CN110531417B - 一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法，先在隧道的其中一帮布设16个三分量检波器和1个炮点，然后通过地震仪接收到各个检波器的三分量地震信号，利用tau‑p变换提取三分量反射信号，并确定反射界面层数；根据隧道施工已有的地层资料确定首层界面后方速度v1的范围并对第一层反射信号选取振幅最大位置及上下一个周期长度区域；网格化探测区域，选取不同的速度v1值和波组区间计算出极化偏移界面；最后利用共界面点能量叠加确定第一层实际速度，并且根据主极化参数确定首层界面位置和倾角；然后重复上述过程完成所有反射层数的速度模型建立。本发明能确定各个地层的实际速度，从而能建立准确的各个地层速度模型。

Description

一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法
技术领域
本发明涉及一种隧道超前多层速度建模方法，具体是一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法。
背景技术
隧道建设对于超前地质预报要求极高，其探查的准确度直接影响工程的工期以及人身财产、设备安全问题。目前，隧道超前探测反射地震勘探方法较为实用且便捷，其中利用反射数据建立速度模型效果较好，针对隧道超前探测速度模型构建方法，专利号：201610321726.4提出一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，利用常规观测系统获取两个分量的地震信号，通过反射信号同相轴提取最大振幅值处主偏振方向，并利用主偏振方向和速度、时间信息构建速度模型。但是该方法还存在以下问题：1、该方法反射界面的选取存在一定问题，单纯的速度与时间乘积关系只能反映沿射线路径上的距离，并不能直接确定反射界面位置；2、实际隧道前方反射地震信号并非单纯的共反射点道集，而是一系列同一界面临近反射点共同作用结果，因此直接地将反射地震信号当做多个共反射点叠加并不符合实际情况，最终无法确定实际的各个反射层位的速度(如图1所示)。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法，能确定各个地层的实际速度，从而能建立准确的各个地层速度模型。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法，该方法的具体步骤为：
A、在隧道两帮中的任一帮沿巷道走向布设16个三分量检波器，16个三分量检波器相互之间的间距为2m且处在同一水平面，16个三分量检波器均与地震仪连接；在沿最后一个三分量检波器向后方10m的该帮上布置1个炮点；然后在该炮点向前方激发地震波，此时16个三分量检波器分别接收地震波信号，并传递给地震仪记录；
B、对地震仪记录的每个三分量检波器采集到三分量地震信号利用拉冬变换提取三分量反射信号，然后根据反射信号同相轴确定反射界面层数；
C、根据隧道施工已有的地层岩性资料确定首层界面后方速度v1的范围并对步骤B中确定的反射界面层数中第一层反射信号选取振幅最大位置及上下一个周期长度区域；
D、以1m为边长二维网格化隧道掌子面前方的探测区，根据三分量反射信号振幅最大点计算第一层反射信号主极化参数，并在步骤C确定的速度v1范围内选取不同的速度v1值和选取的波组区间计算出极化偏移界面；
E、利用共界面点能量叠加确定第一层实际速度，并且根据时间域极化方法求取主极化参数确定首层界面位置和倾角；其中确定第一层实际速度的具体过程为：
Ⅰ、在极化偏移界面上，计算空间网格内每个网格对应振幅能量值a(m,n)，其中m，n为网格索引下标；
Ⅱ、对同一速度下偏移界面能量进行相关性限定的叠加，M、N为偏移界面在二维网格中的范围，I为网格数目，此时能量叠加公式为：
Figure GDA0002708800620000021
相关性公式如下：
Figure GDA0002708800620000022
相关性限定下的能量叠加归一化表示为：
Figure GDA0002708800620000023
III、根据不同速度v1确定最大叠加能量，获得最佳等效速度即实际速度：
Figure GDA0002708800620000024
F、根据步骤E得出的第一层实际速度和确定的首层界面位置和倾角，建立第一层速度模型；重复步骤C至E，直至完成所有反射层数的速度模型建立。
与现有技术相比，本发明先在隧道的其中一帮布设16个三分量检波器和1个炮点，然后通过地震仪接收到各个检波器反馈的三分量地震信号，利用拉冬变换提取三分量反射信号，并确定反射界面层数；根据隧道施工已有的地层岩性资料确定首层界面后方速度v1的范围并对第一层反射信号选取振幅最大位置及上下一个周期长度区域；网格化探测区域，选取不同的速度v1值和波组区间计算出极化偏移界面；最后利用共界面点能量叠加确定第一层实际速度，并且根据主极化参数确定首层界面位置和倾角；然后重复上述过程完成所有反射层数的速度模型建立。因此本发明能确定各个地层的实际速度，从而能建立准确的各个地层速度模型。
附图说明
图1是现有技术中确定反射界面的示意图；
图2是本发明通过三分量检波器和炮点的布设示意图；
图3是本发明中通过反射信号确定反射层数的波形图；
图4是本发明中计算极化偏移界面的示意图；
图5是本发明中空间网格化后每个网格对应振幅能量值a(m,n)的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，本发明的具体步骤为：
A、在隧道两帮中的任一帮沿巷道走向布设16个三分量检波器(分别编号为R1～R16)，16个三分量检波器相互之间的间距为2m且处在同一水平面，16个三分量检波器均与地震仪连接；在沿最后一个三分量检波器向后方10m的该帮上布置1个炮点；然后在该炮点向前方激发地震波，此时16个三分量检波器分别接收地震波信号，并传递给地震仪记录；
B、对地震仪记录的每个三分量检波器采集到三分量地震信号利用拉冬变换提取三分量反射信号，变换后的反射信号如图3，然后根据反射信号同相轴确定反射界面层数；
C、根据隧道施工已有的地层岩性资料确定首层界面后方速度v1的范围(即v1＝{vmin,…,vmax},
Figure GDA0002708800620000041
并对步骤B中确定的反射界面层数中第一层反射信号(图3中2号标注)选取振幅最大位置及上下一个周期长度区域；
D、以1m为边长二维网格化隧道掌子面前方的探测区，根据三分量反射信号振幅最大点计算第一层反射信号主极化参数，并在步骤C确定的速度v1范围内选取不同的速度v1值和选取的波组区间计算出极化偏移界面；
E、利用共界面点能量叠加确定第一层实际速度，并且根据已知的时间域极化方法求取主极化参数确定首层界面位置和倾角；其中确定第一层实际速度的具体过程为：
Ⅰ、在极化偏移界面上，计算空间网格内每个网格对应振幅能量值a(m,n)，其中m，n为网格索引下标；
Ⅱ、对同一速度下偏移界面能量进行相关性限定的叠加，M、N为偏移界面在二维网格中的范围，I为网格数目，此时能量叠加公式为：
Figure GDA0002708800620000042
相关性公式如下：
Figure GDA0002708800620000043
相关性限定下的能量叠加归一化表示为：
Figure GDA0002708800620000044
III、根据不同速度v1确定最大叠加能量，获得最佳等效速度即实际速度：
Figure GDA0002708800620000045
F、根据步骤E得出的第一层实际速度和确定的首层界面位置和倾角，建立第一层速度模型；重复步骤C至E，直至完成所有反射层数的速度模型建立。

Claims (1)

1.一种基于极化偏移的超前多层速度精细建模方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
A、在隧道两帮中的任一帮沿巷道走向布设16个三分量检波器，16个三分量检波器相互之间的间距为2m且处在同一水平面，16个三分量检波器均与地震仪连接；在沿最后一个三分量检波器向后方10m的该帮上布置1个炮点；然后在该炮点向前方激发地震波，此时16个三分量检波器分别接收地震波信号，并传递给地震仪记录；
B、对地震仪记录的每个三分量检波器采集到三分量地震信号利用拉冬变换提取三分量反射信号，然后根据反射信号同相轴确定反射界面层数；
C、根据隧道施工已有的地层岩性资料确定首层界面后方速度v1的范围，并对步骤B中确定的反射界面层数中第一层反射信号选取振幅最大位置及上下一个周期长度区域；
D、以1m为边长二维网格化隧道掌子面前方的探测区，根据三分量反射信号振幅最大点计算第一层反射信号主极化参数，并在步骤C确定的速度v1范围内选取不同的速度v1值和选取的波组区间计算出极化偏移界面；
E、利用共界面点能量叠加确定第一层实际速度，并且根据时间域极化方法求取主极化参数确定首层界面位置和倾角；其中确定第一层实际速度的具体过程为：
Ⅰ、在极化偏移界面上，计算空间网格内每个网格对应振幅能量值a(m,n)，其中m，n为网格索引下标；
Ⅱ、对同一速度下偏移界面能量进行相关性限定的叠加，M、N为偏移界面在二维网格中的范围，I为网格数目，此时能量叠加公式为：
Figure FDA0002708800610000011
相关性公式如下：
Figure FDA0002708800610000021
相关性限定下的能量叠加归一化表示为：
Figure FDA0002708800610000022
Ⅲ、根据不同速度v1确定最大叠加能量，获得最佳等效速度即实际速度：
Figure FDA0002708800610000023
F、根据步骤E得出的第一层实际速度和确定的首层界面位置和倾角，建立第一层速度模型；重复步骤C至E，直至完成所有反射层数的速度模型建立。
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