CN106019372B - 地震波传播速度获取方法、测深方法及地震波观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震波传播速度获取方法、测深方法及地震波观测系统，所述系统包括多个排成直线的等间距的地震检波器以形成地震检波器组件，还包括分别靠近地震检波器组件的两个端头位置的地震波激发器；进行观测时，使两个地震波激发器同时发出地震波，每一个地震检波器均接收两地震波激发器发出的震动信号，并将震动信号转换为对应的电信号后上传至上位机，上位机接收到两个电信号后，分别从两个电信号中获取到对应的反射波信息，计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差，确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，得到距离差，根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

Description

地震波传播速度获取方法、测深方法及地震波观测系统

技术领域

本发明涉及一种地震波传播速度获取方法、测深方法及地震波观测系统。

背景技术

为了得到能够系统地追踪目的层的地震记录，在野外观测时必须适当地选择观测系统、激发点组合方式以及记录仪器参数等。而观测系统的选择是其中重要的组成部分，目前的观测系统主要有:端点(见图1及图2)和中间放炮两种形式(见图3)。这两种获得共反射点道集的方法都是在测线上通过有规律地同时移动激发点与接收排列来达到对地下界面反射点重复采集的目的，这种观测系统也称为多次覆盖观测系统。如图4，多次覆盖观测系统的具体做法是：

为了了解界面上的R点的情况，不只在O₁点激发、在D₁点接收，还分别在O₂激发、D₂接收，O₃激发、D₃接收，它们以O₁D₁的中点M对称地分布。如果界面水平则R点在地面的投影与M点(叫共中心点)重合，并且每次观测到的都是来自R点的反射，R点就叫这些道的共中心点，这些道组成的道集是R点的共反射点道集。该方法也称单边放炮多次覆盖方法，该方法需要多次测试，且每次测试都要在测线上同时将激发点与接收点同时移动一定的道数，这种方法不仅会耗费大量的时间，而且会浪费不必要的人力去挪动检波器，还需计算共反射点，所以工作量非常大，且计算难度比较大。所以如何更高效的解决当前问题就显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够降降低工作量、只需一次激发即可获取反射波的传输速度的地震波传播速度获取方法、测深方法及地震波观测系统。

为解决上述技术问题，本发明采取的一个技术方案是：提供一种地震波观测系统，包括布置于被观测地位置处的多个排成一直线的等间距的地震检波器以形成地震检波器组件，每一个地震检波器均与上位机相连，还包括分别靠近地震检波器组件的两个端头位置的地震波激发器；当进行观测时，使两个地震波激发器同时发出地震波，每一个地震检波器均接收两个地震波激发器发出的震动信号，并将震动信号转换为对应的电信号后上传至上位机，所述上位机接收到两个电信号后，分别从两个电信号中获取到对应的反射波信息，并计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差，然后确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，从而得到距离差，根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

其中，所述传播速度通过以下公式得到：

其中，v为传播速度，S1为位于其中一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，S2为位于另一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，t为两个反射波到达同一个地震检波器的时间差。

为解决上述技术问题，本发明采取的一个技术方案是：提供一种地震波传播速度获取方法，包括以下步骤：

将地震波观测系统布置于被观测地位置；

将地震波观测系统中的每一个地震检波器与上位机相连；

使地震波观测系统中的两个地震波激发器同时发出地震波；

使每一个检波器均接收两个地震波激发器发出的震动信号将转换为对应的电信号后上传至上位机；

使上位机接收到两个电信号后，分别从两个信号中获取到对应的反射波信息，计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，从而得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差；

上位机确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，从而得到距离差；

根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

其中，所述传播速度通过以下公式得到：

其中，v为传播速度，S1为位于其中一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，S2为位于另一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，t为两个反射波到达同一个地震检波器的时间差。

其中，通过以下步骤将地震波观测系统布置于被观测地位置：

将多个地震检波器等间距的布置于被观测地位置处，布置于地面上后的多个地震检波器排列呈一直线，形成地震检波器组件；

将第一个地震波激发器布置于被观测地位置处，使其位于直线左侧的一个地震检波器的左侧；

将第二个地震波激发器布置于被观测地位置处，使其位于直线右侧的一个地震检波器的右侧，从而使得两个地震波激发器分别靠近地震检波器组件的两个端头。

其中，使地震波观测系统中的两个地震波激发器同时发出地震波的步骤中，通过同时进行锤击法使两个地震波激发器同时发出地震波。

为解决上述技术问题，本发明采取的一个技术方案是：提供一种地震测深方法，包括以下步骤：

通过所述的地震波传播速度获取方法来获取地震波的传播速度及对应的传播时间；

将传播时间转换为对应的深度，从而得到地震深度。

将传播时间转换为对应的深度的步骤中，通过以下公式进行转换：

其中，t表示两个反射波到达同一地震检波器的时间差，v表示反射波的层间传播速度，H表示地面至反射波的反射点的深度，X₁表示其中一端的地震波激发器到同一个地震检波器的距离的一半，X₂表示另一端的地震波激发器到同一个地震检波器的距离的一半。

本发明的地震波传播速度获取方法、测深方法及地震波观测系统，双边同时进行放炮，检波器接收这两次波形，由于未移动炮点(地震波激发器)与接收点(地震检波器)，所以地震检波器所得到的两道波形为，从而可得到单边放炮多次覆盖的效果，但又减少了工作量。该方法无须移动接收点与炮点，所以无需花费时间和人力去移动炮点和地震检波器，无需计算共反射点道集，减少工作量的同时又能减少等待时间，同时降低了上位机的工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1及图2是现有技术单边放炮多次覆盖系统的结构示意图。

图3是现有技术中中间放炮多次覆盖系统的结构示意图。

图4是多次覆盖观测系统呈现共反射点的示意图。

图5是本发明地震波观测系统一实施例的结构示意图。

图6是本发明地震波传播速度获取方法一实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图5，图5为本发明地震波观测系统一实施例的结构示意图。该例以左起第7个地震检波器接收反射波为例进行详细阐述。本实施例的一种地震波观测系统，包括布置于被观测地位置处的多个排成一直线的等间距的地震检波器以形成地震检波器组件，每一个地震检波器均与上位机相连，还包括分别靠近地震检波器组件的两个端头位置的地震波激发器；当进行观测时，使两个地震波激发器同时发出地震波，每一个地震检波器均接收两个地震波激发器发出的震动信号，并将震动信号转换为对应的电信号后上传至上位机，所述上位机接收到两个电信号后，分别从两个电信号中获取到对应的反射波信息，并计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差，然后确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，从而得到距离差，根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

上述“同时”并非完全在同一时刻，双边锤击方式，只要它们几乎在同一时刻进行即可，在上位机进行计算的时候，可以忽略该时间，若时间相关较大可以进行补偿处理，使双边激发几乎达到同时的步骤。

本实施例中，地震检波器为12个，地震波激发器为两个。12个地震检波器被等间距的布置于地面上，其中一个地震波激发器位于最左端的第一个地震检波器的左侧，另一个地震波激发器位于最右端的第十二个地震检波器的右侧，两个地震激发器与相邻的地震检波器之间的距离相等，该距离可以与相邻两个地震检波器之间的距离相同，如此，可以更方便的获取地震波激发器与每个地震检波器之间的距离。

本实施例以第7个地震检波器先后接收两个震动信号为例进行说明，在进行观测时，采用锤击法同时锤击两个地震波激发器，使地震波激发器产生震动波，位于两个地震波激发器之间的每一个地震检波器均检测到震动信号，以第7个地震检波器为例，当第7个地震检波器先后检波到两个地震激发器所产生的震动信号后，转换为对应的电信号，然后第7个地震检波器将两个电信号上传至上位机。上位机接收到两个电信号后，从每个电信号中提取出对应的反射波信息，并从中获取到该反射波到达第7个地震检波器的时间(即得到左侧地震激发器所产生的反射波到达第7个地震检波器的时间，以及右侧地震激发器到达第7个地震检波器的时间)，从而计算得到左侧地震激发器所产生的反射波到达第7个地震检波器的时间差t，地震激发器产生的反射波与地面形成等腰三角形，而地面至反射点的距离为层间深度H，层间深度H将等腰三角形分割成两个直角三角形。由于12个检波器是等间距布置的，而这个间距是已知的，上位机可以根据每一个地震检波器的唯一编号得到每一个地震检波器到两侧地震波激发器的距离。因此上位机可以得到第7个地震检波器至左侧地震波激发器的距离，以及第7个地震检波器至右侧地震波激发器的距离。根据以下公式得到第7个地震检波器收集的震动信号对应的反射波的传播速度：

其中，v为传播速度，S1为位于其中一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半(本实例中为左端地震波激发器被激发后产生的反射波)，其中一端的地震波激发器到第7个地震检波器中，与反射点的直线距离(对应直角三角形的斜边)，S2为位于另一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半(本实例中为右商量地震检波器被激发后产生的反射波)，也即，另一端地震波激发器到第7个地震检波器中，与反射点的直线距离(对应直角三角形的斜边)与对应的，t为两个反射波到达同一个地震检波器(第7个检波器)的时间差。

而H为深度，X₁则表示其中一端的地震波激发器到每一个地震检波器的距离的一半，X₂表示另一端的地震激发器至每一个地震检波器的距离的一半。以第7个地震检波器为例，本实施例中，X₁则表示左侧地震波激发器到第7个地震检波器的距离的一半，X₂则表示右侧地震波激发器到第7个地震检波器的距离的一半。

因此，可得到：vt＝2S1-2S2，而关于深度与速度的关系可以通过下述方式得到，在第一个地震检波器处(其他实施例中，可在任何一个地震检波器处)增设一个地震波激发器(炮点)，在第一个检波器出放炮，使得V是层间速度，t₀是该第一个地震检波器接收到的反射波的时间，则将深度公式代入可得到公式：

因此，根据公式：即可得到深度H与速度和时间的关系。从而能够便于后续计算得到层间的深度H。

本发明实施例，双边同时进行放炮，检波器接收这两次波形，由于未移动炮点(地震波激发器)与接收点(地震检波器)，所以地震检波器所得到的两道波形为共反射点，从而可得到单边放炮多次覆盖的效果，但又减少了工作量。该方法无须移动接收点与炮点，且地震检波器上得到的两次波形为共反射点，所以无需花费时间和人力去移动炮点和地震检波器，无需计算共反射点道集，减少工作量的同时又能减少等待时间，同时降低了上位机的工作量。

请参见图6，图6是本发明地震波传播速度获取方法一实施例的流程图。本实施例的地震波传播速度获取方法，包括以下步骤：

S101、将地震波观测系统布置于被观测地位置；

本步骤中具体通过以下方式步骤地震波观测系统：

S1011、将多个地震检波器等间距的布置于被观测地位置处，布置于地面上后的多个地震检波器排列呈一直线，形成地震检波器组件；

S1012、将第一个地震波激发器布置于被观测地位置处，使其位于直线左侧的一个地震检波器的左侧；

S1013、将第二个地震波激发器布置于被观测地位置处，使其位于直线右侧的一个地震检波器的右侧，从而使得两个地震波激发器分别靠近地震检波器组件的两个端头。

S102、将地震波观测系统中的每一个地震检波器与上位机相连；

S103、使地震波观测系统中的两个地震波激发器同时发出地震波；

本步骤中，通过同时进行锤击法使两个地震波激发器同时发出地震波。

S104、使每一个检波器均接收两个地震波激发器发出的震动信号将转换为对应的电信号后上传至上位机；

S105、使上位机接收到两个电信号后，分别从两个信号中获取到对应的反射波信息，计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，从而得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差；

S106、上位机确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，从而得到距离差；

S107、根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

本步骤中，根据以下公式得到反射波的传播速度：

其中，v为传播速度，S1为位于其中一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，S2为位于另一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，t为两个反射波到达同一个地震检波器的时间差。

而H为深度，X₁则表示其中一端的地震波激发器到每一个地震检波器的距离的一半，X₂表示另一端的地震激发器至每一个地震检波器的距离的一半。以第7个地震检波器为例，本实施例中，X₁则表示左侧地震波激发器到第7个地震检波器的距离的一半，X₂则表示右侧地震波激发器到第7个地震检波器的距离的一半。

因此，根据该公式即可得到深度H与速度和时间的关系，根据得到以下公式：

从而根据该公式可以得到层间的深度H(地面至反射面的深度)。

上述传播速度对地震勘探的各个环节都会产生影响，最终影响解释的精度，因此提取、分析、利用速度是地震资料解释的重要环节。而我们通过双边锤击法得到速度与时间值的主要目的是进行后续的时深转换，从而得到最后所需的地质深度剖面图。

本发明实施方式，在待观测的地面布置好地震检波器组件，使每一个地震检波器均与上位机相连，然后分别在呈直线的地震检波器组件的两端布置地震激发器，同时激发地震激发器，然后使每一个地震检波器均检测两端地震激发器被激发后产生的震动信号，上位机从震动信号中提取出反射波，计算出两个反射波先后到达同一个地震检波器的时间，计算出时间差，再根据反射波呈等腰三角形的原理，计算出地面至反射界面的深度，反射波的传输速度，采用上述方式获取地震波的传输速度，无须移动接收点与炮点，且地震检波器上得到的两次波形为共反射点，所以无需花费时间和人力去移动炮点和地震检波器，无需计算共反射点道集，减少工作量的同时又能减少等待时间，同时降低了上位机的工作量。

本发明还公开了一种测深方法，包括获取反射波的传播速度以及两个反射波到达同一个地震检波器的时间差；其中，获取反射波的传播速度采用上述S101至S107步骤进行获取；将传播速度和时间代入以下公式计算得到层间深度：

其中，t表示两个反射波到达同一地震检波器的时间差，v表示反射波的层间传播速度，H表示地面至反射波的反射点的深度，X₁表示其中一端的地震波激发器到同一个地震检波器的距离的一半，X₂表示另一端的地震波激发器到同一个地震检波器的距离的一半。

本实用实施方式，通过上述方式求得层间深度，操作方式较为简单，并且计算量较小。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种地震波观测系统，包括布置于被观测地位置处的多个排成一直线的等间距的地震检波器以形成地震检波器组件，每一个地震检波器均与上位机相连，其特征在于：还包括分别靠近地震检波器组件的两个端头位置的地震波激发器；当进行观测时，使两个地震波激发器同时发出地震波，每一个地震检波器均接收两个地震波激发器发出的震动信号，并将震动信号转换为对应的电信号后上传至上位机，所述上位机接收到两个电信号后，分别从两个电信号中获取到对应的反射波信息，并计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差，然后确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，从而得到距离差，根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

2.如权利要求1所述的地震波观测系统，其特征在于，所述传播速度通过以下公式得到：

其中，v为传播速度，S1为位于其中一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，S2为位于另一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，t为两个反射波到达同一个地震检波器的时间差。

3.一种地震波传播速度获取方法，包括以下步骤：

将地震波观测系统布置于被观测地位置；

将地震波观测系统中的每一个地震检波器与上位机相连；

使地震波观测系统中的两个地震波激发器同时发出地震波；

使每一个检波器均接收两个地震波激发器发出的震动信号将转换为对应的电信号后上传至上位机；

使上位机接收到两个电信号后，分别从两个信号中获取到对应的反射波信息，计算两个反射波先后到达所述地震检波器的时间，从而得到两个反射波到达同一个地震检波器的时间差；

上位机确定每一个地震检波器与每一个地震波激发器的距离，从而得到距离差；

根据距离差与时间差得到反射波的传播速度。

4.如权利要求3所述的地震波传播速度获取方法，其特征在于，所述传播速度通过以下公式得到：

其中，v为传播速度，S1为位于其中一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，S2为位于另一端的地震波激发器被激发后产生的反射波在层间传播路程的一半，t为两个反射波到达同一个地震检波器的时间差。

5.如权利要求3所述的地震波传播速度获取方法，其特征在于，通过以下步骤将地震波观测系统布置于被观测地位置：

将多个地震检波器等间距的布置于被观测地位置处，布置于地面上后的多个地震检波器排列呈一直线，形成地震检波器组件；

将第一个地震波激发器布置于被观测地位置处，使其位于直线左侧的一个地震检波器的左侧；

将第二个地震波激发器布置于被观测地位置处，使其位于直线右侧的一个地震检波器的右侧，从而使得两个地震波激发器分别靠近地震检波器组件的两个端头。

6.如权利要求3所述的地震波传播速度获取方法，其特征在于，使地震波观测系统中的两个地震波激发器同时发出地震波的步骤中，通过同时进行锤击法使两个地震波激发器同时发出地震波。

7.一种地震测深方法，包括以下步骤：

通过权利要求3至6中任一项权利要求所述的地震波传播速度获取方法来获取地震波的传播速度及对应的传播时间；

将传播时间转换为对应的深度，从而得到地震深度。

8.如权利要求7所述的地震测深方法，其特征在于，在将传播时间转换为对应的深度的步骤中，通过以下公式进行转换：

其中，t表示两个反射波到达同一地震检波器的时间差，v表示反射波的层间传播速度，H表示地面至反射波的反射点的深度，X₁表示其中一端的地震波激发器到同一个地震检波器的距离的一半，X₂表示另一端的地震波激发器到同一个地震检波器的距离的一半。