CN115980856B - 适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法 - Google Patents

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CN115980856B CN202310272911.9A CN202310272911A CN115980856B CN 115980856 B CN115980856 B CN 115980856B CN 202310272911 A CN202310272911 A CN 202310272911A CN 115980856 B CN115980856 B CN 115980856B
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Abstract

本发明提供了适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，包括：计算深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量；计算各炮集检波点接收到的直达波旅行时理论计算值、海面反射波旅行时理论计算值和海底反射波旅行时理论计算值；构建复杂海底界面条件下深拖式多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数同步优化反演的目标函数；求解目标函数，完成深拖式多道地震探测系统的炮检精确定位。本发明不依赖水听器阵列配置的姿态传感器和深度传感器数据，能够同步获取各炮集阵列几何形态表征参数和海水声速的优化反演结果，有效应对地震波旅行时拾取的不确定性和任意复杂海底界面条件。

Description

适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法
技术领域
本发明涉及海洋地球物理勘探技术领域，具体涉及适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法。
背景技术
深拖式多道地震探测技术是一种将地震高频震源和地震接收电缆均置于近海底位置拖曳的、适用于深水工作环境的高分辨率多道地震探测方式，自20世纪80年代以来，世界各国研发出来的深拖式多道地震探测系统已经在天然气水合物系统评估、游离气和气烟囱表征、海底麻坑识别、滑坡灾害评价等方面取得了成功的应用效果。
准确的炮检位置关系是深拖式多道地震数据成像质量的前提条件，对于深拖式高分辨率地震探测系统而言，微小的炮检定位误差引起的地震记录双曲线失真会造成速度分析速度谱聚焦度变差，进而导致叠加处理时出现相消干扰，影响地震成像剖面的分辨率和信噪比。近些年，为了提高深拖式多道地震探测系统数据成像质量，充分挖掘系统的探测潜力，许多学者相继提出和发展了多种适用于深拖式多道地震探测系统的炮检位置反演方法。现有技术多依赖于深拖多道地震接收电缆配置的姿态传感器或深度传感器数据，并且没有考虑海水声速的横向不均匀性及海底界面的复杂性，中国专利（CN114460649A）公开了一种深海近底拖曳式多道地震接收阵列形态重建方法，但是该方法也没有考虑海水声速的横向不均匀性及海底界面的复杂性，以上问题都会导致炮检定位结果不够准确，影响最终地震成像剖面的信噪比和分辨率，甚至出现构造假象。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其仅基于直达波、海底反射波和海面反射波走时信息，不依赖于水听器阵列配置的姿态传感器和深度传感器数据，且对任意复杂海底界面均适用，能够有效提高线列阵拖体的几何形态反演精度和可靠性。
适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，所述方法包括：
分别计算深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量；
分别计算各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的直达波旅行时理论计算值、海面反射波旅行时理论计算值和海底反射波旅行时理论计算值；
构建复杂海底界面条件下深拖式多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数同步优化反演的目标函数；
求解目标函数，实现深拖式多道地震炮检精确定位。
在一种可能的实现方式中，深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量的计算公式如下：
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基于以上发明内容，相对于现有技术，本发明实现了以下技术效果：
（1）本发明采用最短路径算法对深拖式多道地震探测系统接收到的海底反射波旅行时进行准确求取，不需要对海底界面做任何近似表示，能够适用于任意复杂海底界面情况。
（2）本发明基于直达波、海面反射波和海底反射波旅行时共同构建深拖式多道地震探测系统炮检定位目标函数，能够应对地震波旅行时拾取不确定性带来的影响，能够有效提高反演算法的稳定性。
（3）本发明考虑海水声速横向非均质性对深拖多道地震接收电缆阵列几何形态反演精度的影响，将海水声速优化参数引入目标函数，采用非线性优化算法实现了深拖多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数的同步反演，能够有效提高深拖式多道地震探测系统炮点-检波点相对位置关系的反演精度和可靠性。
本发明所述方法不依赖水听器阵列配置的姿态传感器和深度传感器数据，能够同步获取各炮集的阵列几何形态表征参数和海水声速的优化反演结果，能够有效应对地震波旅行时拾取的不确定性和任意复杂海底界面条件。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为本申请实施例提供的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法中深拖式多道地震探测系统接收到的直达波和海面反射波传播路径示意图；
图3为本发明实施例提供的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法中深拖式多道地震探测系统接收到的海底反射波传播路径示意图；
图4为本发明实施例提供的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法中作业测线区段对应的海底界面水深变化曲线；
图5为本发明实施例提供的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法中深拖式多道地震探测系统炮点-检波点精确定位结果。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，为本申请实施例提供的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法的流程示意图。如图1所示，所述方法具体包括：
步骤S1：基于深拖式多道地震探测系统的工程设计参数，对深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量、垂直方向偏移量进行表征；
步骤S2：根据地震射线理论，结合深拖震源入水深度观测值和深拖震源离底高度观测值，对各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的直达波旅行时理论计算值、海面反射波旅行时理论计算值和海底反射波旅行时理论计算值进行表征；
步骤S3：构建复杂海底界面条件下深拖式多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数同步优化反演的目标函数；
步骤S4：求解目标函数，完成深拖式多道地震探测系统的炮检精确定位。
需要特别说明的是，在上述深拖式多道地震炮检精确定位方法前，首先需要进行数据采集。具体包括：对实际炮集记录进行人工拾取获得深拖地震接收电缆检波点接收到的直达波旅行时实际观测值
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。
进一步地，所述步骤S1具体为：
在只考虑二维情况下，将深拖震源和深拖地震接收电缆组成的线列阵拖体以各检波点位置为节点分割为多节线段，基于各节线段长度及其俯仰角，对深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量、垂直方向偏移量进行表征，获得深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量、垂直方向偏移量的表达式：
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本实施例中，深拖式多道地震探测系统的工程设计参数：深拖地震接收电缆的检波点总个数为48，即
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参见图2，为本发明实施例提供的深拖式多道地震探测系统直达波和海面反射波传播路径示意图。如图2所示，基于地震射线理论可以得出炮检位置和直达波、海面反射波旅行时的关系，由此获得各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的直达波旅行时理论计算值和海面反射波旅行时理论计算值，采用以下公式计算：
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图4为本实施例中一共221个炮集深拖震源激发点位置的深拖震源入水深度观测值
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，如图4所示，圆点标记表示第75炮对应的海底界面水深值。
以第75炮为例，选取当前炮集深拖震源和深拖地震接收电缆下方的海底界面水深信息，横向范围从深拖震源正下方位置向深拖接收电缆方向截取一定距离（本实施例中深拖地震接收电缆有效工作长度150m，本实施例中将一定距离设为100m），将该段海底界面水深变化曲线按照横向间隔0.5m离散化，获得离散化后的海底界面水深变化曲线离散点的水深值
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。201为海底界面水深变化曲线离散点的总个数。对于深拖地震接收电缆的每个检波点，连接深拖震源、海底界面水深变化曲线离散点和深拖地震接收电缆检波点可以获得201个可能的海底反射波传播路径/>
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，根据最短路径算法，确定其中最短传播距离对应的海底反射波传播路径为真实的海底反射波传播路径。
进一步地，所述步骤S3具体为：
当前炮集深拖震源激发点位置的海水声速对于深拖地震接收阵列几何形态反演精度影响较大，考虑到海水声速的横向不均匀性，使
Figure SMS_193
在1480-1500m/s之间优化取值，将海水声速也作为优化参数在目标函数求解中同步反演。因此，在上述各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的直达波旅行时理论计算值、海面反射波旅行时理论计算值和海底反射波旅行时理论计算值的表达式的基础上，构建复杂海底界面条件下深拖式多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数同步优化反演的目标函数如下：
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其中，
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表示使其后的表达式达到最小值时变量/>
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表示当前炮集深拖震源激发点位置的海水声速优化参数最优解。
本实施例中深拖地震接收电缆的检波点总个数为48，待优化参数
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通过对实际炮集记录进行人工拾取获得。
进一步地，所述步骤S4具体为：
基于公式（7），利用粒子群优化算法求解目标函数，获得目标函数最优解
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，求解出深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量，实现深拖式多道地震炮检精确定位。
在本实施例中，基于公式（7），利用粒子群优化算法求解目标函数，获得目标函数最优解
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，求解出深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量，实现深拖式多道地震炮检精确定位。如图5所述，为本实施例第75炮的深拖式多道地震探测系统炮点-检波点位置信息反演结果，即深拖式多道地震炮检精确定位结果，其中星形标记为深拖震源位置，圆形标记为深拖地震接收电缆48个检波点的位置；横坐标表示以实施例第1炮深拖震源位置为参照原点计算的横向距离，定义拖曳作业行进方向为负方向；纵坐标表示深拖震源及深拖地震接收电缆检波点的入水深度。
综上所述，本发明采用最短路径算法对深拖式多道地震探测系统接收到的海底反射波旅行时进行准确求取，方法不需要对海底界面做任何近似表示，能够适用于任意复杂海底界面情况；基于直达波、海面反射波和海底反射波旅行时共同构建深拖式多道地震探测系统炮检定位目标函数，能够应对地震波旅行时拾取不确定性带来的影响，能够有效提高反演算法的稳定性；考虑海水声速横向非均质性对深拖多道地震接收电缆阵列几何形态反演精度的影响，将海水声速优化参数引入目标函数，采用非线性优化算法实现了深拖多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数的同步反演，有效提高了深拖式多道地震探测系统炮点-检波点相对位置关系的反演精度和可靠性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其特征在于，所述方法包括：
分别计算深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量；
分别计算各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的直达波旅行时理论计算值、海面反射波旅行时理论计算值和海底反射波旅行时理论计算值；
构建复杂海底界面条件下深拖式多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数同步优化反演的目标函数；
求解目标函数，实现深拖式多道地震炮检精确定位；
其中，深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量的计算公式如下：
Figure QLYQS_5
其中，/>
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复杂海底界面条件下深拖式多道地震接收阵列几何形态表征参数和海水声速优化参数同步优化反演的目标函数如下：
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2.根据权利要求1所述的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其特征在于，各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的直达波旅行时理论计算值和海面反射波旅行时理论计算值的计算公式如下：
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3.根据权利要求1所述的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其特征在于，各炮集中深拖地震接收电缆各检波点接收到的海底反射波旅行时理论计算值的计算公式如下：
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4.根据权利要求3所述的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其特征在于，当前炮集第
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5.根据权利要求1所述的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其特征在于，当前炮集第
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6.根据权利要求1所述的适用复杂海底界面的深拖式多道地震炮检精确定位方法，其特征在于，基于公式（7）获得目标函数最优解
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，求解出深拖地震接收电缆各检波点相对深拖震源激发点位置的水平方向偏移量和垂直方向偏移量，实现深拖式多道地震炮检精确定位。
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