CN110687602A - 浅层地震多波联合勘探方法 - Google Patents
浅层地震多波联合勘探方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110687602A CN110687602A CN201911063256.6A CN201911063256A CN110687602A CN 110687602 A CN110687602 A CN 110687602A CN 201911063256 A CN201911063256 A CN 201911063256A CN 110687602 A CN110687602 A CN 110687602A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wave
- seismic
- velocity
- exploration
- inversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 94
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 64
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 8
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 8
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012897 Levenberg–Marquardt algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013075 data extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 10
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
- G01V1/30—Analysis
- G01V1/307—Analysis for determining seismic attributes, e.g. amplitude, instantaneous phase or frequency, reflection strength or polarity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
- G01V1/30—Analysis
- G01V1/301—Analysis for determining seismic cross-sections or geostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
- G01V1/30—Analysis
- G01V1/303—Analysis for determining velocity profiles or travel times
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
- G01V2210/60—Analysis
- G01V2210/63—Seismic attributes, e.g. amplitude, polarity, instant phase
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本公开提出了浅层地震多波联合勘探方法，建立多波联合勘探观测系统进行数据采集；基于所采集的数据，针对异常体探测，联合使用联合地震映像法、瑞雷波相邻道相位差法提取相速度剖面两种处理方法进行异常体探测工作，并对结果进行比对约束，判断异常体的空间分布，排除假异常；针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，获取精度更高的S波速度结构。相比现有的单方法勘探观测系统，其能够充分的利用地下的地震波信息，达到一次作业，多波多方法并用的目的。
Description
技术领域
本公开涉及勘探技术领域，特别是涉及浅层地震多波联合勘探方法。
背景技术
浅层地震勘探作为一种高精度、无损高效的地球物理勘探技术越来越多的进入到工程物探，城市勘探中。目前，常用的浅层地震勘探方法有反射波、折射波、面波、地震映像等几种方法，其中反射波法主要用于地层的划分，折射波法用于揭示地下速度结构特征，面波法用于提交测区S波速度结构资料，地震映像则常用于异常体、断裂的圈定与识别。几种方法都有其优势，勘探中也往往根据探测的任务选用合适的方法，但是单一的方法也存在不足与局限性。
发明人在研究中发现，单一的勘探方法往往只能提供一部分勘探所需的资料，并且由于浅层地质情况的复杂性，勘探的结果往往具有多解性，单方法难以对这一多解性进行约束以得到精度更高的结果。具体来说，地震映像法对异常体的横向位置有较好的探测效果，但纵向的分辨率不佳，且难以进行地层分层工作。折射波法无法提交S波速度资料。瑞雷面波法中频散曲线的反演结果往往受初始模型的影响较大，往往需要施加一定的先验信息才能得到较为准确的结果。另外，在实际的勘探工作中，比如对地下破碎带这样的低速异常体进行探测上，由于第四纪覆盖层的地质情况复杂，噪声的干扰较多，单一的勘探方法得到的结果往往是假的低速异常体，提交的勘探结果也无法得到有效的比对检验。
因此，研究浅层地震多波联合勘探技术对高精度野外勘探来说具有十分重要的意义。
发明内容
本说明书实施方式的目的是提供浅层地震多波联合勘探方法，得到精度更高的勘探成果。
本说明书实施方式提供浅层地震多波联合勘探方法，通过以下技术方案实现：
包括：
建立多波联合勘探观测系统进行数据采集；
基于所采集的数据，针对异常体探测，联合使用联合地震映像法、瑞雷波相邻道相位差法提取相速度剖面两种处理方法进行异常体探测工作，并对结果进行比对约束，判断异常体的空间分布，排除假异常；
针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，获取精度更高的S波速度结构。
进一步的技术方案，建立多波联合勘探观测系统进行数据采集工作，其建立过程为：
炮点从最左边出发，逐道间距移动，即炮间距等于道间距，排列不动，直到炮点达到最右端；
最左端、最右端距最近的检波器距离需根据地震映像、面波、折射波的野外勘探偏移距的选择要求来选择；
敲击完反向炮之后，一个排列结束，而后移动排列，排列的移动需要满足排列与排列之间至少有一道重合。
进一步的技术方案，异常体探测及S波速度结构分层作为探测任务单独进行，或同时进行。
进一步的技术方案，针对异常体探测，具体为：
基于多波联合勘探观测系统进行数据采集所获得的原始的地震记录，提取不同偏移距的地震映像剖面，而后识别地震映像剖面上的异常区域；
基于原始的地震记录，利用相邻道相位差法提取多道频散曲线，再利用半波长经验公式得到瑞雷面波相速度剖面，基于相对速度剖面圈定异常；
基于地震映像剖面、瑞雷面波相速度剖面结果，进行比照确认，从而得到更精确的异常位置，排除掉假异常。
进一步的技术方案，计算瑞雷波相速度剖面，需要运用多排列正反炮覆盖叠加的地震记录数据进行，提取数据过程：在利用多波联合勘探观测系统采集到的数据中，确定面波排列的长度与偏移距，按该偏移距抽出此排列的正反炮数据，然后排列移动半个长列长度，接着抽出正反炮数据，直至到达测线末端，这些数据组成了后续处理的数据集。
进一步的技术方案，针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，具体为：
基于多波联合勘探观测系统进行数据采集所获得的原始的地震记录，抽出相遇或追逐相遇观测系统，然后拾取初至，解释并建立初始模型，再进行走时层析成像来反演地下纵波速度，并根据速度的分布进行分层；
基于原始的地震记录，确定该测线上面波要做多少个排列，确定偏移距，然后抽出确定好的排列的面波记录；
基于层析成像的结果，计算出每个排列中心的每层平均纵波速度与层厚，将其为先验信息提供给面波进行频散曲线的反演，从而得到更精确的S波速度结构。
进一步的技术方案，抽出数据后，利用能量比法自动拾取初至，拾取不准的需要进行调整，而后利用t0差数法进行解释，并利用解释的结果建立初始模型，初始模型是利用解释的第一层和基岩面的纵波速度，从第一层到基岩面均匀递增建立的。
进一步的技术方案，确定偏移距用以下标准：在非常软的地层：Vs<100m/s，偏移距应为1～5m；在较软的地层：100m/s<Vs<300m/s，偏移距应为5～10m；在较硬的地层：300m/s<Vs<500m/s，偏移距应为10～20m；在非常硬的地层：500m/s<Vs，偏移距应为20～40m。
进一步的技术方案，瑞雷面波波速与S波波速关系式为：
式中：σ为泊松比，该参数本身代表着地下介质的“软”、“硬”程度，它本身没有量纲值，其值范围一般在0～0.5。
进一步的技术方案，用瑞雷波来反演S波速度结构，瑞雷波频散曲线的反演方法为带阻尼的最小二乘反演，依赖初始模型的设定，作为先验信息参与并约束反演的层析成像信息，参与的方式是在面波排列中心位置，按一定半径搜索每层在该处的平均纵波速度，然后利用纵波与横波速度转换关系得到该处横波速度作为初始模型的横波速度，在中心位置的分层结果作为初始模型的层厚，从而进行反演。
进一步的技术方案，结合地质资料对处理的结果进行进一步的解释：在异常体的探测中，探测到的高速低速异常体有多种解释结果，这就需要结合前期地质资料进行约束；
在S波速度分层中，得到的S波速度需要进一步进行后续的处理，从而用于后续的解释指导工作。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开联合使用多种勘探方法，把地下多种波作为有效波进行多波多方法并用的联合勘探，则会有效的缓解上述难题，一是可以利用单方法的结果进行对比检验从而更精确的确定地下异常体，二是有条件进行多种波的联合反演，从而得到精度、分辨率更高的结果。另外，进行一次作业，多波多方法并用的勘探方式也有助于更充分的利用地下信息，提高勘探效率。
本公开提出的一种适用于多波联合勘探方法，相比现有的单方法勘探观测系统，其能够充分的利用地下的地震波信息，达到一次作业，多波多方法并用的目的。
本公开提出了多波联合勘探技术，针对异常体探测，联合使用联合地震映像法、瑞雷波相邻道相位差法提取相速度剖面两种处理方法进行异常体探测工作，通过对结果进行比对约束，能够提高对异常体的定位精度，消除“虚假”异常体；针对S波速度分层来说，本发明联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，具体是将层析成像的结果作为先验信息提供给面波频散曲线反演，有效的提高了反演的精度。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例子的多波联合勘探观测系统图；
图2是本公开实施例子的探测异常体与S波速度结构分层的多波联合勘探工作流程图；
图3(a)-图3(c)是本公开实施例子的验证低速异常体的探测效果，进行三层层状介质含低速体模型试算中，模型示例图以及加入异常体位置后的三层层状介质含低速体相速度剖面与映像结果图；
图4(a)-图4(c)是本公开实施例子的验证高速异常体的探测效果，进行三层层状介质含高速体模型试算中，模型示例图以及加入异常体位置后的三层层状介质含高速体相速度剖面与映像结果图；
图5(a)-图5(b)是本公开实施例子的验证S波速度分层的探测效果，进行倾斜地层模型试算中，模型与层析成像图；
图6(a)-图6(d)是本公开实施例子的验证S波速度分层的探测效果，进行倾斜地层模型试算中，倾斜地层模型多个排列反演结果图；
图7(a)-图7(b)是本公开实施例子的验证S波速度分层的探测效果，进行三层层状介质带倾斜地层模型试算中，模型与层析成像图；
图8(a)-图8(d)是本公开实施例子的验证S波速度分层的探测效果，进行三层层状介质带倾斜地层模型试算中，三层层状介质带倾斜地层模型多个排列反演结果图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
名词解释：道间距：相邻地震道中心点之间的距离；炮间距：相邻激发点之间的距离；偏移距：炮点到最近接收道中心点的距离。
实施例子一
该实施例公开了浅层地震多波联合勘探方法，浅层地震多波联合勘探技术，首先需要根据勘探区域地质情况，勘探任务，确定合适的偏移距，建立多波联合勘探观测系统进行数据采集工作。本发明中，多波联合观测系统示意图如图1所示。
在具体实施例子中，多波联合观测系统在组成上包括检波器、地震记录仪、放炮装置、线缆以及配套的数据采集处理软件等。采集的是检波器接收的地震波数据。传输至地震记录仪上，再传输到笔记本等电子计算机上，在计算机上进行数据处理。
检波器沿测线排列，震源逐道间距激发。需要注意的是，炮点敲击的偏移距要满足折射波相遇观测系统对偏移距的要求。如图，炮点左边出发，逐道间距移动，即炮间距等于道间距，排列不动，直到炮点达到最右端。当炮点敲击完最后一道检波器后，可以选择不按道间距逐点移动，而是根据面波、折射波的野外勘探要求选择合适的偏移距敲击反向炮。敲击完反向炮之后，一个排列结束，而后移动排列，排列的移动需要满足排列与排列之间至少有一道重合，这样有利于后续的折射波层析成像。
多波联合勘探技术，在利用多波联合勘探观测系统采集到数据后，需要根据勘探任务采取相应的联合勘探技术进行进一步的处理。具体的主要包含以下步骤：
步骤一，根据勘探区域地质情况，勘探任务，确定合适的偏移距，建立多波联合勘探观测系统进行数据采集工作。
步骤二：根据勘探任务，确定需要使用的多波联合勘探技术方法，然后利用多波联合勘探技术处理步骤一获得的地震资料；
地震资料具体的数据格式是地震数据采集中常用的数据格式，比如segy格式。数据是以二进制的形式存储，具体数据内容包括地震道数、采样点数、采样频率等元数据以及检波器接收到的每一地震道数据。
步骤三：针对异常体探测，联合地震映像时间剖面，瑞雷面波相速度剖面处理技术，判断异常体的空间分布，排除假异常；
步骤四：针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像，瑞雷面波频散曲线反演进行联合反演，获取精度更高的S波速度结构；
在具体实施例子中，异常体探测及S波速度结构两者可以同时进行，也可以根据地质条件与勘探任务择一进行。
步骤五：结合勘探现场的前期地质先验资料、勘探成果，对步骤三、四获得的结果进行进一步解释。针对异常体探测，结合测区资料，推断出异常体可能所属地质体，从而指导后续的勘探；针对S波速度分层，获取更精确的S波速度信息后，可以进一步更精确的推断出地基承载力等一些岩土参数，指导后续的工作。
所述步骤一中，通过勘探区域地质情况，勘探任务，确定合适的偏移距，建立多波联合勘探观测系统进行数据采集工作，其建立过程为：
多波联合观测系统示意图如图1所示。
检波器沿测线排列，震源逐道间距激发。需要注意的是，炮点敲击的偏移距要满足折射波相遇观测系统对偏移距的要求。
炮点从最左边出发，逐道间距移动，即炮间距等于道间距，排列不动，直到炮点达到最右端。当炮点敲击完最后一道检波器后，可以选择不按道间距逐点移动，而是根据面波、折射波的野外勘探要求选择合适的偏移距敲击反向炮。最左端、最右端距最近的检波器距离需根据地震映像、面波、折射波的野外勘探偏移距的选择要求来选择。敲击完反向炮之后，一个排列结束，而后移动排列，排列的移动需要满足排列与排列之间至少有一道重合，一般移动半个排列的长度。
所述步骤二中，针对不同的勘探任务，利用相应的多波联合勘探技术处理获取的地震资料。多波联合勘探技术主要针对的是异常体的探测与S波速度结构分层这两个勘探任务，可以单独进行，也可以同时完成这两个任务。
所述步骤三中，针对异常体探测，联合地震映像时间剖面，瑞雷面波相速度剖面处理技术，判断异常体的空间分布，其过程为：
(3-1)预处理观测系统采集的原始的地震记录，按需要重建观测系统，方便后续处理。
在该实施例中，因为要统一坐标系，方便后续的处理与绘图，需要重建观测系统。后续处理是针对重建后的数据进行处理，按照异常体探测或者S波速度分层的工作流程进行后续数据处理，之前的数据不参与后续的处理。
(3-2)利用(3-1)中整理的地震记录，提取不同偏移距的地震映像剖面，而后识别地震映像剖面上的异常区域。
(3-3)利用(3-1)中整理的地震记录，计算瑞雷面波相速度剖面，计算的方法为利用相邻道相位差法提取多道频散曲线，然后再利用半波长经验公式得到相速度剖面，最后通过分析相对速度剖面圈定异常。
(3-4)联合步骤(3-2)和(3-3)的结果，即地震映像剖面、瑞雷波相速度剖面结果，进行比照确认，从而既可以得到更精确的异常位置，也可以排除掉假异常。
所述步骤四中，针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像，瑞雷面波频散曲线反演进行联合反演，其过程为：
(4-1)整理原始的地震记录，按需要重建观测系统，方便后续处理。
(4-2)利用步骤(4-1)中整理的地震记录，抽出相遇或追逐相遇观测系统，然后拾取初至，解释并建立初始模型，再进行走时层析成像来反演地下纵波速度，并根据速度的分布进行分层。
在该步骤中，检波器接收到的地震波可以展示成地震波随着时间在不停的振动，初至就是这些振动在时间轴上第一次起跳的位置。
反演出来的地下速度是一个随着深度变化的函数，往往变化较快的地方存在地层性质的变化，也即存在不同地层的分界面。后续会根据这一特点判断进行分层。
(4-3)利用步骤(4-1)中整理的地震记录，确定该测线上面波要做多少个排列，确定偏移距，然后抽出确定好的排列的面波记录。
(4-4)从步骤(4-3)中层析成像的结果中，计算出每个排列中心的每层平均纵波速度与层厚，将其为先验信息提供给面波进行频散曲线的反演，从而得到更精确的S波速度结构。
步骤(3-3)中，计算瑞雷波相速度剖面，需要运用多排列正反炮覆盖叠加的地震记录数据进行，提取数据过程：在利用多波联合勘探观测系统采集到的数据中，确定面波排列的长度与偏移距，按该偏移距抽出此排列的正反炮数据，然后排列移动半个长列长度，接着抽出正反炮数据，直至到达测线末端，这些数据组成了后续处理的数据集。
步骤(4-2)中，抽出数据后，利用能量比法自动拾取初至，拾取不准的需要进行手动调整，而后利用t0差数法进行解释，并利用解释的结果建立初始模型，初始模型是利用解释的第一层和基岩面的纵波速度，从第一层到基岩面均匀递增建立的。
步骤(4-3)中，确定偏移距可以用以下标准：在非常软的地层(Vs<100m/s)，偏移距应为1～5m；在较软的地层(100m/s<Vs<300m/s)，偏移距应为5～10m；在较硬的地层(300m/s<Vs<500m/s)，偏移距应为10～20m；在非常硬的地层(500m/s<Vs)，偏移距应为20～40m。
步骤(4-4)中，瑞雷面波波速与S波波速关系式为：
式中：σ为泊松比，该参数本身代表着地下介质的“软”、“硬”程度，它本身没有量纲值，其值范围一般在0～0.5。泊松比越大，表示地下介质越松软；泊松比越小，则表示越刚硬。尚未完全固结的第四系地层的泊松比一般在0.35～0.48左右。可以看到瑞雷波波速与S波波速有关，并且在浅层，瑞雷波速度与S波速度差距不多，因此可以用瑞雷波来反演S波速度结构。瑞雷波频散曲线的反演方法为带阻尼的最小二乘反演，比较依赖初始模型的设定，作为先验信息参与并约束反演的层析成像信息，参与的方式是在面波排列中心位置，按一定半径搜索每层在该处的平均纵波速度，然后利用纵波与横波速度转换关系得到该处横波速度作为初始模型的横波速度，在中心位置的分层结果作为初始模型的层厚，从而进行反演。
所述步骤五中，需要结合地质资料对处理的结果进行进一步的解释。在异常体的探测中，探测到的高速低速异常体可能有多种解释结果，这就需要结合前期地质资料进行约束，比如在采空区，探测的低速异常体往往是地下的空洞。在S波速度分层中，得到的S波速度需要进一步进行后续的处理，比如处理得到地基承载力等岩土参数从而用于后续的解释指导工作。
本公开一种新的适用于多波联合勘探的野外观测方法，能够达到一次作业，多波多方法并用的目的。另外，针对异常体探测、S波速度分层这两个勘探任务发明了新的联合勘探技术。具体而言，就异常体探测来说，本发明联合使用联合地震映像法、瑞雷波相邻道相位差法提取相速度剖面两种处理方法进行异常体探测工作，并对结果进行比对约束；就S波速度分层来说，本发明联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，从而得到精度更高的结果。本发明可操作性强，应用快速，野外勘探人员可快速上手。
更为详细的例子：
多波联合勘探技术，在利用多波联合勘探观测系统采集到数据后，需要根据勘探任务采取相应的联合勘探技术进行进一步的处理。勘探任务是异常体探测的工作流程如图2。主要包含以下步骤：
(1)整理原始地震记录，根据需要重建观测系统，特别要注意坐标、偏移距的设置，设置错误往往会影响后续的工作，比如地震映像剖面的提取；
(2)利用(1)中整理好的地震记录，提取不同偏移距的地震映像剖面，而后识别地震映像剖面上的异常区域；
后续结合实际的地质资料，解释该异常可能对应的地质体，比如高速异常体对应的土层中的孤石，低速异常体对应的破碎带等。
(3)利用(1)中整理好的地震记录，提取不同偏移距的地震映像剖面，而后识别地震映像剖面上的异常区域；
(4)利用(1)中整理好的地震记录，计算瑞雷面波相速度剖面，计算的方法为利用相邻道相位差法提取多道频散曲线，然后再利用半波长经验公式得到相速度剖面，最后通过分析相对速度剖面圈定异常。
(5)比对(3)与(4)的结果，更精确地确定异常位置。
三层层状介质含低速体模型试算。
模型大小为100m×40m，在埋深6m的地方存在一个大小为8m×5m的低速异常体，模拟岩溶，破碎带等地质上常见的低速体，其上顶埋深为3.5m，下定埋深为8.5m，层状介质第一层埋深为5m，第二层埋深为14m。模型的弹性参数如图3(a)所示。
观测系统为多波联合勘探观测系统，排列的长度为40m，偏移距为10m，震源从0m位置开始激发，逐道间距移动，排列的移动长度为半个排列长。
经上述步骤处理后，得到的结果如图3(b)，图3(c)所示。从图3(c)地震映像看到，横坐标为45～55m这一段范围存在同相轴的错乱，错乱的同相轴向下偏移。从图3(b)相速度剖面图中可以看到，在横坐标为50m，埋深为5m处存在一个低速的异常体，该异常体的x方向空间位置与地震映像结果对应的很好。图中红色虚线的位置即是模型中设定的低速异常体位置，可以看到相速度剖面上反映的低速异常较好的吻合了模型中的低速体，虽然其在纵向上的位置有所偏移，但总的来说效果令人满意，特别是当相速度剖面结果与地震映像的结果进行比对，两者的结果都有一致的反映时，更验证了对异常体探测的结果是可靠的。两者比对也能提供更准确的异常体空间位置。
三层层状介质含高速体模型试算。
模型大小为100m×40m，在埋深6m的地方存在一个大小为6m×5m的椭圆状高速异常体，模拟孤石等地质上常见的高速体，其上顶埋深为3.5m，下定埋深为8.5m。模型的弹性参数如图4(a)所示。
观测系统为多波联合勘探观测系统，排列的长度为40m，偏移距为10m，震源从0m位置开始激发，逐道间距移动，排列的移动长度为半个排列长。
经上述步骤处理后，得到的结果如图4(b)，图4(c)所示。从图4(c)地震映像看到，横坐标为45～55m这一段范围存在同相轴的错乱，错乱的同相轴向向偏移。从图4(b)相速度剖面图中可以看到，在横坐标为50m，埋深为5m处存在一个低速的异常体，该异常体的x方向空间位置与地震映像结果对应的很好。从相速度剖面图中可以看到，在横坐标为50m，埋深为5m处存在一个低速的异常体，该异常体的x方向空间位置与地震映像结果对应的很好。但是该相速度剖面结果却显示下层的相速度比上层速度高，这与实际的模型相悖，推测是由于该高速异常体孤石的存在导致相邻道相位差法提取频散曲线时，异常体下方出现了虚假的低速。图中红色虚线的位置即是模型中设定的低速异常体位置，可以看到不管是横向还是纵向，相速度剖面上反映的高速异常很好的吻合了模型中的高速体，另外，将相速度剖面结果与地震映像的结果进行比对，两者的结果都有一致的反映，两者比对也能提供更准确的异常体空间位置，同时这也更验证了联合勘探对高速异常体探测的结果是可靠的。
勘探任务是S波速度结构分层的工作流程也如图2。主要包含以下步骤：
(1)整理原始地震记录，根据需要重建观测系统；
(2)利用(1)中整理的地震记录，抽出相遇或追逐相遇观测系统，组织成相应的折射波数据；
抽出相遇观测系统，先抽出炮点第一道检波器位置处激发的地震记录，再抽出炮点在距最后一道检波器位置处激发的地震记录，这两个地震记录组合成的数据即为相遇观测系统采集的数据，其代表的观测系统即为相遇观测系统。追逐相遇观测系统也是一样，只是在上述相遇观测系统上，规定第一道检波器到最后一道检波器方向为正向，分别抽出炮点在第一道检波器反向一定长度位置处激发的地震记录以及炮点在最后一道检波器正向相同长度位置处激发的地震记录，四个地震记录共同构成追逐相遇观测系统。
(3)利用能量比法自动拾取初至，并根据经验手动调整自动拾取有问题的初至；
(4)利用t0差数法进行解释工作，得到覆盖层与基岩面的深度与纵波速度，再根据这些信息建立初始模型，具体的建立方法是速度沿深度递增模型，遵循公式：
(5)利用SIRT，即联合迭代重建法进行走时层析成像反演地下纵波速度，得到速度-深度剖面；
(6)利用(1)中的地震记录，确定好偏移距，该测线要做的面波排列数，抽出相应的面波排列，并以各个面波排列的中心为中心位置，按一定的搜索半径，搜索该位置处的各层厚度、每层的平均纵波速度作为后续处理的先验信息；
(7)将(6)中得到的每层层厚，纵波速度作为先验信息参与进面波频散曲线的反演中，具体参与的方法是将层厚作为初始模型，将纵波速度作为每次正演时候的准确值。反演的方法是带阻尼的最小二乘反演；
(8)结合实际地质资料对结果进行解释。
倾斜地层模型试算。
模型大小为120m×40m，一共两层介质，模拟一个倾斜的地层，地层左侧界面深度为5.5m，右侧界面深度为18.5m。模型的弹性参数如图5(a)所示。
观测系统为排列长度120m，炮点从0m开始激发，间隔20m移动激发，地面全排列接收，然后再抽出相应的地震记录，面波排列长度为40m，偏移距为10m。
经上述步骤处理后，得到的层析成像结果如图5(b)所示。设置搜索半径为10m，得到的先验信息如表1所示。
表1倾斜地层先验信息表
将以上信息作为先验信息进行频散曲线反演得到的结果如图6(a)-图6(d)。图6(a)-图6(d)中排列一、二、三、四的横坐标中心位置分别为30m，50m，70m，90m。相比于未加先验信息的反演结果，施加先验信息的S波速度反演结果更符合真实的模型，随着排列向右推进，虽然幅度和实际有差距，第二层地层的厚度也逐渐增长，因为这是一个倾斜地层模型，这也与模型中逐渐变厚的第一层介质对应的很好。具体的误差分析如表2。
表2倾斜地层反演误差表
通过误差表可以看到施加先验信息的反演结果精度提升了很多。相比未加先验信息的结果，施加先验信息的反演结果误差总体少了7.2％。这也说明，施加先验信息的S波速度结构反演结果往往优于未施加先验信息的结果。
三层介质倾斜地层模型试算。
模型大小为120m×40m，第一层层状介质埋深为4.8m，第二层模拟一个倾斜的地层，地层左侧界面深度为9.5m，右侧界面深度为21.4m。模型的弹性参数如图7(a)所示。
观测系统为排列长度120m，炮点从0m开始激发，间隔20m移动激发，地面全排列接收，然后再抽出相应的地震记录，面波排列长度为40m，偏移距为10m。
经上述步骤处理后，得到的层析成像结果如图7(b)所示。设置搜索半径为10m，得到的先验信息如表3所示。
表3三层介质倾斜地层先验信息表。
将以上信息作为先验信息进行频散曲线反演得到的结果如图8(a)-图8(d)。图8(a)-图8(d)中排列一、二、三、四的横坐标中心位置分别为30m，50m，70m，90m。相比于未提供先验信息的频散曲线反演结果。并且施加先验信息的反演结果，其S波速度与反演得到的层厚度往往更加贴近真实的模型，这也表明施加先验信息的反演结果更加精确。相比于前面较为简单的模型，该模型的未加先验信息的频散曲线反演很容易收敛到与真实模型差异较大的极小点上，导致结果与真实模型相差较大，施加先验信息后，反演更容易收敛到与真实模型差异相近的极小值上，这也是反演经过精度提高的原因。对于前面提到的随着排列的前进，瑞雷面波速度与深度曲线显示的深度速度越来越小，施加先验信息的反演结果也显示了第二层介质的厚度在逐渐的增厚，这也与其有所对应，但是增厚的幅度小于真实模型中倾斜的地层，其原因可能是反演的过程往往受多个因素影响，其结果也是多个影响因素的共同体现，真实模型的层厚变化幅度不一定会一致的体现在反演的结果上。具体的误差分析如表4。
表4三层介质带倾斜地层反演误差表
可以看到下相比于未加先验信息的结果，施加先验信息的结果的误差下降了16％左右，引起误差的大头在层厚上，因为层厚的量值比较少，所以和真实模型的值差距稍微大一点，就引起相对误差大量增长。对于S波速度来说，施加先验信息的结果误差小了很多，总体误差在5.55％左右，是一个精度相当高的结果。这也说明了施加先验信息的反演结果精度更高，效果更好。
综上所述，模型试算验证了本发明的正确性、有效性和可靠性。
可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，包括：
建立多波联合勘探观测系统进行数据采集；
基于所采集的数据，针对异常体探测，联合使用联合地震映像法、瑞雷波相邻道相位差法提取相速度剖面两种处理方法进行异常体探测工作，并对结果进行比对约束，判断异常体的空间分布，排除假异常；
针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，获取精度更高的S波速度结构。
2.如权利要求1所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，建立多波联合勘探观测系统进行数据采集工作，其建立过程为：
炮点从最左边出发，逐道间距移动，即炮间距等于道间距，排列不动，直到炮点达到最右端；
最左端、最右端距最近的检波器距离需根据地震映像、面波、折射波的野外勘探偏移距的选择要求来选择；
敲击完反向炮之后，一个排列结束，而后移动排列，排列的移动需要满足排列与排列之间至少有一道重合。
3.如权利要求1所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，异常体探测及S波速度结构分层作为探测任务单独进行，或同时进行。
4.如权利要求1所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，针对异常体探测，具体为：
基于多波联合勘探观测系统进行数据采集所获得的原始的地震记录，提取不同偏移距的地震映像剖面，而后识别地震映像剖面上的异常区域；
基于原始的地震记录，利用相邻道相位差法提取多道频散曲线，再利用半波长经验公式得到瑞雷面波相速度剖面，基于相对速度剖面圈定异常；
基于地震映像剖面、瑞雷面波相速度剖面结果，进行比照确认，从而得到更精确的异常位置，排除掉假异常。
5.如权利要求4所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，计算瑞雷波相速度剖面，需要运用多排列正反炮覆盖叠加的地震记录数据进行，提取数据过程：在利用多波联合勘探观测系统采集到的数据中，确定面波排列的长度与偏移距，按该偏移距抽出此排列的正反炮数据，然后排列移动半个长列长度，接着抽出正反炮数据，直至到达测线末端，这些数据组成了后续处理的数据集。
6.如权利要求1所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，针对S波速度结构分层，联合折射波层析成像、面波频散曲线反演两种处理方法进行联合反演，具体为：
基于多波联合勘探观测系统进行数据采集所获得的原始的地震记录，抽出相遇或追逐相遇观测系统，然后拾取初至，解释并建立初始模型，再进行走时层析成像来反演地下纵波速度，并根据速度的分布进行分层；
基于原始的地震记录，确定该测线上面波要做多少个排列，确定偏移距，然后抽出确定好的排列的面波记录；
基于层析成像的结果，计算出每个排列中心的每层平均纵波速度与层厚，将其为先验信息提供给面波进行频散曲线的反演，从而得到更精确的S波速度结构。
7.如权利要求6所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，抽出数据后，利用能量比法自动拾取初至，拾取不准的需要进行调整，而后利用t0差数法进行解释，并利用解释的结果建立初始模型，初始模型是利用解释的第一层和基岩面的纵波速度，从第一层到基岩面均匀递增建立的。
8.如权利要求6所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，确定偏移距用以下标准：在非常软的地层：Vs<100m/s，偏移距应为1～5m；在较软的地层：100m/s<Vs<300m/s，偏移距应为5～10m；在较硬的地层：300m/s<Vs<500m/s，偏移距应为10～20m；在非常硬的地层：500m/s<Vs，偏移距应为20～40m。
9.如权利要求6所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，瑞雷面波波速与S波波速关系式为：
式中：σ为泊松比，该参数本身代表着地下介质的“软”、“硬”程度，它本身没有量纲值，其值范围一般在0～0.5。
10.如权利要求6所述的浅层地震多波联合勘探方法，其特征是，用瑞雷波来反演S波速度结构，瑞雷波频散曲线的反演方法为带阻尼的最小二乘反演，依赖初始模型的设定，作为先验信息参与并约束反演的层析成像信息，参与的方式是在面波排列中心位置，按一定半径搜索每层在该处的平均纵波速度，然后利用纵波与横波速度转换关系得到该处横波速度作为初始模型的横波速度，在中心位置的分层结果作为初始模型的层厚，从而进行反演。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911063256.6A CN110687602A (zh) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 浅层地震多波联合勘探方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911063256.6A CN110687602A (zh) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 浅层地震多波联合勘探方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110687602A true CN110687602A (zh) | 2020-01-14 |
Family
ID=69115372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911063256.6A Pending CN110687602A (zh) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 浅层地震多波联合勘探方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110687602A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111856551A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-30 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 浅层横向高分辨率瑞雷波勘探方法及系统 |
| CN112415593A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-26 | 朱朴厚 | 一种检波方法 |
| CN112415090A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-26 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种输电杆塔混凝土基础内部缺陷识别方法及系统 |
| CN112731558A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-30 | 中国科学技术大学 | 一种地震面波与接收函数的联合反演方法及装置 |
| CN112925021A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-08 | 天津大学 | 用面波探测地层横波速度径向分布的测井方法 |
| CN113495289A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-10-12 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法 |
| CN114114394A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-03-01 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 一种排列内多点放炮公路隧道地震波多波勘探方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101661110A (zh) * | 2009-07-15 | 2010-03-03 | 上海大学 | 瑞利波堤坝探测空洞位置的自动确定方法 |
| WO2011071812A2 (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Geco Technology B.V. | Simultaneous joint inversion of surface wave and refraction data |
| CN106772575A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 安徽理工大学 | 一种基于折射波与面波联合反演剩余煤层厚度的方法 |
| CN108919337A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-11-30 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 城市地下空间地震数据采集系统 |
-
2019
- 2019-10-31 CN CN201911063256.6A patent/CN110687602A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101661110A (zh) * | 2009-07-15 | 2010-03-03 | 上海大学 | 瑞利波堤坝探测空洞位置的自动确定方法 |
| WO2011071812A2 (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Geco Technology B.V. | Simultaneous joint inversion of surface wave and refraction data |
| CN106772575A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 安徽理工大学 | 一种基于折射波与面波联合反演剩余煤层厚度的方法 |
| CN108919337A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-11-30 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 城市地下空间地震数据采集系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| J.TYLER SCHWENK: "Constrained parameterization of the multichannel analysis of surface waves approach with application at Yuma Proving Ground, Arizona", 《THESIS》 * |
| 单娜琳 等: "《工程地震勘探》", 28 February 2006, 北京：冶金工业出版社 * |
| 熊章强 等: "综合物探方法在厦成高速公路岩溶地质调查中的应用", 《第二届环境与工程地球物理国际会议论文集》 * |
| 许顺芳: "《地震勘探实验指导书》", 30 April 2017, 中国地质大学出版社 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111856551A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-30 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 浅层横向高分辨率瑞雷波勘探方法及系统 |
| CN112415090A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-26 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种输电杆塔混凝土基础内部缺陷识别方法及系统 |
| CN112415593A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-26 | 朱朴厚 | 一种检波方法 |
| CN112415593B (zh) * | 2020-10-21 | 2022-09-23 | 朱朴厚 | 一种检波方法 |
| CN112731558A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-30 | 中国科学技术大学 | 一种地震面波与接收函数的联合反演方法及装置 |
| CN112925021A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-08 | 天津大学 | 用面波探测地层横波速度径向分布的测井方法 |
| CN112925021B (zh) * | 2021-01-27 | 2023-03-21 | 天津大学 | 用面波探测地层横波速度径向分布的测井方法 |
| CN113495289A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-10-12 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法 |
| CN114114394A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-03-01 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 一种排列内多点放炮公路隧道地震波多波勘探方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110687602A (zh) | 浅层地震多波联合勘探方法 | |
| CN110133715B (zh) | 一种基于初至时差和波形叠加的微地震震源定位方法 | |
| CN105607121B (zh) | 一种煤炭陷落柱识别方法和装置 | |
| Liu et al. | Three-dimensional seismic ahead-prospecting method and application in TBM tunneling | |
| Liu et al. | A new 3D observation system designed for a seismic ahead prospecting method in tunneling | |
| CN107490808B (zh) | 一种高可靠性地震勘探观测系统的建立方法 | |
| CN1210591A (zh) | 用于地震分析的频谱解译 | |
| US20080137480A1 (en) | Method of Building a Subsurface Velocity Model | |
| CN102937721A (zh) | 利用初至波走时的有限频层析成像方法 | |
| CN103645505B (zh) | 一种定量检测地层中裂缝发育程度的方法 | |
| CN107656308B (zh) | 一种基于时间深度扫描的共散射点叠前时间偏移成像方法 | |
| CN106443791B (zh) | 求取倾斜地层或各向异性地层横波剩余静校正量的方法 | |
| CN113376695B (zh) | 一种适用于煤层底板复杂陷落柱的全波形反演方法 | |
| CN110632667A (zh) | 一种基于冲击波激震条件下的隐伏陷落柱超前探测方法 | |
| CN110579799B (zh) | 一种等旅行时间间隔的地震采集观测方法及系统 | |
| CN117192615A (zh) | 基于透射地震尾波的采煤工作面内隐伏地质构造探测方法 | |
| CN109085642A (zh) | 一种各向异性介质微地震事件定位方法 | |
| CN110531413A (zh) | 一种小断层超前三维可视化建模方法 | |
| CN110579798B (zh) | 一种等反射角度间隔的地震采集观测方法及系统 | |
| CN107942373A (zh) | 基于裂缝性油气储层断裂系统检测的相干算法 | |
| US3354985A (en) | Seismic prospecting method of locating a suspected fault | |
| CN109143398A (zh) | 一种自动网格层析深度域速度的建模方法 | |
| CN110045414B (zh) | 一种矿区深部金属矿的探测方法 | |
| CN103645508B (zh) | 一种检测地层裂缝走向方位角度的方法 | |
| CN110780345A (zh) | 一种隧道超前地震探测地震数据的三维速度分析方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200114 |