CN106772598B - 利用接收函数周期性测量沉积地层时间厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用接收函数周期性测量沉积地层时间厚度的方法，属于固体地球物理研究领域。本发明首先选择地震台站接收到的震级大于四级以上、震中距为30°到100°的三分量地震数据垂直分量Z、径向分量r和切向分量t，将满足条件的地震事件选出来；然后分别计算每个地震事件垂直分量Z、径向分量r和切向分量t的归一化自相关函数 和检测每个地震事件i是否具有周期性，判定地震事件i的周期性是否为接收台站下方沉积地层引起的周期性；最后利用数学平均值算法来获得反映地震台站下方沉积地层厚度的平均时间厚度。本发明方法为沉积地层的研究提供了理论基础。

Description

利用接收函数周期性测量沉积地层时间厚度的方法
技术领域
本发明涉及固体地球物理研究领域，用于地球构造研究以及沉积盆地基底深度测定，具体涉及一种沉积地层时间厚度的测定方法。
背景技术
沉积地层的时间厚度是指地震波从地表垂直向下传播到沉积层底界面再向上传播回到地表的时间，该时间可用于刻画沉积地层相对厚度和盆地基底埋深。
根据地球板块构造理论，地球由地壳、地幔与地核构成。地壳的性质与厚度等属性与天然地震等地质灾害密切相关，其上的沉积盆地则与矿产资源的富集关系密切。无论是在地球的壳幔构造研究中，还是在沉积盆地演化与矿产资源评价中，沉积盆地基底深度与沉积地层厚度都是非常重要的物理量。
目前常用的沉积盆地基底测量方法主要是钻探法、重力勘探法以及大地电磁测深。其中，钻探法不仅费用昂贵，而且只能提供一点的地层信息；重力勘探法与大地电磁测深法采用位场向下延拓的方法，其精度受到了勘探深度的影响。此外，油气勘探中的人工地震方法也可以用来进行沉积地层的研究，能够获得地下图像，但同样需要高费用，且不能保证获得基底反射。
因此，亟待提供一种用于测量沉积地层时间厚度的新方法。
发明内容
本发明的任务在于提供一种利用接收函数周期性测量沉积地层时间厚度的方法，该方法利用天然地震中震级4.0以上的远震信号，通过分析其中地震波在沉积地层中多次反射的周期来测定沉积地层的时间厚度。
其技术解决方案包括：
一种测量沉积地层时间厚度的方法，依次包括以下步骤：
a、选择地震台站接收到的震级大于四级以上、震中距为30°到100°的三分量地震数据垂直分量Z、径向分量r和切向分量t，将满足条件的地震事件选出来，设选出来的地震事件为i，i＝1,2,3...M；
b、分别计算每个地震事件垂直分量Z、径向分量r和切向分量t的归一化自相关函数和并分别检测每个自相关函数的周期性，得到三个周期值分别记为Tz、Tr、Tt；
c、检测每个地震事件i是否具有周期性；
d、将检测得到的具有周期性的地震事件总数设为K，则沉积地层时间厚度T即为：
作为本发明的一个优选方案，步骤b中，自相关函数的周期性的检测方法为：
在自相关函数上选择前四个极值点，各自对应的时间延迟为τj,j＝1...4，对应的自相关函数数值为aj,j＝1...4，其中根据归一化自相关函数的特征有τ1＝0，a1＝1；
用下面的准则来判定自相关函数的周期性：
若 τ2+τ4-2τ3|≤2△，其中△为采样间隔，a2＜0,a3>0,a4＜0，且则自相关函数的周期为否则该自相关函数没有周期性，并令T＝0。
作为本发明的另一个优选方案，步骤c中，判定每个地震事件i的周期性是否为接收台站下方沉积地层引起的周期性，具体的判定方法为：
若Tz+Tr+Tt＝0，则地震事件i没有周期性；
若Tz+Tr+Tt>0，Tz＝0，则地震事件i具有周期性；当min(Tr,Tt)＝0时周期大小为Ti＝max(Tr,Tt)，否则Ti＝min(Tr,Tt)；
若Tz+Tr+Tt>0，Tz>0，Tr+Tt>0，并且|Tz-Tt|>2△或者|Tz-Tr|>2△，则地震事件i具有周期性；当min(Tr,Tt)＝0时周期大小为Ti＝max(Tr,Tt)，否则Ti＝min(Tr,Tt)。
本发明所带来的有益技术效果为：
本发明选择记录到的震中距为30°-100°的四级以上远震数据，利用自相关函数提取接收函数的周期性，这个距离上的地震波在壳幔分界面上以接近垂直的角度入射，地震波近乎垂直到达地震台站，在沉积盆地中，由于沉积层的地震波速度远远低于地壳的地震波速度，因而地震波在沉积层中几乎垂直传播。由于地表是沉积层与空气的接触面，因而是良好的反射界面，与此同时沉积层基底是沉积地层与地壳的分界面，也是一个良好的分界面，地震波进入沉积层后在这两个界面之间来回多次反射，形成鸣振。
本发明利用接收函数这种鸣振的周期来获得沉积地层的时间厚度，也就是地震波在沉积地层里的垂直双程旅行时。本发明采用接收函数的自相关函数曲线上的相邻振幅极值比值与振幅极值点延迟时间双判别条件来自动识别接收函数的周期性，在获得同一个地震台站众多接收函数的周期后，通过接收函数不同分量周期性的差异来识别地震台站下方沉积地层引起的周期性，最后利用数学平均值算法来获得反映地震台站下方沉积地层厚度的平均时间厚度。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明方法的流程图；
图2为具有周期性的接收函数图；
图3为具有周期性的自相关函数图；
图4为不具有周期性的接收函数图；
图5为不具有周期性的自相关函数图；
图6为本发明实施例用在美国williston盆地沉积地层时间厚度图。
具体实施方式
本发明提出了一种利用接收函数周期性测量沉积地层时间厚度的方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
如图1所示的流程图，本发明测量沉积地层时间厚度的方法，包括以下步骤：
第一步、选择沉积盆地中某一地震台站4.0以上的远震(震中距为30°到100°)数据；
第二步、计算每个地震事件的三个接收函数的自相关函数；
第三步、检测每个事件是否具有周期性；
第四步、计算所有周期函数的均值，作为沉积地层的时间厚度。
下面结合具体实施例1做详细说明。
实施例1：
本发明方法用于北美的Williston盆地。该盆地油气资源非常丰富，是典型的卡拉通盆地。该盆地的区域为纬度41°到50°、经度-111°到-95°的范围。选择该区域内的所有地震台站，一共307个。从IRIS(Incorporated Research Institutions for Seismology)的数据处理中心获得了这些台站1980年以来的四级以上远震2459个地震的数据，通过这些数据的基本处理后得到了接收函数，合计为2459&*307＝754913个。处理中将地震波在莫霍面产生的转换波到达台站的时间设为0时刻，根据0时刻是否存在明显的转换波来选择可用于本发明研究的接收函数。图2和图4示出的是选择出来的接收函数，可以看到0时刻附件有明显的强振幅。根据接收函数的这个基本要求本例中共选出了符合条件的接收函数数目为19462个。
根据本发明分别计算这19462个接收函数的自相关函数，得到两类自相关函数，一类如图3所示，是典型的周期性接收函数的自相关函数；一类如图5所示，是典型的非周期性接收函数的自相关函数。利用本发面的第三步进行检测，最终得到了307个台站接收函数的周期性数据。
以H31Axx_TA台站为例，如表1所示，该台站的纬度和经度分别为：44.4795°和-98.4772°，其接的有效地震事件为372个。下表为检测到的部分地震事件的周期性，根据本发明的第三步的规则给出了有效性。这些有效的周期数据用于计算该站点下方沉积地层的时间厚度为1.0209s。
表1HAxx_TA台站部分接收函数检测结果
震源纬度(°) 震源经度(°) Z分量周期(s) R分量周期(s) T分量周期(s) 地震代号 有效性
-7.454 -75.146 0 1.0667 0 EQ102390440 否
51.451 -175.87 0 0.9667 1.0083 EQ102461116 是
-43.522 171.83 2.475 2.9917 2.125 EQ102461635 否
-23.825 179.975 2.3417 2.2167 2.2167 EQ102482348 否
-20.671 169.818 0 0 0 EQ102511137 否
44.588 149.724 0 1.05 0 EQ102511739 否
-37.034 -73.412 0 1.05 0 EQ102520728 否
59.405 -30.226 2.3167 1.0667 1.0667 EQ102521031 是
41.497 141.986 0 1.075 0 EQ102560547 是
-14.612 -70.777 0 1.025 1.0417 EQ102560715 是
36.443 70.774 0 1.0583 0 EQ102601921 是
52.233 179.754 0 0 0 EQ102660528 否
-7.809 -74.373 2.1667 1.0083 0 EQ102671901 是
62.854 -149.512 0 1.025 0 EQ102681205 否
-20.999 -179.02 0 0 0 EQ102691720 否
52.438 179.732 0 0.95 0 EQ102691827 是
57.688 -32.762 0 1.0583 0 EQ102700008 是
57.727 -32.679 0 0.9583 0 EQ102700016 是
-36.249 -74.256 0 0 0 EQ102730026 否
19.706 121.472 0 0 0 EQ102730900 否
-7.926 -71.324 0 0 0 EQ102732330 否
-17.818 -173.989 0 1.8833 0 EQ102791943 是
51.374 -175.361 1.9583 1.025 1.075 EQ102810326 是
51.287 -175.18 8.2333 8.0917 0 EQ102810349 否
10.211 -84.293 0 1.025 0 EQ102820154 是
42.311 142.871 0 1.1417 0 EQ102871358 是
-20.414 -173.846 0 0 0 EQ102892008 否
-34.737 -73.726 0 1.0417 0 EQ102940249 是
-20.878 -68.372 0 0 0 EQ102951931 否
-29.593 -71.112 2.3333 0 0 EQ102960138 否
-6.385 150.161 2.7167 0 0 EQ103041638 否
根据本发明的第四步计算得到了各个台站下方沉积地层的时间厚度数据。在307个台站中有264个台站得到了有效的时间厚度，部分台站的数据如表2所示。根据这个数据可以绘制出图6所示的时间厚度图，为了与一般方法对比，图6中给出了传统方法得到的等值线，两者基本相近，但本方法更可靠。且不需要进行专门的地球物理观测，采用现有的天然地震检测数据即可。
表2部分台站时间厚度数据
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种测量沉积地层时间厚度的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、选择地震台站接收到的震级大于四级、震中距为30°到100°的三分量地震数据垂直分量Z、径向分量r和切向分量t，将满足条件的地震事件选出来，设选出来的地震事件为i，i＝1,2,3...M；
b、分别计算每个地震事件垂直分量Z、径向分量r和切向分量t的归一化自相关函数 和并分别检测每个自相关函数的周期性，得到三个周期值分别记为Tz、Tr、Tt；
c、检测每个地震事件i是否具有周期性，得到地震事件的周期Ti；
d、将检测得到的具有周期性的地震事件总数设为K，则沉积地层时间厚度T即为：
<mrow> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
2.根据权利要求1所述的测量沉积地层时间厚度的方法，其特征在于，步骤b中，自相关函数的周期性的检测方法为：
在自相关函数上选择前四个极值点，各自对应的时间延迟为τj,j＝1...4，对应的自相关函数数值为aj,j＝1...4，其中根据归一化自相关函数的特征有τ1＝0，a1＝1；
用下面的准则来判定自相关函数的周期性：
若|τ2+τ4-2τ3|≤2△，其中△为采样间隔，a2<0,a3>0,a4<0，且则自相关函数的周期为否则该自相关函数没有周期性，并令T＝0。
3.根据权利要求1所述的测量沉积地层时间厚度的方法，其特征在于，步骤c中，判定每个地震事件i的周期性是否为接收台站下方沉积地层引起的周期性，具体的判定方法为：
若Tz+Tr+Tt＝0，则地震事件i没有周期性；
若Tz+Tr+Tt>0，Tz＝0，则地震事件i具有周期性；当min(Tr,Tt)＝0时周期大小为Ti＝max(Tr,Tt)，否则Ti＝min(Tr,Tt)；
若Tz+Tr+Tt>0，Tz>0，Tr+Tt>0，并且|Tz-Tt|>2△或者|Tz-Tr|>2△，则地震事件i具有周期性；当min(Tr,Tt)＝0时周期大小为Ti＝max(Tr,Tt)，否则Ti＝min(Tr,Tt)。
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