[发明专利]海底地震仪四分量海洋面波多阶频散能量成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种海底地震仪四分量海洋面波多阶频散能量成像装置及方法，属于海洋地震勘探技术领域。方法实现包括如下步骤。首先进行海洋面波人工地震观测系统设计，根据作业区的地质情况设计合理的观测系统以保证成像的分辨率，完成海上人工源地震作业。其次开展海底面波的数据预处理。然后分别开展三分量地震计的舒尔特波与声导波频散能量成像、一分量水听计声导波频散能量成像。最后将三分量舒尔特波频散能量谱与一分量声导波频散能量谱进行叠加与归一化处理。装置基于上述方法实现。通过本发明可实现海洋四分量海洋面波的频散分析，提取多阶海洋面波频散曲线，为我国海洋地质工程调查、海洋地球物理调查提供新的技术支撑。

技术领域

本发明涉及属于海洋地震勘探技术领域，具体涉及一种海底地震仪四分量海洋面波多阶频散能量成像装置及方法。主要应用于海洋地质工程调查，同时应用于海洋地球物理调查。

背景技术

因海洋浅部沉积层的剪切波速度与剪切模量直接相关，剪切模量常常作为一种间接评价手段，被广泛应用于海上石油平台、海洋风场、海底管道和海底隧道等海洋工程建设中，以衡量海底沉积层中是否存在“软”的介质、裂隙及含水溶洞等。在我国近海海域，浅部沉积层多为松软的泥沙岩，对应剪切波速度值最低达80m/s，传统的体波剪切波分析方法很难获得高信噪比的转换波数据。而海洋面波具有频散特性，横向传播衰减较慢，且频散曲线对于剪切波速度参数敏感度最高，海洋面波频散分析方法技术成为一种目前应用最广、技术最可靠的海底剪切波探测技术。

在海底存在两种界面波，一种是频率介于1Hz-20Hz的舒尔特波，以首次证明其存在的国外学者Scholte命名(Scholte,1947)；另一种是频率介于5Hz–150Hz的声导波(Glangeaud等,1999；Klein等,2005)。两种波最大的不同是，舒尔特波沿海水与海底的分界面传播，声导波在海水中沿海面和海底多次反射传播。这就决定了两种波的速度存在较大差异，舒尔特波一般与浅部剪切波速度相关，其速度值是剪切波速度值的0.95倍，速度较低；声导波速度则介于海水中压缩波(P波)和浅部沉积层压缩波速度之间，远高于舒尔特波。

目前现有技术都是单纯利用一种海洋面波进行频散能量成像，无两种不同类型海洋面波联合成像先例。在舒尔特波频散能量成像中，大多数研究仅只利用了垂向舒尔特波，利用三分量舒尔特波开展频散分析的案例较少。在声导波海洋面波频散能量成像中，也是仅利用了水听分量。实际上，三分量高频地震计同样记录了声导波，因此利用两种类型海洋面波联合频散能量成像技术，将会大大促进海洋面波探测技术发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底地震仪四分量海洋面波多阶频散能量成像方法，以解决海洋面波探测多阶频散曲线提取的难题，通过四分量海洋面波数据采集、四分量人工源道集数据预处理、三分量舒尔特波频散能量成像、一分量声导波频散能量成像与四分量频散能量谱叠加，实现舒尔特波与声导波四分量海洋面波联合频散能量成像。这将大大提高海洋面波频散曲线的阶数，特别是能够更多高阶海洋面波频散曲线。高阶面波频散曲线在后续的剪切波速度反演中会提供更多的约束，特别是能增加反演模型的深度、提高反演模型的分辨率。

具体的，海底地震仪四分量海洋面波多阶频散能量成像方法，所述方法包括以下步骤：

步骤101：设计海洋面波人工地震观测系统，包括海底地震仪投放点位与人工震源激发点位；按照设计的海洋面波人工地震观测系统开展海上地震数据采集，包括海底地震仪投放、气枪放炮、海底地震仪回收、海底地震仪原始数据回收；

步骤102：利用人工震源激发的时间与位置导航信息，从海底地震仪记录的原始连续数据序列中截取气枪激发的共接收点道集，并完成剖面位置校正、钟差校正，然后进行道均衡处理、带通滤波处理，输出结果并保存为SU或SEGY格式；

步骤103：读取三分量地震计的人工震源共接收点道集数据，对三分量地震计进行姿态校正，获得炮线方向、垂直炮线方向和垂向的三分量地震道集数据，利用相移法对炮线方向和垂向的舒尔特波分别进行频散能量成像，分别获得舒尔特波炮线向频散能量谱、垂向频散能量谱；