高速層覆蓋下基于初至拾取的近地表參數反演方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到勘探地球物理處理方法領域，特別是涉及到近地表具有高速層覆蓋 時基于初至拾取的近地表參數反演方法。 現有技術
[0002] 在地震勘探的發展過程中，針對多種地表、地下介質結構類型，基于體波、面波等 傳播機理，發展出了多種或常規或特殊的行之有效的反演方法，但這些方法的適用條件是 低速層覆蓋于高速層之上的近地表結構類型，不適用于高速層覆蓋于低速層之上的近地表 結構類型。
[0003] 目前常用的反演方法中，層析反演方法是一種精度較高的反演方法，但反演效果 的好壞依賴于初至拾取的準確度。基于地震道時窗屬性特征的初至拾取方法是常用的提高 復雜地區初至拾取精度和效率的方法，典型的有能量比法、振幅比法、瞬時強度比法和曲線 長度比法，且能量比法和瞬時強度比法的拾取精度較高，拾取精度明顯高于振幅比法和曲 線長度比法。由于近地表高速層覆蓋區的地震資料信噪比很低且波場復雜，能量比法和瞬 時強度比法還是存在較大的誤差，從而導致層析反演的失敗。
[0004] 在高速層覆蓋區，地震單炮記錄表現為近道處有一頂"高速帽子"的特點。而現有 的近地表反演方法都是基于低速層覆蓋于高速層之上的近地表結構假設條件。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的為解決現有反演方法的局限性，提出了高速層覆蓋下基于初至拾取 的近地表參數反演方法。本發明通過對能量比初至拾取方法加閾值ε約束，以及對折線射 線路徑做直線化近似處理，能夠反演出較為準確的高速層覆蓋區上覆高速層的速度、厚度 以及下伏低速帶的速度等近地表參數，為后續的資料處理提供可靠的近地表信息。
[0006] 本發明的技術方案是：
[0007] 高速層覆蓋下基于初至拾取的近地表參數反演方法，其特征是包括：
[0008] 步驟101 :輸入原始地震單炮記錄，并對地震記錄信噪比進行定性估計，根據信噪 比的高、中、低選取合適的閾值ε，根據近地表參數的先驗值及透射定律，估算出高速層底 界面出射角度Θ i，從而建立初始的"信噪比S/N-閾值ε -高速層底界面出射角度Θ i"量 版；
[0009] 步驟102 :基于能量比法引入閾值ε作為約束進行初至拾取；
[0010] 步驟103 :根據拾取到的初至直達波信息做出x2_t2曲線，利用其斜率求取上覆高 速層速度Vl ;
[0011] 步驟104:利用"高速帽子"的斷點信息以及特定閾值ε對應的高速層出射角度 Θ i信息求取上覆高速層厚度匕、低速帶速度ν2 ;
[0012] 步驟105 :在一定范圍內變化Vl，以滿足射線時-距關系為準則，通過對初至信息 的掃描求取到最合適的Vl，k v2組合，即為反演出的近地表參數。
[0013] 上述方案還包括：
[0014] 所述步驟102基于能量比法引入閾值ε作為約束進行初至拾取方法：對輸入的單 炮地震記錄數據，在每一道的道頭加一個時窗長度為Τ的零數據，之后根據如下公式在地 震記錄上滑動時間窗口計算對應每一時刻τ的時窗能量
[0015] i.…·?:
[0016] 計算相鄰兩個時刻τ+Λ τ和τ的時窗能量比值六，，從而得出每道地震記錄隨 時間變化的能量比曲線，基本公式如下：
[0017]
[0018] 其中，Ατ為對應時間點τ的前后時窗內振幅平方和的比值，x(t)為地震記錄值， Δ τ為滑動時間長度，T為道頭增加的零值時間窗口長度。
[0019] 定義變量ξ為地震記錄值Α和炮點附近道初至直達波振幅平均值Α。的比值，沿 八，變化曲線依次尋找極值，舍棄奇異點，直至找到第一個滿足ξ > ε的極值點，在該極值 對應時間點的基礎上向前推移半個波長取為"有效初至"，即便在該極值點以前存在其他的 極值點也都認為是"無效初至"，最終實現用含有閾值ε約束的能量比法完成"高速帽子" 的初至拾取。
[0020] 所述步驟103根據拾取到的初至直達波信息做出x2_t2曲線，利用其斜率求取上覆 高速層速度 Vl的方法是：將折線射線路徑等效成直線射線路徑，將射線速度等效成高速層 的速度Vi，其基本關系式如下：
[0021]
[0022] 其中，Vl為高速層的速度，X和t分別是為初至直達波的偏移距及其走時，h為震 源深度，則x2-t2曲線的斜率即為從而求出vl。 vt
[0023] 所述步驟104利用"高速帽子"的斷點信息以及特定閾值ε對應的高速層出射角 度Θ i信息求取上覆高速層厚度比、低速帶速度ν2的方法是：利用"高速帽子"斷點處的初 至直達波信息及閾值ε對應的出射角度信息建立如下方程組求取上覆高速層厚度比、 低速帶速度v 2,
[0024]
[0025] 其中，Θ 2為低速層中的入射角，Θ i為步驟1〇1中所確定的高速層底界面出射角， V2為低速帶速度，Vl為步驟103得到的高速層速度，hi為高速層厚度，h為震源深度，K為 "高速帽子"的斷點，、為"高速帽子"斷點對應的偏移距，為"高速帽子"斷點處初至 直達波的走時，通過上述求解方程組，得出初始的Vd k v2組合。
[0026] 所述步驟105在一定范圍內變化Vl，以滿足射線時-距關系為準則，通過對初至信 息的掃描求取到最合適的 Vl，k v2組合的方法是：用以下關系式表示：
[0027] min (Σ | | t~tobs | |)；
[0028] 其中，t為對應特定Vi, k v2組合的各地震道初至直達波的理論射線走時，為 從地震記錄上拾取到的各地震道初至直達波走時，在一定的范圍內改變 Vl的取值，重復步 驟104和步驟105,找出使得上式達到最小值時對應的Vl，k v2組合即為反演出來的近地表 參數。
[0029] 利用本發明方法：
[0030] (1)能夠準確拾取初至直達波，并判斷"高速帽子"的斷點；
[0031] (2)能夠準確的反演出近地表參數，為近地表高速層覆蓋區的實際資料處理提供 可靠的近地表信息。
【附圖說明】
[0032] 圖1為高速層覆蓋下基于初至拾取的近地表參數反演方法流程圖；
[0033] 圖2為高速層覆蓋近地表結構及初至直達波射線路徑示意圖；
[0034] 圖3為根據近地表高速層覆蓋區先驗信息建立的典型速度模型圖；
[0035] 圖4是對圖3所示的速度模型進行正演模擬得到的地震記錄圖；
[0036] 圖5是第550道"有效初至"和"無效初至"的分布圖；
[0037] 圖6是第700道"有效初至"和"無效初至"的分布圖；
[0038] 圖7是采用不同閾值ε約束時拾取出來的初至分布圖；
[0039] 圖8是近地表參數反演結果圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面通過優化實施例對本發明的方案做進一步說明。
[0041] 步驟101 :輸入原始地震單炮記錄，并對地震記錄信噪比進行定性估計，根據信噪 比的高、中、低選取合適的閾值ε。根據經驗，閾值ε的取值根據信噪比由高到低一般可取 做0.03-0. 10。設地震波沿高速層底界面出射角為時地面檢波器所接收到的振幅值為 4 4，零炮檢距處地面檢波器所接收到的振幅值為A。。令2 = 〃，根據近地表參數的先驗值及 透射定律，可以近似估算出角度。從而建立初始的"信噪比S/N-閾值ε-高速層底界面 出射角度"量版，表1為給定模型的估算結果。
[0042] 步驟102:基于能量比法引入閾值ε作為約束進行初至拾取。對輸入的單炮地震 記錄數據，在每一道的道頭加一個時窗長度為Τ (根據經驗，一般可設定為50毫秒）的零數 據，之后根據如下公式在地震記錄上滑動時間窗口計算對應每一時刻τ的時窗能量。
[0043] t、·****· :?·
[0044] 計算相鄰兩個時刻τ+Λ τ和τ的時窗能量比值六，，從而得出每道地震記錄隨 時間變化的能量比曲線，基本公式如下：
[0045]
[0046] 其中，Ατ為對應時間點τ的前后時窗內振幅平方和的比值，x(t)為地震記錄值， Δ τ為滑動時間長度，T為道頭增加的零值時間窗口長度。
[0047] 定義變量ξ為地震記錄值Α和炮點附近道初至直達波振幅平均值Α。的比值。沿 八，變化曲線依次尋找極值，舍棄奇異點，直至找到第一個滿足ξ > ε的極值點，在該極值 對應時間點的基礎上向前推移半個波長取為"有效初至"，即便在該極值點以前存在其他的 極值點也都認為是"無效初至"。最終實現用含有閾值ε約束的能量比法完成"高速帽子" 的初至拾取。
[0048] 步驟103 :根據拾取到的初至直達波信息做出x2_t2曲線，利用其斜率求取上覆高 速層速度Vi。由于地震波在低速帶中的傳播距離相對于它在高速層中的傳播距離可以忽略 (尤其是在遠道處），可將折線射線路徑等效成直線射線路徑，將射線速度等效成高速層的 速度Vi，其基本關系式如下：
[0049]
[0050] 其中，Vl為高速層的速度，X和t分別是為初至直達波的偏移距及其走時，h為震 源深度，則x 2-t2曲線的斜率即為從而求出Vp νι
[0051] 步驟104:利用"高速帽子"的斷點信息以及特定閾值ε對應的高速層出射角度 Θ i信息求取上覆高速層厚度匕、低速帶速度ν2。利用"高速帽子"斷點處的初至直達波信 息及閾值ε對應的出射角度信息建立如下方程組求取上覆高速層厚度匕、低速帶速度 V2°
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