CN107807356B - 一种gpr绕射波速度分析方法 - Google Patents

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Abstract

一种GPR绕射波速度分析方法，步骤为：1）依据绕射波时距双曲线特征，在含有m道的GPR剖面上拾取出每一记录道上绕射波旅行时t j ；2）确定发射天线与接收天线之间的距离a，在GPR剖面上确定绕射点在地面投影位置M，计算出发射天线与绕射点在地面投影位置M之间的距离x j 和接收天线与绕射点在地面投影位置M之间的距离(x j ‑a)；3）基于绕射波时距方程，将t j 、x j 、(x j ‑a)带入GPR绕射波速度分析方程中，给定一个绕射点埋藏深度值，计算每一个GPR道的绕射波速度v j ；4）绘制绕射波速度分析曲线图；5）重复第三步、第四步，直到求取的所有GPR道对应的速度值相等，该速度就是真实的GPR绕射波速度，据此速度可直接对GPR数据进行常速度偏移成像处理及地质解释。

Description

一种GPR绕射波速度分析方法
技术领域
本发明属于探地雷达（GPR）数据处理技术领域，特别涉及一种GPR绕射波速度分析方法。
背景技术
当地下存在孔洞、暗穴、采空区等地质异常体时，在GPR剖面上会出现一类与地质构造有关的绕射波，因此GPR绕射波是识别这类地质异常体的有效波。在GPR剖面法勘探过程中，要想利用绕射波对地质异常体的特征做出准确判断，还需要对GPR数据做偏移成像处理，而偏移成像处理的一个重要环节是需要获得准确的GPR成像速度模型。因此速度参数获取的准确程度将直接影响到GPR绕射波偏移成像的质量，也将直接影响到GPR地质解释的准确程度。然而GPR剖面法获得的数据不包含多次覆盖的信息，因此难以利用传统的反射波速度分析技术求取速度参数。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出了一种GPR绕射波速度分析方法，该方法不但能有效、准确获取GPR绕射波速度，而且获得的速度参数可直接作为GPR数据常速度偏移成像处理的速度模型，还可用于GPR资料地质解释。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种GPR绕射波速度分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，依据绕射波时距双曲线特征，在含有m道的GPR剖面上拾取出每一记录道上绕射波旅行时t j ；
第二步，通过野外数据采集参数确定发射天线T与接收天线R之间的距离a，在GPR剖面上确定绕射点在地面投影位置M，并计算出发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离x j 和接收天线R与绕射点在地面投影位置M之间的距离(x j -a)；
第三步，基于绕射波时距方程，将t j 、x j 、(x j -a)带入到GPR绕射波速度分析方程中，在给定一个绕射点埋藏深度值h的情况下，计算每一个GPR道的绕射波速度v j ；
依据下列公式计算GPR绕射波速度v j ：
GPR绕射波时距方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
GPR绕射波速度分析方程：
Figure 951779DEST_PATH_IMAGE002
式中，t j 为绕射波旅行时，v j 为绕射波速度，x j 为发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离，j为GPR道序号，j=1，2，…，m，m为GPR记录总道数，a为发射天线T与接收天线R之间的距离，h为绕射点埋藏深度；
第四步，绘制速度与GPR记录道坐标相关联的绕射波速度分析曲线图，给定一个绕射点埋藏深度值h，可绘出一条GPR绕射波速度曲线图；
第五步，重复第三步、第四步，直到求取的所有GPR道对应的速度值相等，则理论计算的GPR绕射波时距曲线与实际拾取的GPR绕射波时距曲线完全重合，此时认为给定的绕射点埋藏深度值h与实际的绕射点埋藏深度相符合，该求取的速度就是真实的GPR绕射波速度，依据此速度可直接对GPR数据进行常速度偏移成像处理及地质解释。
本发明的有益效果是：
本发明的方法基于绕射波时距曲线满足双曲线规律的特征，通过绕射波时距曲线拟合的思想求取GPR绕射波速度，有效解决了剖面法获得的GPR资料中不存在多次覆盖信息，从而导致难以利用传统的GPR反射波速度分析技术获取速度的问题。通过该方法获得的速度参数可直接作为GPR数据常速度偏移成像处理的速度模型，还可用于GPR资料地质解释。
附图说明
图1为本发明实测GPR剖面。
图2为本发明点绕射地质模型及GPR绕射波观测示意图。
图3为本发明取4个埋藏深度值对应的GPR绕射波速度分析曲线图。
图4为本发明取v=0.23 m/ns时，理论计算获得的GPR绕射波时距曲线与实际拾取的GPR绕射波时距曲线对比图。
图5为本发明取v=0.23 m/ns时，采用Kirchhoff常速度偏移技术处理获得的GPR成像剖面图。
具体实施方法
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
参见图1、2、3、4、5，一种GPR绕射波速度分析方法，包括如下步骤：
第一步，依据绕射波时距双曲线特征，在含有m道的GPR剖面上拾取出每一记录道上绕射波旅行时t j ，参见图1和图4；
第二步，通过野外数据采集参数确定发射天线T与接收天线R之间的距离a，在GPR剖面上确定绕射点在地面投影位置M，并计算出发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离x j 和接收天线R与绕射点在地面投影位置M之间的距离(x j -a)，参见图2；
第三步，基于绕射波时距方程，将t j 、x j 、(x j -a)带入到GPR绕射波速度分析方程中，在给定一个绕射点埋藏深度值h的情况下，计算每一个GPR道的绕射波速度v j ，参见图2和图3；
依据下列公式计算GPR绕射波速度v j ：
GPR绕射波时距方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
GPR绕射波速度分析方程：
Figure 557335DEST_PATH_IMAGE004
式中，t j 为绕射波旅行时，v j 为绕射波速度，x j 为发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离，j为GPR道序号，j=1，2，…，m，m为GPR记录总道数，a为发射天线T与接收天线R之间的距离，h为绕射点埋藏深度；
第四步，绘制速度与GPR记录道坐标相关联的绕射波速度分析曲线图，给定一个绕射点埋藏深度值h，可绘出一条GPR绕射波速度曲线图，参见图3；
第五步，重复第三步、第四步，直到求取的所有GPR道对应的速度值相等，则理论计算的GPR绕射波时距曲线与实际拾取的GPR绕射波时距曲线完全重合，此时认为给定的绕射点埋藏深度值h与实际的绕射点埋藏深度相符合，该求取的速度就是真实的GPR绕射波速度，依据此速度可直接对GPR数据进行常速度偏移成像处理及地质解释，参见图3、图4和图5。
实施例1
将一套含有273道、道距为0.3 m，发射天线与接收天线之间的距离为1 m的实测GPR数据为例说明实施步骤：
第一步，依据绕射波时距双曲线特征，在含有273道的GPR剖面上拾取出每一记录道上绕射波旅行时t j ，参见图1和图4；
第二步，通过野外数据采集参数确定发射天线T与接收天线R之间的距离a=1m，在GPR剖面上确定绕射点在地面投影位置M=57.0 m，并计算出发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离x j 和接收天线R与绕射点在地面投影位置M之间的距离(x j -a)，参见图2；
第三步，基于绕射波时距方程，将t j 、x j 、(x j -a)带入到GPR绕射波速度分析方程中，在给定一个绕射点埋藏深度值h的情况下，计算每一个GPR道的绕射波速度v j ，参见图2和图3；
依据下列公式计算GPR绕射波速度v j ：
GPR绕射波时距方程：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
GPR绕射波速度分析方程：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
式中，t j 为绕射波旅行时，v j 为绕射波速度，x j 为发射天线与绕射点在地面投影位置之间的距离，j为GPR道序号，j=1，2，…，273，a=1 m为发射天线与接收天线之间的距离，h为绕射点埋藏深度；
第四步，绘制速度与GPR记录道坐标相关联的绕射波速度分析曲线图，给定一个绕射点埋藏深度值h，可绘出一条GPR绕射波速度曲线图，参见图3；
第五步，重复第三步、第四步，直到求取的所有GPR道对应的速度值相等，则理论计算的GPR绕射波时距曲线与实际拾取的GPR绕射波时距曲线完全重合，此时认为给定的绕射点埋藏深度值h与实际的绕射点埋藏深度相符合，该求取的速度就是真实的GPR绕射波速度，依据此速度可直接对GPR数据进行常速度偏移成像处理及地质解释，参见图3、图4和图5。
实例效果说明：
图1是一套实测GPR数据，其中横坐标为距离（由道号乘以道距换算而来，单位：m），纵坐标为雷达波旅行时（单位：ns），该GPR数据中存在一组明显的且成双曲线特征分布的绕射波。
图2是点绕射地质模型及GPR绕射波观测示意图，T为发射天线，R为接收天线，M为绕射点在地面的投影位置，a为发射天线与接收天线之间的距离，x为发射天线与绕射点在地面投影位置之间的距离，h为绕射点埋藏深度，v为绕射波速度，t为旅行时。
图3是取埋藏深度h=25 m、30 m、33 m和35 m分别对应的GPR绕射波速度分析曲线图，其中横坐标为距离（单位：m），纵坐标为速度（单位：m/ns）。当h=33 m时，速度曲线接近于一条直线，其平均值为0.23 m/s。受实际GPR资料信噪比、旅行时拾取的精度、地层的复杂性、异常体的空间尺寸大小等因素的影响，即使给定的埋藏深度很精确，实际计算的速度曲线也难以达到一条理想直线的状态，但当速度曲线接近于一条直线时，认为其平均值对应的速度值就是要求取的绕射波速度。
图4是取v=0.23 m/ns时，理论计算获得的绕射波时距曲线与实际拾取的绕射波时距曲线对比图，两条绕射波时距曲线几乎重叠，说明通过GPR绕射波速度分析提取的速度值是准确的。
图5是取v=0.23 m/ns时，采用Kirchhoff常速度偏移技术处理获得的GPR成像剖面，GPR绕射波已完全收敛，异常体偏移成像质量较高，也说明通过GPR绕射波速度分析提取的速度是准确的。

Claims (2)

1.一种GPR绕射波速度分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，依据绕射波时距双曲线特征，在含有m道的GPR剖面上拾取出每一记录道上绕射波旅行时t j ；
第二步，通过野外数据采集参数确定发射天线T与接收天线R之间的距离a，在GPR剖面上确定绕射点在地面投影位置M，并计算出发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离x j 和接收天线R与绕射点在地面投影位置M之间的距离(x j -a)；
第三步，基于绕射波时距方程，将t j 、x j 、(x j -a)带入到GPR绕射波速度分析方程中，在给定一个绕射点埋藏深度值h的情况下，计算每一个GPR道的绕射波速度v j ；
依据下列公式计算GPR绕射波速度v j ：
GPR绕射波时距方程：
Figure 807675DEST_PATH_IMAGE002
GPR绕射波速度分析方程：
Figure 193657DEST_PATH_IMAGE004
式中，t j 为绕射波旅行时，v j 为绕射波速度，x j 为发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离，j为GPR道序号，j=1，2，…，m，m为GPR记录总道数，a为发射天线T与接收天线R之间的距离，h为绕射点埋藏深度；
第四步，绘制速度与GPR记录道坐标相关联的绕射波速度分析曲线图，给定一个绕射点埋藏深度值h，可绘出一条GPR绕射波速度曲线图；
第五步，改变绕射点埋藏深度值h，然后重复第三步、第四步，直到求取的所有GPR道对应的速度值相等，则理论计算的GPR绕射波时距曲线与实际拾取的GPR绕射波时距曲线完全重合，此时认为给定的绕射点埋藏深度值h与实际的绕射点埋藏深度相符合，该求取的速度就是真实的GPR绕射波速度，依据此速度可直接对GPR数据进行常速度偏移成像处理及地质解释。
2.根据权利要求1所述的一种GPR绕射波速度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，依据绕射波时距双曲线特征，在含有273道的GPR剖面上拾取出每一记录道上绕射波旅行时t j ；
第二步，通过野外数据采集参数确定发射天线T与接收天线R之间的距离a=1 m，在GPR剖面上确定绕射点在地面投影位置M=57.0 m，并计算出发射天线T与绕射点在地面投影位置M之间的距离x j 和接收天线R与绕射点在地面投影位置M之间的距离(x j -a)；
第三步，基于绕射波时距方程，将t j 、x j 、(x j -a)带入到GPR绕射波速度分析方程中，在给定一个绕射点埋藏深度值h的情况下，计算每一个GPR道的绕射波速度v j ；
依据下列公式计算GPR绕射波速度v j ：
GPR绕射波时距方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
GPR绕射波速度分析方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
式中，t j 为绕射波旅行时，v j 为绕射波速度，x j 为发射天线与绕射点在地面投影位置之间的距离，j为GPR道序号，j=1，2，…，273，a=1 m为发射天线与接收天线之间的距离，h为绕射点埋藏深度；
第四步，绘制速度与GPR记录道坐标相关联的绕射波速度分析曲线图，给定一个绕射点埋藏深度值h，可绘出一条GPR绕射波速度曲线图；
第五步，改变绕射点埋藏深度值h，然后重复第三步、第四步，直到求取的所有GPR道对应的速度值相等，则理论计算的GPR绕射波时距曲线与实际拾取的GPR绕射波时距曲线完全重合，此时认为给定的绕射点埋藏深度值h与实际的绕射点埋藏深度相符合，该求取的速度就是真实的GPR绕射波速度，依据此速度可直接对GPR数据进行常速度偏移成像处理及地质解释。
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