[发明专利]以潜孔锤锤头为震源的井地地震成像系统及成像方法

说明书

技术领域

本发明属于工程地震勘探技术领域，涉及一种井地地震层析成像方法，具体涉及一种以潜孔锤锤头为震源的井地地震成像系统及层析成像方法。 

背景技术

目前，工程勘察中对于地层的划分、岩体软弱程度的识别多是采用地震勘探的方法，地震勘探方法可以反映出地下介质的分层及岩体软弱程度，在工程勘察中用来解决地质分层、不良地质体识别等问题，但在实际应用中存在两点问题：①工程地震勘察受造价及安全的考虑，很少采用炸药震源，多采用大锤敲击或电火花，因此能量较弱，故而探测距离较小；②地面地震成像方法震源离目标体较远，相对井中震源方式这种方式分辨率较低。 

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术中的问题，提供了一种以潜孔锤锤头为震源的井地地震成像系统及成像方法。 

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

本发明的以潜孔锤锤头为震源的井地地震成像系统，包括设置在地表的地震检波器和地震信号触发器，与地震检波器和地震信号触发器连接的地震记录仪；该系统还包括潜孔锤钻机以及与潜孔锤钻机连接用于钻孔的钻杆和连接在钻杆端部的潜孔锤锤头。

所述的钻杆和潜孔锤锤头在勘察区域的中心处钻孔，地震检波器以钻孔为中心，成排地布置，形成多条测线。 

所述的地震信号触发器设置在钻孔周围半径1m的范围内。 

一种以潜孔锤锤头为震源的井地地震成像方法，包括如下步骤： 

S₁、随潜孔锤钻进获取地震信号数据

以潜孔锤锤头为震源，地面接收地震信号，随着潜孔锤的向下钻进，采集不同深度震源激发信号，最后形成不同深度震源激发下的地震信号数据；

S₂、构建场地弹性波速度模型

依据潜孔锤取芯结果，分析层位深度，判断不同层位的弹性波速度，进而建立场地内的弹性波速度模型；

S₃、对地震信号数据进行反演

在S₂中的弹性波速度模型基础上对S₁中采集的地震信号数据进行反演，获取场地弹性波速度分布情况；

S₄、输出场地弹性波速度分布图像

依据S₃中场地弹性波速度分布数据进行场地弹性波速度图像的绘制，添加工程、位置、高程等工程信息；

S₅、依据弹性波速度图像进行场地评价

依据S₄中生成的弹性波速度分布图像进行地质分层以及场地评价工作。

其中，随潜孔锤钻进获取地震信号数据步骤的具体实现方法为： 

S₁₁、潜孔锤机具安装，开始钻孔

在选定场地之后，进行潜孔锤钻机、钻杆及潜孔锤锤头的安装，开始进行钻孔工作；

S₁₂、孔口地震信号触发器埋设

在钻孔孔口周围1m范围内埋设地震信号触发器，以提示地震记录仪何时开始接收地震信号；

S₁₃、孔周围地震检波器布设

在钻孔周围成排地布设地震检波器，形成多条测线；

S₁₄、将地震记录仪与地震检波器、地震信号触发器连接；

S₁₅、随潜孔锤钻进采集地震信号

随着潜孔锤的钻进，利用地震信号触发器计时，利用地震记录仪采集地震信号；

S₁₆、依据地震信号形成初至时间数据文件

依据S₁₅中采集的地震信号读取初至时间，最终形成初至时间数据文件。

其中，构建场地弹性波速度模型步骤的具体实现方法为： 

将勘察区域的地下介质离散成一系列矩形单元，矩形单元的弹性波速度通过节点速度值的双线性插值函数来描述，节点速度值依据潜孔锤取芯情况确定及反演自动修正。

对地震信号数据进行反演步骤的具体实现方法为： 

（1）基于S₂中构建的弹性波速度模型，进行正演计算，计算射线路径和旅行时 ；

（2）利用S₁₆中的初至时间数据和上一步计算的旅行时建立旅行时反演方程组，其中，是介质弹性波速度的修正量，为拾取的旅行时与计算的旅行时之差，为雅可比矩阵，其元素为一条射线的旅行时对某个网格节点速度的偏导数；