地震三维波速扫描聚焦成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程物探的技术领域，具体涉及一种地震三维波速扫描聚焦成像方 法。
【背景技术】
[0002] 在地震反射资料的处理中，一般可以分为预处理、参数分析处理、常规处理和资料 解释处理四个阶段。在资料解释处理过程中，地震成像是众多处理手段的最终阶段。现在 普遍采用的有叠前时间偏移成像和叠前深度偏移成像以及基于射线理论的绕射扫描偏移 成像。叠前时间偏移只能解决共反射点叠加问题，不能解决成像点与地下绕射点位置不重 合的问题，因此叠前时间偏移主要应用于地下横向速度变化不太复杂的地区。已知精确速 度模型的情况下，叠前深度偏移被认为是精确地获得复杂构造内部映像最有效的手段，但 是在地下岩性变化巨大、构造非常复杂的地区，要建立高精度的速度模型其难度是相当大 的。为了实现地震数据的成像，偏移处理需要已知从震源和检波点到地下位置的旅行时，而 要确定旅行时就需要速度。但是在实际应用中，剖面成像叠加速度一般不是一个确定的值， 其数值一般会在一定的范围内变化，在这样的情况下很难使用单一速度或者剖面速度变化 表格来直接高精度成像。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种地震三维波速扫描聚焦成像方法，基于绕射 扫描偏移成像法的基本原理，对扫描剖面下的任意一剖面点用一定范围内的速度进行扫 描，然后应用三维图像处理技术，对扫描剖面进行高精度叠加成像，解决因叠加速度变化导 致无法进行高精度成像的问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种地震三维波速扫描聚焦成像方法， 其步骤如下： (一） 利用多次覆盖观测方式采集地震反射波信号记录； (二） 根据地震反射波信号记录，提取共反射点反射信号记录； (三） 应用速度扫描方式对计算剖面进行成像，得到多个计算剖面能量图； (四） 应用三维图像技术，将不同速度扫描得到的剖面能量图进行叠加成像。
[0005] 所述多次覆盖观测方式采集地震反射波信号记录的方法的步骤为： (1) 沿着地震测线，利用多通道地震仪采集地震反射信号； (2) 根据精度要求和现场条件，确定观测方式； (3) 以第一次采集信号的位置为基准位置，之后每次采集都向前进方向平移一个步长 的距离，得到地震反射信号的记录。
[0006] 所述提取共反射点反射信号记录的步骤为： (1) 根据勘测范围要求确定成像计算剖面； (2) 确定计算任意地形条件下剖面内的剖面点； (3) 根据情况确定共反射点半径； (4) 在共反射点半径范围内提取共反射点信号。
[0007] 所述得到计算剖面的能量图的步骤为： (1) 提取出每一个剖面点的共反射点信号记录； (2) 假定计算剖面的速度，对每一个剖面点进行速度扫描，得到该速度扫描的剖面能量 图； (3) 对于不同的速度，依次求取其速度扫描的剖面能量图； (4) 应用计算机三维图像处理技术，对多个图像剖面进行叠加和分析处理，能过调节叠 加剖面的透明度获得更为准确的成像结果。
[0008] 所述观测方式包括一次覆盖观测方式和多次覆盖观测方式。
[0009] 所述移动步长为检波器的道间距。
[0010] 本发明的显著效果在于： 1.对任意地形条件下的复杂变化波速剖面直接进行高精度成像。
[0011] 2.选择一定半径范围内的信号，提高了信号的信噪比。
[0012] 3.用一定范围内的速度进行扫描成像，实现速度分层扫描，应用计算机三维图像 技术进行聚焦分析(每层透明度可调)，避免了扫描叠加后因直接取用最大值而丢掉许多有 用的信息。
[0013] 4.本发明适用于水利、道路、桥梁、隧道和市政预测检测等方面，同时适用于油、 气、煤和矿产勘探预测方面，同时适用于地质雷达成像。
【附图说明】
[0014] 图1为多次覆盖观测方式工作流程示意图。
[0015] 图2为多次覆盖观测方式采集反射信号的示意图。
[0016] 图3为确定计算剖面点示意图。
[0017] 图4为共反射点半径确定示意图。
[0018] 图5为共反射点信号记录提取的示意图。
[0019] 图6为共反射点信号记录。
[0020] 图7为剖面点速度扫描轨迹示意图。
[0021] 图8为剖面点不同速度扫描对应平均幅值示意图。
[0022] 图9为地震三维扫描聚焦成像法实例示意图。
[0023] 图10为剖面叠加聚焦成像示意图(每层透明度可调）。
[0024] 图11为岩溶探测的三维成像图。
[0025] 图12为地质雷达剖面三维成像图。
【具体实施方式】
[0026] 下面通过附图和实施例来具体说明一下本发明。
[0027] -种地震三维波速扫描聚焦成像方法，其步骤如下： (一）利用观测方式采集地震反射波信号记录。
[0028] (1)沿着地震测线，利用多通道地震仪采集地震反射信号； (2) 根据精度要求和现场条件，确定观测方式； (3) 以第一次采集信号的位置为基准位置，之后每次采集都向前进方向平移一个步长 的距离，得到地震反射信号的记录。
[0029] 观测方式包括一次覆盖观测方式和多次覆盖观测方式，观测方式的选择根据现场 观测条件和信号采集的精度确定。可采用标准的多次覆盖观测方式，也可采用任意排列观 测方式。
[0030] 多次覆盖观测方式具体的采集过程如图1所示，经多通道地震仪采集后保存信号 记录，然后向前进方向平移一个步长，再次使用多通道地震仪采集信号，如此循环，直至达 到需要采集反射信号的距离，即剖面的长度。多次覆盖观测方式采集反射信号的示意图如 图2所示，以第一次地震信号采集位置为基准位置，沿着地震测线共进行多次反射波信号 采集，每次采集时，锤击点和检波器之间的相对位置不变，同时相对前一次反射波信号采集 位置沿着移动方向平移一个步长的距离。为方便对信号的采集，一般情况下，可取移动步长 为检波器的道间距，即检波器之间的距离。
[0031] (二）根据地震反射波信号记录，提取共反射点信号记录。
[0032] (1)根据勘测范围要求确定成像计算剖面。
[0033] 计算剖面为沿着某段地震测线竖直向下至某一深度的一个平面。对计算剖面的成 像可以显示该位置地表至地下某一深度范围内的地质情况。例如：地震测线为直线，起点位 置为0米，终点位置为100米，若根据要求，只需对中间50米~80米地表下面地质状况进 行成像，则计算剖面即为50米~80米的位置，如果需要对全长100米范围内地表下地质情 况进行成像，则计算剖面为〇米~100米，以此类推其它情况。
[0034] (2)确定计算剖面内的剖面点。
[0035] 根据实际情况确定计算剖面内需要计算的点位，可沿剖面测线方向和深度方向 剖分成网格(单元)，网格中每一个交叉点即为一个剖面点，如图3所示。网格划分的越 密集，计算量越大，消耗的资源越多。图3中为某一剖面点的位置，剖面点的坐标即平 面位置Xi和对应的深度h^可以由剖分的网格确定，图中的反射信号为该剖面点的共反 射点信号之一，此共反射点信号对应的锤击点位置为X(l，检波器接收点的位置为X1，根 据上述参数Ivxc^Px1，由勾股定理和反射原理，可以得到入射线和反射线路径长度为
【主权项】
1. 一种地震三维波速扫描聚焦成像方法，其特征在于，其步骤如下： (一） 利用观测方式采集地震反射波信号记录； (二） 根据地震反射波信号记录，提取共反射点的信号记录； (三） 应用速度扫描方式对计算剖面进行成像，得到多个计算剖面的能量图； (四） 应用三维图像技术，将不同速度扫描得到的剖面能量图进行叠加成像。
2. 根据权利要求1所述的地震三维波速扫描聚焦成像方法，其特征在于，所述利用观 测方式采集地震反射波信号记录的方法的步骤为： (1) 沿着地震测线，利用多通道地震仪采集地震反射信号； (2) 根据精度要求和现场条件，确定观测方式； (3) 以第一次采集信号的位置为基准位置，之后每次采集都向前进方向平移一个步长 的距离，得到地震反射信号记录。
3. 根据权利要求2所述的地震三维波速扫描聚焦成像方法，其特征在于，所述提取共 反射点反射信号记录的步骤为： (1) 根据勘测范围要求确定成像计算剖面； (2) 确定计算剖面内的剖面点； (3) 确定共反射点的半径； (4) 在共反射点半径范围内提取共反射点信号。
4. 根据权利要求3所述的地震三维波速扫描聚焦成像方法，其特征在于，所述得到计 算剖面的能量图的步骤为： (1) 提取出每一个剖面点的共反射点信号记录； (2) 假定计算剖面的速度，对每一个剖面点进行速度扫描，得到该速度扫描的剖面能量 图； (3) 对于不同的速度，依次求取其速度扫描的剖面能量图。
5. 根据权利要求2所述的地震三维波速扫描聚焦成像方法，其特征在于，所述观测方 式包括一次覆盖观测方式和多次覆盖观测方式。
6. 根据权利要求5所述的地震三维波速扫描聚焦成像方法，其特征在于，所述移动步 长为检波器的道间距或者多倍道间距。
【专利摘要】本发明涉及一种地震三维波速扫描聚焦成像方法，其步骤如下：利用覆盖观测方式采集地震反射波信号记录；根据地震反射波信号记录，提取共反射点信号记录；对成像计算剖面进行速度扫描，得到计算剖面的能量图；将不同速度扫描的剖面能量图进行叠加，应用三维图像技术进行聚焦成像。本发明对一定范围内的速度进行扫描成像，实现速度分层扫描，避免了扫描叠加后因直接取用最大值而丢掉许多有用信息，对任意地形条件下复杂变化波速剖面直接进行高精度成像；可广泛应用于水利、道路、桥梁、隧道和市政预测检测等方面，同时适用于油、气、煤和矿产勘探预测方面。
【IPC分类】G01V1-28
【公开号】CN104765066
【申请号】CN201510192754
【发明人】王运生, 乐金朝, 王艺杰, 张晓军, 贺志彬, 李蓬, 王志刚
【申请人】郑州大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月22日