[發明專利]一種海底淺部沉積層剪切波速度探測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011105470.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112285775B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 王元;游慶瑜;郝天珧;胡耀星;趙春蕾;張妍;徐錫強
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01V1/38
• 代理公司: 北京律遠專利代理事務所(普通合伙) 11574
• 代理人: 王冠宇

1.一種海底淺部沉積層剪切波速度探測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟101：針對探測區域設計觀測系統，包括海底地震儀投放點位與氣槍激發間距的確定；按照設計的觀測系統進行海上地震數據采集，包括海底地震儀投放、氣槍放炮、海底地震儀回收、海底地震儀數據回收；

步驟102：利用人工震源激發的時間與位置導航信息，從海底地震儀連續記錄數據序列中截取海底地震儀所在臺站對應的共接收點道集，對共接收點道集先后完成時間漂移校正、道均衡處理與帶通濾波處理，將結果輸出保存為SU或SEGY格式；

步驟103：讀取海底地震儀垂向分量的SU或SEGY格式數據，利用相移法進行頻散能量成像；從頻散能量結果圖中，按照能量振幅極大值，提取多階舒爾特波頻散曲線；

步驟104：根據半波長理論選取最大反演深度，建立一維初始地球物理模型，建立多模頻散曲線反演目標函數，基于阻尼最小二乘優化算法求取該目標函數，迭代至預設目標函數收斂，獲得最優反演模型；

步驟105：保存輸出最優反演模型，作為最終的海底淺部沉積層剪切波速度結果；

所述方法步驟101中，先設定氣槍激發震源的最大偏移距Δ，取值最小為2500m，在距離最大偏移距Δ一半的位置設計海底地震儀器觀測點位；最后設計氣槍的投放深度與激發點距，氣槍投放深度范圍為5-10m，氣槍激發點距Δ_x滿足以下公式：

其中，V_sch為探測區域的最小舒爾特波速度，f_max為本次地震觀測記錄到的舒爾特波的最大頻率；

所述方法步驟103中，用相移法計算舒爾特波的頻散能量譜，方法如下；

對時空域垂向分量海底舒爾特波共接收點道集r_i進行傅里葉變換：

R_i(x_k，ω)＝FFT(r_i)

其中，i為道數序號，x_k為偏移距，R_i(x_k，ω)為頻譜；然后對頻譜進行振幅歸一化處理獲得歸一化頻譜T_i(x_k，ω)：

其中，|R_i(x_k，ω)|表示取模運算；

給定任一點的舒爾特波相速度v_k和頻率ω，可獲得該點的頻散能量值為：

其中，j為復數單位，選取一定的舒爾特波相速度范圍和頻率范圍，以特定的相速度和頻率間隔循環計算該范圍內所有點對應的頻散能量值，獲得該時空域共接收點道集的舒爾特波頻散能量譜；

所述方法步驟104中，反演一維模型最大深度H_max的選擇依據舒爾特波的半波長理論公式：

其中，v_max為所提取頻散曲線的中舒爾特波的最大相速度取值，f_min為所提取頻散曲線中最小的頻率值；選取了最大深度后，選取相同或不同的層厚度來建立一維淺部沉積層地球物理模型；模型包括四個參數：層厚度h，單位m、壓縮波速度v_p，單位m/s、剪切波速度v_s，單位m/s和密度ρ，單位g/cm³；模型第一層為海水層，厚度根據實測海水深度確定，壓縮波速度取值1500m/s，剪切波速度取值0m/s，密度取值1.030g/cm³；

所述方法步驟104中，頻散曲線正演函數建立為：

其中，m為建立模型的總層數，f_i，c_i為提取的頻散曲線對，f_i為頻率，c_i為該頻率對應的舒爾特波相速度，V_s為模型的剪切波向量，V_p為模型的壓縮波向量，為模型的密度向量，為模型的層厚度向量，在反演迭代過程中，壓縮波速度和層厚度保持恒定不變，僅反演剪切波速度，密度根據與剪切波速度關系確定：

ρ＝0.18lg(v_s)+0.23

利用阻尼最小二乘最優化算法，求解上述反演的目標函數，獲得的V_s最優解即為淺部沉積層的剪切波速度結構。

2.一種用于實現權利要求1所述的海底淺部沉積層剪切波速度探測方法的海底淺部沉積層剪切波速度探測裝置，其特征在于，所述裝置包括：海底人工源地震數據預處理模塊，用于轉換原始數據格式、提取共接收點道集、進行姿態校準、時鐘漂移校正、道均衡及帶通濾波；舒爾特波頻散能量成像模塊，用于計算共接收點道集的頻散能量譜；舒爾特波頻散曲線提取模塊，用于從頻散能量譜中通過振幅極值提取頻散曲線；舒爾特波頻散曲線反演模塊，用于反演擬合最優淺部沉積層剪切波速度模型；剪切波模型保存輸出模塊，用于保存和輸出最優剪切波反演迭代模型。