高速层覆盖下基于初至拾取的近地表参数反演方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到勘探地球物理处理方法领域，特别是涉及到近地表具有高速层覆盖 时基于初至拾取的近地表参数反演方法。 现有技术
[0002] 在地震勘探的发展过程中，针对多种地表、地下介质结构类型，基于体波、面波等 传播机理，发展出了多种或常规或特殊的行之有效的反演方法，但这些方法的适用条件是 低速层覆盖于高速层之上的近地表结构类型，不适用于高速层覆盖于低速层之上的近地表 结构类型。
[0003] 目前常用的反演方法中，层析反演方法是一种精度较高的反演方法，但反演效果 的好坏依赖于初至拾取的准确度。基于地震道时窗属性特征的初至拾取方法是常用的提高 复杂地区初至拾取精度和效率的方法，典型的有能量比法、振幅比法、瞬时强度比法和曲线 长度比法，且能量比法和瞬时强度比法的拾取精度较高，拾取精度明显高于振幅比法和曲 线长度比法。由于近地表高速层覆盖区的地震资料信噪比很低且波场复杂，能量比法和瞬 时强度比法还是存在较大的误差，从而导致层析反演的失败。
[0004] 在高速层覆盖区，地震单炮记录表现为近道处有一顶"高速帽子"的特点。而现有 的近地表反演方法都是基于低速层覆盖于高速层之上的近地表结构假设条件。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的为解决现有反演方法的局限性，提出了高速层覆盖下基于初至拾取 的近地表参数反演方法。本发明通过对能量比初至拾取方法加阈值ε约束，以及对折线射 线路径做直线化近似处理，能够反演出较为准确的高速层覆盖区上覆高速层的速度、厚度 以及下伏低速带的速度等近地表参数，为后续的资料处理提供可靠的近地表信息。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] 高速层覆盖下基于初至拾取的近地表参数反演方法，其特征是包括：
[0008] 步骤101 :输入原始地震单炮记录，并对地震记录信噪比进行定性估计，根据信噪 比的高、中、低选取合适的阈值ε，根据近地表参数的先验值及透射定律，估算出高速层底 界面出射角度Θ i，从而建立初始的"信噪比S/N-阈值ε -高速层底界面出射角度Θ i"量 版；
[0009] 步骤102 :基于能量比法引入阈值ε作为约束进行初至拾取；
[0010] 步骤103 :根据拾取到的初至直达波信息做出x2_t2曲线，利用其斜率求取上覆高 速层速度Vl ;
[0011] 步骤104:利用"高速帽子"的断点信息以及特定阈值ε对应的高速层出射角度 Θ i信息求取上覆高速层厚度匕、低速带速度ν2 ;
[0012] 步骤105 :在一定范围内变化Vl，以满足射线时-距关系为准则，通过对初至信息 的扫描求取到最合适的Vl，k v2组合，即为反演出的近地表参数。
[0013] 上述方案还包括：
[0014] 所述步骤102基于能量比法引入阈值ε作为约束进行初至拾取方法：对输入的单 炮地震记录数据，在每一道的道头加一个时窗长度为Τ的零数据，之后根据如下公式在地 震记录上滑动时间窗口计算对应每一时刻τ的时窗能量
[0015] i.…·?:
[0016] 计算相邻两个时刻τ+Λ τ和τ的时窗能量比值六，，从而得出每道地震记录随 时间变化的能量比曲线，基本公式如下：
[0017]
[0018] 其中，Ατ为对应时间点τ的前后时窗内振幅平方和的比值，x(t)为地震记录值， Δ τ为滑动时间长度，T为道头增加的零值时间窗口长度。
[0019] 定义变量ξ为地震记录值Α和炮点附近道初至直达波振幅平均值Α。的比值，沿 八，变化曲线依次寻找极值，舍弃奇异点，直至找到第一个满足ξ > ε的极值点，在该极值 对应时间点的基础上向前推移半个波长取为"有效初至"，即便在该极值点以前存在其他的 极值点也都认为是"无效初至"，最终实现用含有阈值ε约束的能量比法完成"高速帽子" 的初至拾取。
[0020] 所述步骤103根据拾取到的初至直达波信息做出x2_t2曲线，利用其斜率求取上覆 高速层速度 Vl的方法是：将折线射线路径等效成直线射线路径，将射线速度等效成高速层 的速度Vi，其基本关系式如下：
[0021]
[0022] 其中，Vl为高速层的速度，X和t分别是为初至直达波的偏移距及其走时，h为震 源深度，则x2-t2曲线的斜率即为从而求出vl。 vt
[0023] 所述步骤104利用"高速帽子"的断点信息以及特定阈值ε对应的高速层出射角 度Θ i信息求取上覆高速层厚度比、低速带速度ν2的方法是：利用"高速帽子"断点处的初 至直达波信息及阈值ε对应的出射角度信息建立如下方程组求取上覆高速层厚度比、 低速带速度v 2,
[0024]
[0025] 其中，Θ 2为低速层中的入射角，Θ i为步骤1〇1中所确定的高速层底界面出射角， V2为低速带速度，Vl为步骤103得到的高速层速度，hi为高速层厚度，h为震源深度，K为 "高速帽子"的断点，、为"高速帽子"断点对应的偏移距，为"高速帽子"断点处初至 直达波的走时，通过上述求解方程组，得出初始的Vd k v2组合。
[0026] 所述步骤105在一定范围内变化Vl，以满足射线时-距关系为准则，通过对初至信 息的扫描求取到最合适的 Vl，k v2组合的方法是：用以下关系式表示：
[0027] min (Σ | | t~tobs | |)；
[0028] 其中，t为对应特定Vi, k v2组合的各地震道初至直达波的理论射线走时，为 从地震记录上拾取到的各地震道初至直达波走时，在一定的范围内改变 Vl的取值，重复步 骤104和步骤105,找出使得上式达到最小值时对应的Vl，k v2组合即为反演出来的近地表 参数。
[0029] 利用本发明方法：
[0030] (1)能够准确拾取初至直达波，并判断"高速帽子"的断点；
[0031] (2)能够准确的反演出近地表参数，为近地表高速层覆盖区的实际资料处理提供 可靠的近地表信息。
【附图说明】
[0032] 图1为高速层覆盖下基于初至拾取的近地表参数反演方法流程图；
[0033] 图2为高速层覆盖近地表结构及初至直达波射线路径示意图；
[0034] 图3为根据近地表高速层覆盖区先验信息建立的典型速度模型图；
[0035] 图4是对图3所示的速度模型进行正演模拟得到的地震记录图；
[0036] 图5是第550道"有效初至"和"无效初至"的分布图；
[0037] 图6是第700道"有效初至"和"无效初至"的分布图；
[0038] 图7是采用不同阈值ε约束时拾取出来的初至分布图；
[0039] 图8是近地表参数反演结果图。
【具体实施方式】
[0040] 下面通过优化实施例对本发明的方案做进一步说明。
[0041] 步骤101 :输入原始地震单炮记录，并对地震记录信噪比进行定性估计，根据信噪 比的高、中、低选取合适的阈值ε。根据经验，阈值ε的取值根据信噪比由高到低一般可取 做0.03-0. 10。设地震波沿高速层底界面出射角为时地面检波器所接收到的振幅值为 4 4，零炮检距处地面检波器所接收到的振幅值为A。。令2 = 〃，根据近地表参数的先验值及 透射定律，可以近似估算出角度。从而建立初始的"信噪比S/N-阈值ε-高速层底界面 出射角度"量版，表1为给定模型的估算结果。
[0042] 步骤102:基于能量比法引入阈值ε作为约束进行初至拾取。对输入的单炮地震 记录数据，在每一道的道头加一个时窗长度为Τ (根据经验，一般可设定为50毫秒）的零数 据，之后根据如下公式在地震记录上滑动时间窗口计算对应每一时刻τ的时窗能量。
[0043] t、·****· :?·
[0044] 计算相邻两个时刻τ+Λ τ和τ的时窗能量比值六，，从而得出每道地震记录随 时间变化的能量比曲线，基本公式如下：
[0045]
[0046] 其中，Ατ为对应时间点τ的前后时窗内振幅平方和的比值，x(t)为地震记录值， Δ τ为滑动时间长度，T为道头增加的零值时间窗口长度。
[0047] 定义变量ξ为地震记录值Α和炮点附近道初至直达波振幅平均值Α。的比值。沿 八，变化曲线依次寻找极值，舍弃奇异点，直至找到第一个满足ξ > ε的极值点，在该极值 对应时间点的基础上向前推移半个波长取为"有效初至"，即便在该极值点以前存在其他的 极值点也都认为是"无效初至"。最终实现用含有阈值ε约束的能量比法完成"高速帽子" 的初至拾取。
[0048] 步骤103 :根据拾取到的初至直达波信息做出x2_t2曲线，利用其斜率求取上覆高 速层速度Vi。由于地震波在低速带中的传播距离相对于它在高速层中的传播距离可以忽略 (尤其是在远道处），可将折线射线路径等效成直线射线路径，将射线速度等效成高速层的 速度Vi，其基本关系式如下：
[0049]
[0050] 其中，Vl为高速层的速度，X和t分别是为初至直达波的偏移距及其走时，h为震 源深度，则x 2-t2曲线的斜率即为从而求出Vp νι
[0051] 步骤104:利用"高速帽子"的断点信息以及特定阈值ε对应的高速层出射角度 Θ i信息求取上覆高速层厚度匕、低速带速度ν2。利用"高速帽子"断点处的初至直达波信 息及阈值ε对应的出射角度信息建立如下方程组求取上覆高速层厚度匕、低速带速度 V2°
[0052]
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