以认识研究区域的地表观察资料，提供地表标志层的识别信息等；勘察资料是近地表地质调查的有效手段，提供表层地下的识别信息和资料等；气候、水文资料提供了对本研究区的风化程度、潜水面变化等分析研究的资料支持。

上述步骤A2中，通过地震勘探可以获得地震波速度的分布，理论上讲，地震波速度由模量和密度确定： 然而在实际计算中，地震波速度进一步取决于孔隙度和压强等因素：

下面影响速度的几个参数：岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用、低温等进行说明：

1)岩性，是影响速度的最重要因素，岩性彼此间差异首先表现为孔隙压缩性系数不同，一般来说，火成岩的地震波速度比变质岩和沉积岩的高且变化范围小，变质岩的速度变化范围较大，沉积岩的速度较低且变化范围大。

2)密度，虽然理论上速度与密度成负相关关系，但在实际计算过程中，随着岩石密度的增长，其硬度也随之增长，一般模量增长更快，因此速度会随密度的增加而增加，两者之间的线性经验公式为：v_p＝4.75ρ-7.3，两者之间的指数经验公式为：Gardner(1974)提出了指数经验公式ρ＝0.23v_p ^0.25。进一步的，在对3大类岩石进行波速和密度之间的线性回归计算后，确认花岗岩、闪长岩、砂岩、石灰岩4种岩石的波速与密度的关系为线性全相关关系，变质岩、沉积岩中的粉砂岩和白云岩的波速和密度之间是线性不相关的。

3)孔隙度，对于干燥岩石，一般来说，速度和孔隙度成负相关关系。砂岩中的粘土成分对速度有显著的影响：随着粘土成分的下降，岩石的波速上升，近地表风化地层的速度也会体现这一规律。

4)水饱和度，考虑速度和水饱和度之间的关系时，孔隙度因素也必然包含在内。速度随水饱和度的增加而增加，显然，孔隙度越大，这一效应就越明显。时间平均公式的经验公式：其中，v_f表示岩石孔隙流体中的速度，而v_m表示岩石基质中的速度。通过对各种类型岩石的大量研究发现，饱和度低于约85％时，速度和饱和度之间呈平缓的线性关系，当饱和度超过约85％时，饱和度对速度的影响明显增强，且孔隙度越大这一变化越明显。

5)压强，压强对速度的影响比较复杂，不仅因为压强的变化会同时导致孔隙度、密度等因素的变化，还因为微裂隙、节理、饱和度等复杂作用的影响。但一般来说，压强和速度之间确实有正相关关系，通过对近地表玄武岩、凝灰岩、集块岩的研究，提出实验数据主要包含在σ＝v_p ³和σ＝0.248v_p ³两条趋势线之间，然而，此范围仍不能包含所有的实验数据。另外，在高压情况下，压强增长速度达到某一极限值后便不再增长，但近地表压强一般不在此范围内。

6)风化作用，风化作用会增加岩石的孔隙度、降低岩石的密度、减弱岩石中颗粒的胶结作用，根据上述分析，风化作用会降低速度。

7)低温，温度下降到冰点以下后，冻结也会对速度产生影响。实验发现，对于水饱和、空隙度较大的岩石，冻结后速度与室温下相比有20～50％的提升；另一方面，对于干燥或孔隙度低的岩石，速度几乎没有增加。

8)综合作用，实际情况下，上述各因素并不是相互独立的，而且其对速度的作用也会发生相互影响。例如：对于水饱和的岩石，压强对速度的影响远不如对干燥岩石的影响明显。

一般来说，随着深度的增加，压强增大，速度逐渐增加，在地质、环境条件较为一致的地层内部，这种变化往往是均匀的，然而，在岩性(地层界面)、风化、地下水等因素的变化界面上，速度变化率一般会发生突变。

因此，需要根据之前收集整理的资料，初步分析研究区的各种环境、地质因素可能对近地表地层速度造成的影响，确定速度的主要影响因素，特别是速度变化率可能发生突变的界面，包括：从地质剖面图、地层综合柱状图等地质资料分析推测获得的地层界面，从遥感图像、野外观察等资料分析推测获得的风化条件变化界面(如风化壳界面)，从各种水文资料分析推测获得的地下水条件变化界面(如含水层边界、潜水层水面)等。

在近地表岩层组成单一、风化作用较为强烈的干旱地区，主要影响因素可能是风化壳的界面；在岩层分布比较复杂的山地地区，主要影响因素则可能是岩层的界面；对于湿润地区，地下水位可能成为主要影响因素。

步骤B：基于前期调研和收集得到的高精度遥感资料，建立三维地质概念模型，并对建立的模型进行分析，主要包括：

步骤B1：根据基础数据资料，并结合步骤A中的地质影响要素的结论，分析确定高精度遥感数据的收集区域，并收集现场数据，将收集的现场数据录入系统。

在本例中，岩性是一种重要的地质要素控制因素，需要通过收集高精度的遥感资料，并配合已知产状点的岩性信息，综合进行地质解译，从而得到对应的岩性要素遥感解译结果。因此，收集研究区域内地表遥感影像数据的时候，需要在晴日无云条件下进行航拍，具体的实施系统参数可以设定为：遥感影像分辨率到达0.2米，数字高程模型分辨率达到1米。

对于重要的露头信息，选取合适的露头位置和方位，采用激光雷达收集RGB数据和强度数据，具体的实施系统参数为：采用近距离高密度采集方式，扫描距离一般在100米以内，点云间距达到毫米级。

产状点数据，来源为A部分的基础地质资料和现场采点实测，现场采样的原则为：覆盖区内所有不同的色、形、纹、貌四种影像特征要素的分层；覆盖构造有利部位；覆盖构造、岩性突变部位。

步骤B2：在步骤B1的基础上确定分界线的划分标准，进行初步的遥感解译，并划分分界线；

在收集取得研究区的高精度遥感资料后，在野外踏勘资料所确定的研究区域的地层时代分布，地层产状、重点构造位置的基础上，分析确定遥感解译地质要素分界线的标准，主要有两个适应标准：一是遥感解译的地质要素分层标准同研究目的(速度)适应，目的是建立速度场模型，所以应该从建立速度场模型的角度出发来进行遥感解译；二是遥感解译产状三维外推的变化同分析区域地质主控因素适应；总的来说，关键在于分层概念要素对应速度变化要素。

遥感影像记录的是地质体光谱反射和辐射特征，通过分析色、形、纹、貌四种影像特征要素表征，辅助已知控制点(产状点)，遵循由易到难、由表及里、由新到老和由点到面的原则进行遥感解译。解译时先从地质构造简单、地层出露齐全，遥感影像上地质信息丰富，岩石、地质现象的裸露的清晰地区开始；然后再推进到解译难度较大，岩石、地质现象被覆盖的地区；推进时，可采取多方向推进，充分利用已知产状点数据等辅助信息，从已掌握地质情况或建立解译标志的区(点)出发，垂直地质构造走向(即沿地质剖面)进行解译，通过解译掌握地层层序与变化，了解调查区域的基本地质状况；然后，再由线(剖面或路线)沿地质走向向两侧延伸解译，进而完成对面的解译。

在本例中，以岩性作为主控因素，因此分层界线选取为岩性不同的区域的边界线，符合本例定义的第一个适应标准。因此，遥感解译的工作是对岩性特征的识别，以区别出不同岩性特征的分布区域，得到其区域边界线。

遥感影像的典型识别特征为岩性不同造成的在遥感影像上形成了条纹状的不同区域的颜色特征，根据颜色不同区域的板状、条带状、垄岗状等标志可以进行半自动式地人工计算机辅助交互解译。

上述的解译工作可以在遥感解译子系统上进行，该子系统通过金字塔式数据组织方式实现数据管理和浏览，直接将遥感影像叠加在数字高程影像上(DEM)，从而恢复出真实的三维坐标状态，整个解译环境建立在真三维的坐标前提下，能够有效地提高解译的准确性，同时通过导入显示已有产状点的相关信息和外推方向作为参考，通过交互解译的方式直接得到解译的三维岩性地层边界线信息。

步骤B3：在步骤B2划分分界线的基础上确定分界线上的外推估计方法，外推边界界限；

在B2步骤获得遥感解译的边界线的基础上，结合已有的产状点信息和在步骤A中收集的前期区调的少量的探井信息，分析确定地表遥感解译边界线的外推方法。

在本例中提出了一套基于地质的向量场外推方法，以岩性分析为例，在地质领域，不同地质体之间的边界界面可以用产状的概念来表达，包括：走向、倾向和倾角等。将产状的概念几何化，对于空间中任意一个界面上的位置，其上的产状信息均可以用该点上的一个方向向量来表示，然而，在三维空间，该点任意一个向量都可以由从该点出发的一个三维坐标系来表达，根据影响要素分类可以进行进一步的计算。

通过综合研究，将空间向量场按照不同方向的影响因子进行三维投影，分别进行计算再综合的三维向量场外推插值方法。从地质理论来看，地层岩性因素控制作用下的外推，三个插值方向应为沿地层面方向、垂直地层面方向、沿地层走向方向，外推的方向向量代表地层界面的形态展布；风化作用控制下的外推，三个插值方向应为垂直方向，沿地层走向方向、垂直地层走向方向，外推的方向向量代表风化特征(厚度)形态展布；潜水面控制的外推，三个插值方向应为垂直方向，海平面方向、主流向方向。在确定方向后进行综合插值，可选取插值的方法包括：整体插值，即用研究区域所有采样点的数据进行全区域的特征拟合，例如：边界内插法、趋势面分析等；部分插，即仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，例如：最邻近点法(泰森多边形方法)、移动平均插值方法(距离倒数插值法)、样条函数插值方法、空间自协方差最佳插值方法(克里金插值)等。根据选择的参考点数据和地质要素的不同选择合适的插值方法来建立符合我们需求的产状外推界线。

在本例中，考虑到区域主要受岩性控制，而且地表产状往往较为陡直，因此在辅助建模子系统中提供了三个轴平面方向的插值计算，特征比例为1:1:10，水平形变特征参数为0，外推采样计算间隔密度为20，通过子系统中的相关工具设置不同的参数，交互圈定已知的产状点(以平面距离50m范围内的点)和相关的探井(局部控层参考)作为参考点，选取移动平均插值方法进行综合插值，即可以得出地表遥感解译地层界线的外推结果。

在本子系统中还同时提供了交互工具，可以人工补录新的产状点信息，可以直接输入文本数据，也可以指定三点由三点法计算而得，将此作为精细处理控制要素时补充数据的方法和手段。在插值结果不满意时，可以通过补录数据，改变参数的方式来调整插值结果，以符合操作者的预期。

步骤B4：在步骤B3的基础上进行三维建模，生成地质要素的概念模型。

基于步骤B2和步骤B3中综合调整解释控制数据的结果，近地表三维地质要素概念模型的方法采用由面及体法来建立，具体步骤如下：

B41：地质界面要素定义：三维界线根据地质要素进行分组，同组的地质界线应相连形成统一的地质界面；

B42：拟合地质界面：同组地质界线拟合地质界面，拟合的方法有多种，包括：直接剖分法，投影插值法，轮廓线形变法等，通过选取合适的方法形成连续的地质界面；

B43：组分割：用于解决界面之间的相互交切，因为在外推计算时均是各个地质界线独立运算分析，从整体情况上，不同地质界面之间存在着剥蚀等关系，通过组分割的功能来调整各个地质界面之间的关系。

B44：圈闭成体：补充地形和建模区范围包围盒，将组分割形成的区块圈闭成体。将地质界面间的不同地质体进行组装，形成地质要素概念模型，方便观察和分析。

在本例中，研究区域的主要层序为砂泥岩互层，走向较为统一，形成的外推界线具有较好的递推特征，可以选用轮廓线形变法，形变规则采用双线性插值，即可得到符合预期的拟合结果，形成基础地质概念模型。

步骤C：设计近地表初测方案，实施，并给出进一步的可行性分析报告，主要包括：

步骤C1：根据步骤A中的基础地质信息和步骤B建立的地质要素概念模型，确定近地表调查的初测位置，其中，该初测位置应覆盖典型分区界面，地质要素突变地区，露头地区等；设计近地表的初测方案包括：确定实施操作的实际可行性，确定微测井的施工深度，确定采样方案(主要是获取对应位置的岩性、风化程度等信息)。

根据上述步骤A中的基础地质信息和步骤B中的地质要素概念模型，分析确定概念模型中需要补充数据的区域。对于典型的构造/岩性分区界面，在界面附近位置设计微测井，需要保证微测井有效打穿界面，观察在估计的分区界面两侧的速度变化，确认界面对速度分异的有效性；在模型突变地区，即，层面交接削截的区域设计微测井，应保证微测井有效打穿界面，用以指导层面削截的正确性。

对探地雷达剖面，设计横穿该区域，垂直于地层走向，通过尽量多的设计的微测井，辅以适当的采样数据点，以保证收集相关区域内的速度和样品信息来进行验证分析。对于露头地区根据数字露头研究的结果设计在露头后部的微测井，以确定数字露头模型下推的合理性。

对于风化壳(底面)，根据步骤A中收集的基础地质资料，结合野外勘察资料，选取测井和样点进行取样对照分析，确定区域风化底面的基本分布特点和其与岩性的关系，原则上风化层在小区域内厚度是相似的。

对于潜水面，参考步骤A中收集的基础地质资料，分析当前可能的潜水面位置，结合探地雷达探测波形遇水显著紊乱的特点，可以勾勒出潜水面位置。原则上在没有区域性大阻断的情况下，稳定的潜水面是几乎平行于海平面的。

根据以上基本地质原则和要素关系，确定出需要实施数据采集的位置，结合施工的现场和设备操作可行性，进一步确定微测井现场施工的位置、施工的深度，探地雷达设备的剖面位置和需要采样的位置、间隔等，给出近地表初测的工程化方案。

遵循的工程化原则主要有：

1)已有探/测/炮井点的位置尽量利用，直接进行微测井数据收集；

2)测井深度以到达有效高速层为依据，但是如果遇到见水等特殊情况造成的异常，应利用现场油田的其他有效数据合理分析见水的原因，确定见水层层位，以便于进一步分析见水层在全区内可能的影响；

3)应用三维分析，探地雷达可以选择折剖面测量，尽可能多的通过微测井，形成连井信息，并覆盖地质要素突变地区；

4)探地雷达应形成基本的区域覆盖，保证相关的区域内都有已知信息。

在本例中，岩性主控，泥砂互层，且通过采样点数据已知区域内泥砂层的基本特性一致。因此设计初测方案为4口微测井，1条探地雷达剖面。4口微测井分别覆盖了低位泥砂交叠区域，典型泥岩层，典型砂岩层的信息，同时考虑到施工难度，尽量选择平缓的低地，探地雷达剖面设计通过微测井，能够形成较为有效的比对信息。

步骤C2：在步骤C1的基础上按照方案进行施工，现场采集数据；

根据设计的初测方案，进行预查的现场施工，现场采集数据。在本例中，最终目标是建立三维速度场，而经过地球物理解释的数据往往只给出了解释的分层信息和对应的速度结论，大部分中间数据在解释阶段被归在同一层内而被过滤掉。

以微测井数据为例，最终给出的解释结论中只有三个带的分层点和对应的速度信息，而在实际工程现场是以0.5m，1m，2m，5m的变间隔连续采样，这些中间数据对于分析有利，因此本发明系统要求采集现场数据，而不仅仅是解释结论。

在本例中，在获得最终解释结论的同时，也需要取得相关的过程数据，作为已知数据进行分析。

步骤C3：在步骤C2的基础上进行综合分析，确定出步骤B中生成的地质要素概念模型的合理性，如果预期差别较大，则返回步骤B调整概念模型要素重新分析，直至得到地质要素同波速相适应的特征，并形成对应的可行性分析报告。

根据采集的速度信息，验证地质要素概念模型的分界面同采集分层信息的一致性。如果发现存在同地质要素概念模型差距大于预期，应该从地质要素角度分析原因，确定地质要素选取的合理性，进一步调整地质要素的作用，重复步骤B2至步骤B4中的相关步骤，调整概念模型，直至得到地质要素同波速相适应的特征，建立起波速要素同地质要素的关联关系，结合步骤A中的结论，分析确定研究区内速度变化的主控因素，给出可行性分析报告。

可行性分析报告应给出波速要素同地质要素的关系，同时给出概念模型的合理性评价，确定区域地质主控因素，定性给出近地表三维分析方法的选择结论和规模可行性分析。

在本例中，经过分析发现，在岩性主控的条件下，风化作用也起到了部分的控制作用，通过定义风化壳厚度为变量参数，结合具体的取样验证参数，可以确定风化层厚不超过50m，但在某些低洼地区，风化壳的地面可能就是高低速转换界面，而在山坡上，主要仍是岩性控制，因此需要对不同空间位置的数据分别采用不同地质要素的不同处理方法。在本例中，选取一个局部区域，提取数据，采用不同的要素方向，按照3：7的作用原则进行插值叠加，得到的界面和采集数据有了较好的吻合。

步骤D：设计近地表规模化地球物理探测的方案，实施该方案，同时进一步补充数据，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型，并给出解释结论，包括：

步骤D1，在步骤C的基础上进一步结合遥感数据和微测井数据，在概念模型的基础上建立起初步的速度场模型，并进行初步验证，具体包括：根据步骤C中迭代得到的概念模型，通过步骤C的分析结论确认已经建立起良好的地质要素分隔，在步骤C中形成的每个地质要素体内部，速度场的分布符合地学基本原则。

在本例中，采用统计学和随机模拟等相关推断算法来计算单个地质要素体内部的三维速度场，通过选取合理的变差函数和插值方法，可以得到全区域内的速度分布模型。同时，在本例中通过去掉一些已知点的信息进行插值，再将其放回进行比对的方法来进行初步验证，并通过方差和统计的方法，来进行相关的风险评估。

在步骤C实施的基础上进行了初步速度模型的建立验证，采用贝叶斯克里金算法对区域进行了插值生成速度场，选取的变差函数椭球长轴沿走向方向，通过验证发现，在距离已知数据较近时，本方法有较好的控制，但在距数据较远时，方差过大，缺乏控制数据，需要进一步补充数据。按方差过滤时，方差大于指定值的风险性随着远离控制数据而提高。

步骤D2：在步骤D1的基础上，分析速度模型，确定研究区内速度的关联关系，对于可能产生速度异常或高风险的区域，分析其原因，确定数据补充的近地表探测方法(微测井，微地震)及方案，根据设计方案补充收集近地表数据，在地质要素模型的基础上建立协调的速度场模型，给出地质要素同速度描述的区域性解释结论；

即，根据步骤D1的结果，确认速度关联的关系，如果认为速度模型已符合设计要求，则可以直接进入步骤D3，进行进一步分析，如果仍然有异常值或需进一步分析的，应分析速度异常或高风险区域存在的原因，同时参考三维地震勘探的规划，确定关注区。

其中，常见的速度异常或风险评价过大的原因有：控制数据不足、数据一致性未调谐、估计方法选取不当等。以上问题均可以通过补充数据来进一步完善分析，进行方法的调整，从而得到合理的分析结果。通过进一步补充数据，确定合理的规划范围，调整相关插值或模拟的方法，从而形成新的速度场模型，进一步比对。

在本例中，参考三维地震设计，通过重新设计增加了2口微测井以提供更多的数据控制，以有利进一步分析调整变差函数，从而更新速度场。

步骤D3：在确认速度模型的基础上，分析速度模型，确定低速带、降速带、高速带的分类关系，建立起高速顶界面等指示性信息，指导三维地震静校正。即，在确定D2三维速度场建立的基础上，参考微测井对近地表解释的分类结论，综合全区的分析结果，得到低速带、降速带、高速带的分类标准，并给出相应的结论，建立起相应的界面，如高速顶界面，用以指导分析三维地震静校正。

在本例中，将低速带的标准定为800m/s，降速带的标准定为1500m/s，高速带的标准定为2000m/s，由此建立起高速顶界面，实际工程量相比该区域原始的近地表调查方案减少了40％的布设需要，同时与之前的方法相比，精度有了明显的提高。

在上述实施例中，提出了近地表范围内速度分布与地质要素之间的影响关系，并提出了风化和岩性两种主要的速度控制模式，同时将近地表速度场研究提升至“三维”,而不仅仅是针对地震剖面和高速顶界面问题的研究，且提出了以要素匹配模式作为研究近地表问题的建模核心依据和标准，同时提出了以地质要素概念模型“渐进式”限定地球物理数据收集方式和分析空间分布信息，而不同与传统的仅是将地球物理数据与地质数据进行“一次性”匹配比对，从而将石油勘探中的各个环节：预查、普查和详查等有效结合在了一起。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种地球物理的近地表三维速度场研究装置，如下面的实施例所述。由于地球物理的近地表三维速度场研究装置解决问题的原理与地球物理的近地表三维速度场研究方法相似，因此地球物理的近地表三维速度场研究装置的实施可以参见地球物理的近地表三维速度场研究方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2是本发明实施例的地球物理的近地表三维速度场研究装置的一种结构框图，如图2所示，包括：地质信息获取单元201、基础资料数据库建立单元202、地质因素确定单元203、现场收集区域确定单元204、三维模型建立单元205、初测位置和方案确定单元206、现场数据获取单元207、调整单元208和地质与速度场模型建立单元209，下面对该结构进行说明。

地质信息获取单元201，用于根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息；

基础资料数据库建立单元202，用于对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库；

地质因素确定单元203，用于根据所述基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

现场收集区域确定单元204，用于根据所述基础资料数据库中的资料，结合确定的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，分析确定所述研究区的现场数据收集区域；

三维模型建立单元205，用于收集确定的现场数据收集区域的遥感数据，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型；

初测位置和方案确定单元206，用于根据所述基础资料数据库和所述三维地质要素概念模型，确定近地表调查初测位置和近地表初测方案；

现场数据获取单元207，用于按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；

调整单元208，用于根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；

地质与速度场模型建立单元209，用于在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

在一个实施例中，地质信息获取单元201具体用于从地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图、微测井数据数据、钻孔数据、探地雷达数据、遥感雷达图像、遥感照片、野外实地考察获得的记录、当地气温信息、当地降水信息、地下含水层分布信息、地下水位变化信息中的至少一种，获取所述研究区的地质信息；其中，所述研究区的地质信息包括以下至少之一：地层、构造、风化、水文特征和气候条件。

在一个实施例中，基础资料数据库建立单元202，包括：类型划分模块，用于按照数据来源将获取的地质信息分为以下6个大类：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察数据和水文气象数据；基础资料数据库建立模块，用于以划分后的6个大类作为逻辑结构，建立所述基础资料数据库。

在一个实施例中，所述环境因素和地质因素包括以下至少之一：岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用和低温。

在一个实施例中，三维模型建立单元205包括：标准确定模块，用于确定分界线的划分标准；分界线划分模块，用于根据所述划分标准，对所述遥感数据进行初步遥感解译，划分分界线；外推模块，用于在划分的分界线的基础上，外推出边界界限；三维模型建立模块，用于根据外推出的边界界限，建立三维地质要素概念模型。

在一个实施例中，调整单元208包括：差值确定模块，用于根据获取的现场施工数据验证确定的地质要素概念模型与预定预期值之间的差值；调整模块，用于在差值大于预定阈值的情况下，调整不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；重建模块，用于根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型，直至建立的三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应。

在一个实施例中，调整单元208，还包括：关联关系建立模块，用于在重新建立三维地质要素概念模型之后，根据地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型，建立波速要素和地质要素的关联关系；报告形成模块，用于根据建立的波速要素和地质要素的关联关系，对所述地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型进行可行性分析，形成可行性分析报告。

在一个实施例中，地质与速度场模型建立单元209，包括：初步速度场模型建立模块，用于在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立初步的速度场模型；分析模块，用于分析所述初步的速度场模型，确定近地表探测方法和方案；搜集模块，用于根据所述近地表探测方法和方案搜集近地表数据；修正模块，用于根据搜集的所述近地表数据，对初步的速度场模型进行修正，得到地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：一种地球物理的近地表三维速度场研究方法，在该研究方法中建立的是三维模型，且该三维模型的建立是依据地质信息建立的，在模型建立的过程中还结合遥感数据等，数据来源比较多元化，从而实现了综合遥感、近地表地球物理探测等多源资料分析的多元地质要素的地质约束速度建模的模型建立和三维速度场研究，解决了现有技术中因仅考虑符合研究区概况的地球物理数据建立近地表模型，而没有考虑到综合利用地质信息对速度模型进行约束，而导致的近地表速度模型准确性不高的技术问题，达到了有效提高近地表速度模型准确性的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种地球物理的近地表三维速度场研究方法，其特征在于，包括：

根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息；

对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库；

根据所述基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

根据所述基础资料数据库中的资料，结合确定的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，分析确定所述研究区的现场数据收集区域；

收集确定的现场数据收集区域的遥感数据，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型；

根据所述基础资料数据库和所述三维地质要素概念模型，确定近地表调查初测位置和近地表初测方案；

按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；

根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；

在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息，包括：

从地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图、微测井数据数据、钻孔数据、探地雷达数据、遥感雷达图像、遥感照片、野外实地考察获得的记录、当地气温信息、当地降水信息、地下含水层分布信息、地下水位变化信息中的至少一种，获取所述研究区的地质信息；

其中，所述研究区的地质信息包括以下至少之一：地层、构造、风化、水文特征和气候条件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库，包括：

按照数据来源将获取的地质信息分为以下6个大类：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察数据和水文气象数据；

以划分后的6个大类作为逻辑结构，建立所述基础资料数据库。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境因素和地质因素包括以下至少之一：岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用和低温。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型，包括：

确定分界线的划分标准；

根据所述划分标准，对所述遥感数据进行初步遥感解译，划分分界线；

在划分的分界线的基础上，外推出边界界限；

根据外推出的边界界限，建立三维地质要素概念模型。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应，包括：

根据获取的现场施工数据验证确定的地质要素概念模型与预定预期值之间的差值；

如果差值大于预定阈值，则调整不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型，直至建立的三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型之后，所述方法还包括：

根据地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型，建立波速要素和地质要素的关联关系；

根据建立的波速要素和地质要素的关联关系，对所述地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型进行可行性分析，形成可行性分析报告。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型，包括：

在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立初步的速度场模型；

分析所述初步的速度场模型，确定近地表探测方法和方案；

根据所述近地表探测方法和方案搜集近地表数据；

根据搜集的所述近地表数据，对初步的速度场模型进行修正，得到地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

9.一种地球物理的近地表三维速度场研究装置，其特征在于，包括：

地质信息获取单元，用于根据研究区的区域地质和研究内容，获取所述研究区的地质信息；

基础资料数据库建立单元，用于对获取的地质信息，按照数据来源进行分类得到基础资料数据库；

地质因素确定单元，用于根据所述基础资料数据库中的资料，确定不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

现场收集区域确定单元，用于根据所述基础资料数据库中的资料，结合确定的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，分析确定所述研究区的现场数据收集区域；

三维模型建立单元，用于收集确定的现场数据收集区域的遥感数据，根据收集的所述遥感数据，建立三维地质要素概念模型；

初测位置和方案确定单元，用于根据所述基础资料数据库和所述三维地质要素概念模型，确定近地表调查初测位置和近地表初测方案；

现场数据获取单元，用于按照确定的近地表调查初测位置和近地表初测方案，进行施工，获取现场施工数据；

调整单元，用于根据获取的现场施工数据对所述三维地质要素概念模型进行调整，直至所述三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应；

地质与速度场模型建立单元，用于在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述地质信息获取单元具体用于从地质图、地貌及第四纪地质图、地层综合柱状图、地质剖面图、微测井数据数据、钻孔数据、探地雷达数据、遥感雷达图像、遥感照片、野外实地考察获得的记录、当地气温信息、当地降水信息、地下含水层分布信息、地下水位变化信息中的至少一种，获取所述研究区的地质信息；其中，所述研究区的地质信息包括以下至少之一：地层、构造、风化、水文特征和气候条件。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述基础资料数据库建立单元，包括：

类型划分模块，用于按照数据来源将获取的地质信息分为以下6个大类：基础地质图件、勘察数据、遥感影像数据、野外考察数据和水文气象数据；

基础资料数据库建立模块，用于以划分后的6个大类作为逻辑结构，建立所述基础资料数据库。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述环境因素和地质因素包括以下至少之一：岩性、密度、孔隙度、水饱和度、压强、风化作用和低温。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述三维模型建立单元包括：

标准确定模块，用于确定分界线的划分标准；

分界线划分模块，用于根据所述划分标准，对所述遥感数据进行初步遥感解译，划分分界线；

外推模块，用于在划分的分界线的基础上，外推出边界界限；

三维模型建立模块，用于根据外推出的边界界限，建立三维地质要素概念模型。

14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：

差值确定模块，用于根据获取的现场施工数据验证确定的地质要素概念模型与预定预期值之间的差值；

调整模块，用于在差值大于预定阈值的情况下，调整不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响；

重建模块，用于根据调整后的不同环境因素和地质因素对所述研究区近地表地层速度的影响，重新建立三维地质要素概念模型，直至建立的三维地质要素概念模型中的地质要素同波速相适应。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述调整单元，还包括：

关联关系建立模块，用于在重新建立三维地质要素概念模型之后，根据地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型，建立波速要素和地质要素的关联关系；

报告形成模块，用于根据建立的波速要素和地质要素的关联关系，对所述地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型进行可行性分析，形成可行性分析报告。

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述地质与速度场模型建立单元，包括：

初步速度场模型建立模块，用于在地质要素同波速相适应的三维地质要素概念模型的基础上，建立初步的速度场模型；

分析模块，用于分析所述初步的速度场模型，确定近地表探测方法和方案；

搜集模块，用于根据所述近地表探测方法和方案搜集近地表数据；

修正模块，用于根据搜集的所述近地表数据，对初步的速度场模型进行修正，得到地表地质同波速分层相协调的地质与速度场模型。