[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202011105470.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112285775B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 中國科學(xué)院地質(zhì)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(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11574
• 代理人: 王冠宇

本發(fā)明公開了一種海底淺部沉積層剪切波速度探測裝置及方法，屬于海洋地震勘探技術(shù)領(lǐng)域。方法實現(xiàn)包括如下步驟。首先進(jìn)行作業(yè)區(qū)人工地震探測系統(tǒng)設(shè)計，主要是給定合理的海底地震儀器設(shè)備投放間距和海面氣槍激發(fā)間距；按照設(shè)計進(jìn)行海上人工源地震作業(yè)。其次開展海底面波的數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括格式轉(zhuǎn)換、鐘差校正、數(shù)據(jù)截取等。然后進(jìn)行海底面波頻散能量成像、頻散曲線提取。最后開展頻散曲線反演。裝置基于上述方法實現(xiàn)。通過本發(fā)明可實現(xiàn)海底淺部沉積層剪切波速度成像，為我國海洋地質(zhì)工程調(diào)查、海洋地球物理調(diào)查提供新的技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于海洋地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海底淺部沉積層剪切波速度探測裝置及方法。主要應(yīng)用于海洋地質(zhì)工程調(diào)查，同時應(yīng)用于海洋地球物理調(diào)查。

背景技術(shù)

海洋淺部沉積層剪切波速度結(jié)構(gòu)探測在海洋地質(zhì)工程、海洋地球物理調(diào)查中至關(guān)重要。在許多海洋工程建設(shè)活動中，如海上石油平臺、海洋風(fēng)場、海底管道和海底隧道等，需要評價海底沉積層是否存在“軟”的介質(zhì)、斷裂等，除了高成本的海底鉆井這種直接探測方式外，淺海沉積物的剪切波速度結(jié)構(gòu)是一種有效的間接評價手段。在海洋地球物理勘探中，為了開展多波多分量海底地震勘探，需要先驗的淺部剪切波速度模型。在海洋深部剪切波速度成像中，需要先驗的淺部沉積層剪切波速度模型進(jìn)行剪切波到時差校準(zhǔn)。

利用海底的體波和面波均可開展淺部沉積層剪切波速度研究。相對于海底體波探測技術(shù)，海底面波具有橫向衰減慢、傳播距離更遠(yuǎn)的優(yōu)勢。因淺部沉積層往往剪切波速度特別低，體波的壓縮波-剪切波比值較低，很難在海底采集到可用于研究的高信噪比轉(zhuǎn)換波。但面波具有頻散特性，該特性使得海底面波相速度對淺部沉積層的剪切波速度最為敏感，有利于海底面波頻散曲線反演剪切波速度結(jié)構(gòu)。

海底面波是指在海水和沉積物界面之間傳播的界面波，因外國學(xué)者Scholte于1947年率先完成數(shù)學(xué)證明，垂向或徑向的海底面波命名為舒爾特波(Scholte-wave；Scholte,1947)。切向的海底面波與陸地的切向面波名稱一致，均稱為勒夫波(Love-wave；Love,1911)。

在海洋地質(zhì)工程和地球物理調(diào)查中，淺部沉積層剪切波速度探測是基礎(chǔ)內(nèi)容。但因海洋特殊環(huán)境，對探測儀器、作業(yè)方式和數(shù)據(jù)處理提出了新的要求，傳統(tǒng)海洋鉆井方式經(jīng)濟成本高。因此，有必要研發(fā)一種海底淺部沉積層剪切波速度探測裝置及方法，可行性高、算法穩(wěn)定、施工成本低、反演結(jié)果可靠，將為海洋地質(zhì)工程、海洋地球物理調(diào)查提供可靠技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種海底淺部沉積層剪切波速度探測方法，以解決海洋地質(zhì)工程調(diào)查中淺部沉積層剪切波速度的成像問題，通過海底面波數(shù)據(jù)采集、主動源道集數(shù)據(jù)預(yù)處理、頻散能量成像與多模頻散曲線反演，實現(xiàn)海底淺部沉積層剪切波速度成像。這將大大降低海洋地質(zhì)工程中大面積淺部沉積層地質(zhì)普查的成本，為快速高效實現(xiàn)區(qū)域海洋地質(zhì)工程調(diào)查提供可能，更為海洋多波多分量地震勘探、海底深部剪切波成像提供了重要先驗參考模型。

具體的，海底淺部沉積層剪切波速度探測方法，所述方法包括以下步驟：

步驟101：針對探測區(qū)域設(shè)計觀測系統(tǒng)，包括海底地震儀投放點位與氣槍激發(fā)間距的確定；按照設(shè)計的觀測系統(tǒng)進(jìn)行海上地震數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)回收；

步驟102：利用人工震源激發(fā)的時間與位置導(dǎo)航信息，從海底地震儀連續(xù)記錄數(shù)據(jù)序列中截取海底地震儀所在臺站對應(yīng)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(jié)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(shù)據(jù)，利用相移法進(jìn)行頻散能量成像；從頻散能量結(jié)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(jù)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(biāo)函數(shù)，基于阻尼最小二乘優(yōu)化算法求取該目標(biāo)函數(shù)，迭代至預(yù)設(shè)目標(biāo)函數(shù)收斂，獲得最優(yōu)反演模型；