基于巖石露頭雷達(dá)探測(cè)的地震正演模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于巖石露頭雷達(dá)探測(cè)的地層地震反射正演模擬方法，利用雷達(dá)探測(cè)巖石露頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其地球物理反射信息，模擬地層的地震反射結(jié)果。
【背景技術(shù)】
[0002]地震反射正演模擬揭示不同地質(zhì)條件下地層的地震反射特征，為開展地震資料處理和地質(zhì)解釋提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)，是復(fù)雜地質(zhì)條件下地震資料處理和地震地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。
[0003]地震反射正演模擬是伴隨著地震資料處理和解釋而產(chǎn)生和發(fā)展起來的，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，逐漸形成了地震數(shù)值模擬正演和物理模擬正演兩大類不同的方法。前者建立地質(zhì)模型，根據(jù)地震波在地下地層中的傳播方程，采用不同的數(shù)學(xué)算法(射線追蹤算法或者波動(dòng)方程算法等)，模擬地震波在給定地質(zhì)模型條件下的反射特征；后者則是根據(jù)地下地層規(guī)模，建立尺度縮小的等效物理模型，在實(shí)驗(yàn)室模擬野外的地震資料采集過程，在物理模型中設(shè)置檢波器，采集震源激發(fā)后的反射波信息，達(dá)到地震正演模擬的效果。
[0004]上述兩類地震正演模擬方法不斷發(fā)展，前者的發(fā)展主要在兩方面，一是地質(zhì)模型不斷復(fù)雜化，由單一地質(zhì)現(xiàn)象的模擬到多種地質(zhì)特征組合的復(fù)雜地質(zhì)模型；二是模擬算法的發(fā)展，從基于射線理論的算法模型到基于波動(dòng)方程的算法模型，通過模擬數(shù)學(xué)方法的改進(jìn)，不斷向地震波的真實(shí)傳播特征逼近；后者的發(fā)展主要是表現(xiàn)在物理模型不斷復(fù)雜化，越來越向地質(zhì)學(xué)家認(rèn)識(shí)的地下復(fù)雜地層特征逼近，同時(shí)，物理實(shí)驗(yàn)采用的檢波器、激發(fā)震源等硬件也不斷精密化，采集的地震反射信息更加精確和全面。
[0005]對(duì)于基于數(shù)值模擬的地震正演模擬來說，目前最大的問題有兩點(diǎn)，一是所建立的地質(zhì)模型雖然不斷向復(fù)雜化發(fā)展，但是距離真實(shí)地層的復(fù)雜性還有很大差距，二是正演結(jié)果受到模擬算法的影響，而目前已經(jīng)使用的模擬算法都只是波在地層中傳播的一種近似。
[0006]探地雷達(dá)是通過高頻電磁波利用有耗介質(zhì)中介電常數(shù)差異探測(cè)地下或其他物體內(nèi)部不可見目標(biāo)或界面分布的一種淺層地球物理方法。1910年，Leimbach等率先將雷達(dá)應(yīng)用于確定地下埋藏物的位置，20世紀(jì)70年代開始迅速發(fā)展，被應(yīng)用于地下淺層地層研究、冰層厚度探測(cè)、水文地質(zhì)調(diào)查、冰川研究、考古、排雷、礦產(chǎn)資源勘查、工程地質(zhì)勘查、無損檢測(cè)及工程建筑物結(jié)構(gòu)調(diào)查等領(lǐng)域。
[0007]20世紀(jì)60年代，探地雷達(dá)開始被應(yīng)用于地質(zhì)領(lǐng)域，隨著國內(nèi)外學(xué)者對(duì)野外巖石露頭和現(xiàn)代沉積原型模型研究的重視程度增加，上世紀(jì)90年代末起，探地雷達(dá)開始被應(yīng)用于野外巖石露頭、淺層地層和現(xiàn)代沉積研究，在這些研究中形成了探地雷達(dá)與其他技術(shù)相結(jié)合的研究方法，如，Jens Tronicke等(2002)在重力流沉積巖石露頭中將GPR、井間雷達(dá)層析成像與自然伽瑪測(cè)井資料相結(jié)合，Keumsuk Lee等(2007)將GPR和激光掃描兩種露頭研究技術(shù)相結(jié)合在濁積水道和三角洲前緣巖石露頭地質(zhì)描述研究中取得了良好的效果。
[0008]雖然探地雷達(dá)和人工地震反射資料是對(duì)地層不同特征參數(shù)的反映，但是二者都是地層界面反射信息，探測(cè)原理具有相似性和可類比性，因此，在探地雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋方法上，地震地層學(xué)的解釋方法和概念體系被眾多學(xué)者接受，Adrian Neal (2004)在研究中論證了二者在巖石露頭探測(cè)中的相似性，并指出地震地層學(xué)的解釋方法在探地雷達(dá)資料解釋中應(yīng)用是可行的，但是受探地雷達(dá)研究尺度的制約，對(duì)大尺度的概念(層序和層序邊界)不建議應(yīng)用于探地雷達(dá)資料解釋中。
[0009]已開展的探地雷達(dá)在地質(zhì)研究中的應(yīng)用主要是利用其進(jìn)行巖石露頭或現(xiàn)代沉積的直接探測(cè)，得到地層或沉積體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而對(duì)無法直接觀察的地質(zhì)體進(jìn)行地質(zhì)描述，用于建立各種地層或沉積體的地質(zhì)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為克服現(xiàn)有技術(shù)中地震正演模擬方法存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于巖石露頭雷達(dá)探測(cè)的地震正演模擬方法，為復(fù)雜地層的地震反射正演模擬提供一種快捷而更加準(zhǔn)確的方法，為地震資料處理和地質(zhì)解釋提供依據(jù)。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
基于巖石露頭雷達(dá)探測(cè)的地層地震反射正演模擬方法，包括如下步驟:
(1)、選擇巖石露頭剖面，設(shè)置雷達(dá)探測(cè)測(cè)線；
(2)、進(jìn)行巖石露頭剖面測(cè)量和地質(zhì)描繪；
(3)、分別選用100MHz和400MHz雷達(dá)天線沿測(cè)線對(duì)巖石露頭剖面進(jìn)行連續(xù)探測(cè)，得到相應(yīng)頻率天線探測(cè)的雷達(dá)剖面數(shù)據(jù)；
(4)、對(duì)步驟(3)采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)成像處理；
(5)、利用步驟(4)的雷達(dá)數(shù)據(jù)成像處理結(jié)果模擬步驟(2)所描述巖石露頭剖面的地震正演結(jié)果，其中，100MHz雷達(dá)天線采集數(shù)據(jù)的成像處理結(jié)果模擬巖石露頭剖面的低頻地震正演結(jié)果，400MHz雷達(dá)天線采集數(shù)據(jù)的成像處理結(jié)果模擬巖石露頭剖面的高頻地震正演結(jié)果;
(6)、對(duì)步驟(5)中的低頻和高頻地震正演結(jié)果進(jìn)行比較，得到同一巖石露頭地質(zhì)體在高頻和低頻地震資料中各自的地震反射特征，指導(dǎo)地下儲(chǔ)層的地震資料地質(zhì)解釋。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:采用典型巖石露頭作為地質(zhì)模型，解決了基于數(shù)值模擬和基于物理模型物理模擬兩大類地震反射正演模擬方法中地質(zhì)模型簡(jiǎn)單化、理想化的缺點(diǎn)；采用探地雷達(dá)探測(cè)反射信息，模擬地震波反射，解決了基于數(shù)值模擬的地震正演中模擬算法不能真實(shí)反映波在地層中傳播規(guī)律的難題，同時(shí)，可以通過不同頻率雷達(dá)天線的選取，模擬地質(zhì)體在不同頻率資料中的地震反射特征，避免了地震數(shù)值模擬正演中地質(zhì)模型和模擬算法的缺陷。
【具體實(shí)施方式】
[0013]基于巖石露頭雷達(dá)探測(cè)的地層地震反射正演模擬方法，包括如下步驟:
(1)、選擇巖石露頭剖面，設(shè)置雷達(dá)探測(cè)測(cè)線；
選擇的巖石露頭剖面能夠清楚地反映研究目標(biāo)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，剖面上方地表起伏較小，便于雷達(dá)探測(cè)，巖石露頭延伸長度一般不小于15m ;在巖石露頭正上方沿巖石露頭剖面設(shè)置雷達(dá)探測(cè)測(cè)線，雷達(dá)探測(cè)測(cè)線距離剖面邊緣0.5m?lm ; (2)、進(jìn)行巖石露頭剖面測(cè)量和地質(zhì)描繪；
從測(cè)線起點(diǎn)開始，對(duì)剖面進(jìn)行巖石露頭剖面測(cè)量描繪，重點(diǎn)測(cè)量和描述沉積界面、巖性界面和地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，垂向上的地層界面描述精度達(dá)到分米級(jí)，對(duì)厚度大于一分米的薄層進(jìn)行描述和記錄；
(3)、分別選用100MHz和400MHz雷達(dá)天線沿測(cè)線對(duì)巖石露頭剖面進(jìn)行連續(xù)