深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法技术

本发明专利技术公开深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，属于地球物理技术领域，用于拖缆水听器阵列的定位，包括使用深拖地震数据的海面反射波或海底反射波初至时间利用海水平均速度计算水听器阵列的初始深度，根据拖缆水听器阵列为曲线的特点，将水听器阵列初始深度与震源组合，采用加权最小二乘法多项式拟合的方法组合后的拟合优度或均方根误差，通过更新计算时的海水速度使得拟合优度最大或均方根误差最小，最后将拟合结果作为最终水听器阵列的各道深度值。本发明专利技术能够获得定位精度达到小于一个采样间隔的深拖高分辨率地震数据处理的要求，考虑了拖缆阵列的曲率平滑，为后续深拖地震数据精细处理提供准确的各道深度。各道深度。各道深度。

【技术实现步骤摘要】
深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法


[0001]本专利技术公开深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，属于地球物理


技术介绍

[0002]拖缆水听器阵列的高精度定位是深拖式高分辨率地震探测技术及后续数据处理中最重要的问题之一。深拖式高分辨率地震探测系统的震源——拖缆水听器阵列由于频繁收放缆（保持在距海底一定高度或保障系统安全，需要收放电缆）、拖曳速度的不稳定和深海环境变化等因素的影响，震源和拖缆水听器阵列在数据采集过程中不可避免的上下浮动。对室内高分辨率地震数据处理而言，拖缆水听器阵列定位精度的高低，是数据处理的结果质量的关键所在，一般要求垂向上的精度达到一个采样间隔Δt。由于深拖高分辨率地震探测系统的震源和拖缆水听器阵列作业时拖曳于海平面以下300 m，所以基于电磁波的无线电导航系统GPS无法对深拖震源和拖缆水听器阵列进行定位。目前深拖拖缆水听器阵列定位主要采用走时定位的方法，然而在计算时采用的海水水体的平均速度，导致计算结果达不到数据处理的要求，且没有考虑走时的相位畸变和拖缆水听器阵列的曲率平滑。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，以解决现有技术中，深拖拖缆水听器阵列定位的计算结果达不到数据处理的要求，且没有考虑走时的相位畸变和拖缆水听器阵列的曲率平滑的问题。
[0004]深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，包括：S1.计算获取拖缆水听器阵列的初水平位置和垂直深度，获得拖缆水听器初始坐标；S2.确定海水水体速度的范围；S3.将震源深度与S1的拖缆水听器初始坐标组成数据点集，利用加权最小二乘法多项式拟合方法，对数据点集进行拟合，并求均方根误差或拟合优度，给走时相位畸变的点赋予小的权重，对于畸变严重的点权重给0；S4.取拟合优度最大或均方根误差最小的f(x
i
)为拟合后的拖缆水听器阵列修正的最终深度值。
[0005]S1包括：计算拖缆水听器阵列的两项参数：初水平位置:(1)；垂直深度:
(2)；其中，为地震记录中拾取的第i道直达波的走时值，为海面反射波或海底反射波的走时值，为地震波在测线区域海水中传播的速度，为震源深度，即拖体深度，为地震波系统深度的海水声波速度，由温盐深测量仪测得。
[0006]S3包括：S3.1.将震源坐标(0，)与（，）组成数据点集[(0，)，]；S3.2.利用加权最小二乘法多项式拟合方法对数据点集进行拟合：（3）；其中，为多项式f(x)的系数，令偏差与权重的乘积的平方的和最小：（4）；式中，表示第i个；S3.3.确定多项式f(x)中的系数，根据最小二乘原则：（5）；求出系数后得到拟合方程，给相位走时相位畸变点计算得到的水听器坐标赋予较小的权重，=0；S3.4.计算拟合优度R2和均方根误差S，评价拟合的质量：（6）；（7）；其中是走时定位计算的水听器垂直深度，为走时定位计算的水听器垂直深度的平均值。
[0007]相对比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：采用加权最小二乘法多项式拟合的方法，对走时定位结果进行了修正，解决了使用平均速度计算的拖缆水听器阵列带来的深度误差，并解决了个别道存在的相位畸变问题和拖缆曲率平滑问题；本专利技术最终定位精度优于0.15m，达到了深拖高分辨率阵列定位的精度要求；采用本方法计算的拖缆水听器阵列定位结果应用于深拖数据处理的浮动基准面处理后，速度普能量团聚焦的更好，提高了速度分析的精度，且叠加成像的信噪比和分辨率得到了有效的提高，能够提供更为详实的与海底沉积和构造细节。
附图说明
[0008]图1为海面或海底反射波走时定位原理图；
[0009]图2为海面反射波地震记录图；
[0010]图3为拖缆水听器阵列初始位置图；
[0011]图4为最小二乘法多项式拟合后与现有方法计算的初始位置对比图；
[0012]图5为不同海水速度计算拟合后的均方根误差变化图；
[0013]图6为不同海水速度计算拟合后的拟合优度变化图；
[0014]图7为常规方法拖缆水听器阵列深度误差图；
[0015]图8为本专利技术方法的拖缆水听器阵列深度误差图。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，包括：S1.计算获取拖缆水听器阵列的初水平位置和垂直深度，获得拖缆水听器初始坐标；S2.确定海水水体速度的范围；S3.将震源深度与S1的拖缆水听器初始坐标组成数据点集，利用加权最小二乘法多项式拟合方法，对数据点集进行拟合，并求均方根误差或拟合优度，给走时相位畸变的点赋予小的权重，对于畸变严重的点权重给0；S4.取拟合优度最大或均方根误差最小的f(x
i
)为拟合后的拖缆水听器阵列修正的最终深度值。
[0018]S1包括：计算拖缆水听器阵列的两项参数：初水平位置:(1)；垂直深度:(2)；其中，为地震记录中拾取的第i道直达波的走时值，为海面反射波或海底反射波的走时值，为地震波在测线区域海水中传播的速度，为震源深度，即拖体深度，为地震波系统深度的海水声波速度，由温盐深测量仪测得。
[0019]S3包括：S3.1.将震源坐标(0，)与（，）组成数据点集[(0，)，]；S3.2.利用加权最小二乘法多项式拟合方法对数据点集进行拟合：（3）；其中，为多项式f(x)的系数，令偏差与权重的乘积的平方的和最小：
（4）；式中，表示第i个；S3.3.确定多项式f(x)中的系数，根据最小二乘原则：（5）；求出系数后得到拟合方程，给相位走时相位畸变点计算得到的水听器坐标赋予较小的权重，=0；S3.4.计算拟合优度R2和均方根误差S，评价拟合的质量：（6）；（7）；其中是走时定位计算的水听器垂直深度，为走时定位计算的水听器垂直深度的平均值。
[0020]本专利技术实施例中，通过更新海水水体的速度值，重新计算拖缆水听器阵列的深度值并回到S2，将拟合优度最大或均方根误差最小的拟合结果作为最终拖缆水听器阵列深度定位结果，将深拖震源和各道检波点置于一个起伏较为平缓的浮动基准面上，获取深拖地震数据浮动基准面校正量；
[0021]本实施例中，深拖式高分辨率多道地震探测系统拖缆水听器阵列海面或海底反射波走时定位原理如图1所示，其中，S为电火花震源，为拖缆水听器阵列的第i道，为拖缆水听器阵列的第i道相对海面或海底的镜像点；为第i道水听器的垂直深度；为第i道水听器的水平偏移距；L为海面或海底反射波走时距离。图2为某炮点的海面反射波地震记录，为浮动基准面校正前的速度谱，图3为利用公式（1）和（2）计算得到的拖缆水听器阵列初始位置图，为浮动基准面校正后的速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，其特征在于，包括：S1.计算获取拖缆水听器阵列的初水平位置和垂直深度，获得拖缆水听器初始坐标（，）；S2.确定海水水体速度的范围；S3.将震源深度与S1的拖缆水听器初始坐标组成数据点集，利用加权最小二乘法多项式拟合方法，对数据点集进行拟合，并求均方根误差或拟合优度，给走时相位畸变的点赋予小的权重，对于畸变严重的点权重给0；S4.取拟合优度最大或均方根误差最小的f(x
i
)为拟合后的拖缆水听器阵列修正的最终深度值。2.根据权利要求1所述的深拖式高分辨率多道地震拖缆水听器阵列高精度定位方法，其特征在于，S1包括：计算拖缆水听器阵列的两项参数：初水平位置:(1)；垂直深度:(2)；其中，为地震记录中拾取的第i道直达波的走时值，为海面反射波或海底反射波的走时值，为地震波在测线区域海水中传播的速度，为震源深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏峥嵘，张晓波，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：