[发明专利]一种海底浅部沉积层剪切波速度探测装置及方法

权利要求书

1.一种海底浅部沉积层剪切波速度探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤101：针对探测区域设计观测系统，包括海底地震仪投放点位与气枪激发间距的确定；按照设计的观测系统进行海上地震数据采集，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，从海底地震仪连续记录数据序列中截取海底地震仪所在台站对应的共接收点道集，对共接收点道集先后完成时间漂移校正、道均衡处理与带通滤波处理，将结果输出保存为SU或SEGY格式；

步骤103：读取海底地震仪垂向分量的SU或SEGY格式数据，利用相移法进行频散能量成像；从频散能量结果图中，按照能量振幅极大值，提取多阶舒尔特波频散曲线；

步骤104：根据半波长理论选取最大反演深度，建立一维初始地球物理模型，建立多模频散曲线反演目标函数，基于阻尼最小二乘优化算法求取该目标函数，迭代至预设目标函数收敛，获得最优反演模型；

步骤105：保存输出最优反演模型，作为最终的海底浅部沉积层剪切波速度结果；

所述方法步骤101中，先设定气枪激发震源的最大偏移距Δ，取值最小为2500m，在距离最大偏移距Δ一半的位置设计海底地震仪器观测点位；最后设计气枪的投放深度与激发点距，气枪投放深度范围为5-10m，气枪激发点距Δ_x满足以下公式：

其中，V_sch为探测区域的最小舒尔特波速度，f_max为本次地震观测记录到的舒尔特波的最大频率；

所述方法步骤103中，用相移法计算舒尔特波的频散能量谱，方法如下；

对时空域垂向分量海底舒尔特波共接收点道集r_i进行傅里叶变换：

R_i(x_k，ω)＝FFT(r_i)

其中，i为道数序号，x_k为偏移距，R_i(x_k，ω)为频谱；然后对频谱进行振幅归一化处理获得归一化频谱T_i(x_k，ω)：

其中，|R_i(x_k，ω)|表示取模运算；

给定任一点的舒尔特波相速度v_k和频率ω，可获得该点的频散能量值为：

其中，j为复数单位，选取一定的舒尔特波相速度范围和频率范围，以特定的相速度和频率间隔循环计算该范围内所有点对应的频散能量值，获得该时空域共接收点道集的舒尔特波频散能量谱；

所述方法步骤104中，反演一维模型最大深度H_max的选择依据舒尔特波的半波长理论公式：

其中，v_max为所提取频散曲线的中舒尔特波的最大相速度取值，f_min为所提取频散曲线中最小的频率值；选取了最大深度后，选取相同或不同的层厚度来建立一维浅部沉积层地球物理模型；模型包括四个参数：层厚度h，单位m、压缩波速度v_p，单位m/s、剪切波速度v_s，单位m/s和密度ρ，单位g/cm³；模型第一层为海水层，厚度根据实测海水深度确定，压缩波速度取值1500m/s，剪切波速度取值0m/s，密度取值1.030g/cm³；

所述方法步骤104中，频散曲线正演函数建立为：

其中，m为建立模型的总层数，f_i，c_i为提取的频散曲线对，f_i为频率，c_i为该频率对应的舒尔特波相速度，V_s为模型的剪切波向量，V_p为模型的压缩波向量，为模型的密度向量，为模型的层厚度向量，在反演迭代过程中，压缩波速度和层厚度保持恒定不变，仅反演剪切波速度，密度根据与剪切波速度关系确定：

ρ＝0.18lg(v_s)+0.23

利用阻尼最小二乘最优化算法，求解上述反演的目标函数，获得的V_s最优解即为浅部沉积层的剪切波速度结构。

2.一种用于实现权利要求1所述的海底浅部沉积层剪切波速度探测方法的海底浅部沉积层剪切波速度探测装置，其特征在于，所述装置包括：海底人工源地震数据预处理模块，用于转换原始数据格式、提取共接收点道集、进行姿态校准、时钟漂移校正、道均衡及带通滤波；舒尔特波频散能量成像模块，用于计算共接收点道集的频散能量谱；舒尔特波频散曲线提取模块，用于从频散能量谱中通过振幅极值提取频散曲线；舒尔特波频散曲线反演模块，用于反演拟合最优浅部沉积层剪切波速度模型；剪切波模型保存输出模块，用于保存和输出最优剪切波反演迭代模型。