一種可控震源分頻同時(shí)激發(fā)方法
【專利摘要】本發(fā)明是地震資料采集的可控震源激發(fā)方法，將子掃描信號(hào)分為有交集頻段和無(wú)交集頻段，從低到高順序編碼，無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)排列矩陣掃描，用無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)矩陣中第一行的每一個(gè)掃描子信號(hào)或與之對(duì)應(yīng)的力信號(hào)與同時(shí)激發(fā)的母記錄進(jìn)行相關(guān)或褶積，分離出由該掃描子信號(hào)激發(fā)形成的地震子記錄，把分離出來(lái)的完整掃描序列形成的地震子記錄進(jìn)行疊加形成一炮地震記錄，完成可控震源分頻同時(shí)激發(fā)。本發(fā)明在保持高效采集的前提下，極大地減少了臨炮干擾和諧波干擾，日效是常規(guī)掃描的50倍。
【專利說(shuō)明】一種可控震源分頻同時(shí)激發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地震資料采集領(lǐng)域，是可控震源地震勘探中高保真實(shí)現(xiàn)同時(shí)激發(fā)高效采集的一種可控震源激發(fā)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在地震勘探中，可控震源作為產(chǎn)生地震信號(hào)的主要工具已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用?？煽卣鹪吹某Ｒ?guī)使用包括了以下幾個(gè)步驟:首先，將一臺(tái)或多臺(tái)可控震源安置在一個(gè)炮點(diǎn)上。然后開始用一個(gè)掃描信號(hào)對(duì)可控震源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，震源開始振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間一般為10到16秒，掃描信號(hào)通常是一個(gè)的頻率隨時(shí)間變化的信號(hào)。而后，檢波器將一段時(shí)間的響應(yīng)數(shù)據(jù)接收并記錄，這段時(shí)間等于掃描時(shí)間加上一個(gè)聽時(shí)間。這個(gè)時(shí)間應(yīng)包括地震波從產(chǎn)生，主要目的層反射到接收的最低必需時(shí)間。最后，通過(guò)對(duì)記錄數(shù)據(jù)和參考掃描進(jìn)行互相關(guān)得到地震記錄。當(dāng)然有時(shí)為了增加信號(hào)強(qiáng)度在同一炮點(diǎn)上重復(fù)上述步驟并將得到幾次記錄，并加在一起形成最終的地震記錄。完成后震源就可以進(jìn)行下一個(gè)炮點(diǎn)的振動(dòng)。
[0003]對(duì)于傳統(tǒng)的震源掃描存在著幾個(gè)問(wèn)題:首先，相關(guān)過(guò)程將導(dǎo)致相關(guān)旁瓣，它將影響最終處理數(shù)據(jù)的精度。第二，震源的諧波失真將導(dǎo)致的諧波噪音。使用上行掃描信號(hào)可以部分解決這個(gè)問(wèn)題。此外，為了減少諧波干擾，用增量相位旋轉(zhuǎn)進(jìn)行多次掃描，這樣經(jīng)過(guò)相關(guān)和疊加，諧波噪音可以得到壓制，當(dāng)然在后續(xù)的處理中也可以通過(guò)濾波等方法進(jìn)行壓制，但都無(wú)法完全消除。第三，為了消除諧波干擾對(duì)地震數(shù)據(jù)的影響，兩次掃描的時(shí)間間隔必須大于等于掃描時(shí)間和聽時(shí)間。聽時(shí)間是很重要的，它可以確保生成的數(shù)據(jù)免于諧波干擾。但聽時(shí)間限制了生產(chǎn)效率。第四，組合激發(fā)盡管增加地震信號(hào)的強(qiáng)度，但由于組合內(nèi)各臺(tái)震源的高差、響應(yīng)的差異以及組合效果將對(duì)地震信號(hào)的高頻產(chǎn)生壓制。
[0004]陸上可控震源作業(yè)的成本取決與每炮數(shù)據(jù)記錄所需的時(shí)間長(zhǎng)度以及搬點(diǎn)所需要的時(shí)間。每炮數(shù)據(jù)記錄所需的時(shí)間長(zhǎng)度取決于掃描次數(shù)，掃描長(zhǎng)度，以及聽時(shí)間。例如，如果每炮四次掃描、掃長(zhǎng)8秒，各有一個(gè)7秒聽的時(shí)間，那么至少60秒才能完成一炮。另外還得加上典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄準(zhǔn)備時(shí)間大約需要3-5秒。
[0005]1995年，安德森公布了一種串聯(lián)可控震源掃描方法(美國(guó)專利5410517號(hào))，用于消除非生產(chǎn)性的聽時(shí)間。該方法包含一系列的增量相位旋轉(zhuǎn)掃描段，利用不同串聯(lián)的這種掃描來(lái)抑制諧波干擾。例如，，想要壓制四階諧波，那么將四個(gè)掃描段的相位旋轉(zhuǎn)角度可以分別為0、90、180和270度，如果八秒掃掃長(zhǎng)和7秒聽的時(shí)間，那么總記錄時(shí)間是39秒。相比之下，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的4次掃描和聽的時(shí)間為7秒的60秒一炮，提高了效率同時(shí)壓制了諧波干擾。而另一個(gè)美國(guó)專利5347494號(hào)，公布了一種使地震子波具有最小的旁瓣能量的方法。然而，即使這些改進(jìn)的質(zhì)量數(shù)據(jù)也仍然存在較強(qiáng)的諧波噪音和組合效應(yīng)。
[0006]在可控震源生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率的一個(gè)方法是使用一組或多組震源同時(shí)在多個(gè)炮點(diǎn)進(jìn)行激發(fā)，通常，不同炮點(diǎn)的掃描信號(hào)分別具有不同的相位或頻率范圍，然后記錄的數(shù)據(jù)與產(chǎn)生這炮記錄的掃描信號(hào)相關(guān)獲得各自的記錄。但是分離的數(shù)據(jù)是不完美的，里面包含了臨炮的剩余能量。[0007]上述掃描長(zhǎng)度編碼同步激發(fā)的局限性在于:1)由于掃描長(zhǎng)度不同，給資料的處理帶來(lái)困難。2)不同掃描長(zhǎng)度能量不同，難以平衡。3)多組同步掃描，掃描長(zhǎng)度增加，效率降低。4)臨炮干擾相關(guān)后剩余能量強(qiáng)。(見圖1)
[0008]由Sallas，et al在美國(guó)專利5719821和5721710披露了一種分離臨炮數(shù)據(jù)和消除諧波的高保真可控震源地震方法(HFVS)。在HFVS方法中，記錄的地震數(shù)據(jù)并不與參考信號(hào)相關(guān)，取而代之的是使用每臺(tái)震源反饋回來(lái)的力信號(hào)進(jìn)行反向?yàn)V波。由于力信號(hào)包括諧波，反演的相應(yīng)記錄在處理過(guò)程中可以將諧波恢復(fù)，從而不會(huì)導(dǎo)致附加噪聲數(shù)據(jù)。由于沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，由于相關(guān)產(chǎn)生的旁瓣就不會(huì)成為一個(gè)潛在的問(wèn)題。此外，出力信號(hào)的反演可以減少震源與地球耦合的變化所產(chǎn)生的影響。因而，在這個(gè)方法中，每一記錄中應(yīng)力信號(hào)記錄下來(lái)，用于處理。該方法包括了使用矩陣反演進(jìn)行同步激發(fā)數(shù)據(jù)的分離。矩陣求逆要求掃描信號(hào)的數(shù)量M大于或等于震源數(shù)量N，以求解決N個(gè)振動(dòng)信號(hào)的線性方程組。信號(hào)的分離需要任何同步激發(fā)的兩臺(tái)震源的掃描信號(hào)互不相同。一種典型的實(shí)現(xiàn)方式是對(duì)M個(gè)掃描進(jìn)行相位編碼，通常的做法是一個(gè)信號(hào)與另一個(gè)掃描信號(hào)之間加上一個(gè)相位的變化。那么為了實(shí)現(xiàn)從M次掃描中分離N張記錄就需要設(shè)計(jì)M*N個(gè)掃描信號(hào)來(lái)滿足分離反演濾波矩陣，用這種方法分離的同步激發(fā)數(shù)據(jù)分離度可以到達(dá)60分貝，資料品質(zhì)沒(méi)有明顯的下降。
[0009]HFVS的方法可以用來(lái)記錄震源同時(shí)激發(fā)的多個(gè)激發(fā)記錄，但如果需要更多的震源進(jìn)行激發(fā)就需要更多的獨(dú)立掃描信號(hào)，而每個(gè)信號(hào)都有自己的聽的時(shí)間。這就不能消除聽的時(shí)間，因?yàn)镸張掃描記錄必須獨(dú)立無(wú)關(guān)才能求解這一組線性方程，S卩，隨著N的增大M個(gè)方程就不會(huì)獨(dú)立。如果采用沒(méi)有聽時(shí)間的串聯(lián)掃描，那么一個(gè)段反射資料將干擾后續(xù)的掃描段。此外，記錄的數(shù)據(jù)與震源的力信號(hào)就不會(huì)有一對(duì)一的關(guān)系，因此諧波干擾就得不到正確的處理。同時(shí)所使用的相位編碼的互不相關(guān)的掃描數(shù)量本身也存在很大的限制。
[0010]上述相位編碼同步激發(fā)局限性在于:1)、隨著相鄰掃描相位差異的減小，數(shù)據(jù)受臨炮的干擾越大。2)如果要保證相鄰掃描相位正交(臨炮壓制最好)則同步最多允許兩組震源。(見圖2)
[0011]專利7515505公開了一種用N個(gè)震源在相同或不同的炮點(diǎn)用連續(xù)的掃描信號(hào)同時(shí)激發(fā)并將每一臺(tái)震源地震響應(yīng)分離的方法，這種方法用充填的手段實(shí)現(xiàn)多個(gè)連續(xù)掃描不需要聽時(shí)間就能對(duì)諧波干擾進(jìn)行壓制，但是對(duì)臨炮干擾沒(méi)有解決方案，并且計(jì)算工作大幅增加。
[0012]進(jìn)一步還有美國(guó)專利4545039公開了利用一個(gè)偽隨機(jī)掃描信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)激發(fā)信號(hào)的互不相關(guān)。在這種方法中，每張記錄需要相關(guān)多次，然后疊加形成分離記錄，其效率不高。同時(shí)由于震源對(duì)隨機(jī)信號(hào)的響應(yīng)存在較大的畸變，激發(fā)效果不理想。而距離分離同步掃描技術(shù)(DS3)的局限性在于占用裝備量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明目的在于提供一種對(duì)互不相關(guān)掃描信號(hào)極大擴(kuò)展，允許同時(shí)激發(fā)的震源數(shù)量增加，提高生產(chǎn)的效率的一種可控震源分頻同時(shí)激發(fā)方法。
[0014]本發(fā)明另一個(gè)目的在于提供一種保證對(duì)臨炮資料的高分離度，減少設(shè)備的投入和提高分離后數(shù)據(jù)的高保真性的一種可控震源分頻同時(shí)激發(fā)方法。[0015]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0016]I)將目標(biāo)掃描信號(hào)分解為若干個(gè)子掃描信號(hào)；
[0017]所述的目標(biāo)掃描信號(hào)分解是把勘探所需的目標(biāo)掃描信號(hào)在頻率域中分成若干個(gè)頻帶，分頻可以是等分或隨意切分的頻段甚至單頻；見圖3。
[0018]2)將子掃描信號(hào)分為有交集頻段子掃描信號(hào)和無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)，
[0019]按照從低頻子掃描信號(hào)到高頻子掃描信號(hào)順序進(jìn)行編碼；
[0020]所述的有交集頻段編碼是指同時(shí)激發(fā)的子掃描信號(hào)之間存在頻率的重疊
[0021]所述的無(wú)交集頻段編碼是指同時(shí)激發(fā)的子掃描信號(hào)之間不存在頻率的重疊；
[0022]如分頻后子掃描信號(hào)分別為S1, 8^\，頻帶分別為(4—4+ Δ f1； f2—f2+ Δ fffn—fn+ Δ fn)，其中與f2為有交集頻段，fi與f3為無(wú)交集頻段。
[0023]一個(gè)完整掃描信號(hào)可分成兩組或以上無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)矩陣，編碼為:
[0024](f1； f3, f5,...fn_3, fn-1)
[0025](f2, f4, f6,...fn_2, fn)。
[0026]3)當(dāng)記錄需要的無(wú)干擾長(zhǎng)度為n秒，無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)矩陣G為；G=(Su)2nx2m,其中Sij是矩 陣中第i行，第j列的掃描子信號(hào)，N為實(shí)現(xiàn)η秒無(wú)相干記錄長(zhǎng)度所需的掃描子信號(hào)行數(shù)，M為同時(shí)激發(fā)震源數(shù)量；
[0027]將目標(biāo)掃描信號(hào)至少分解成2倍的Ν*Μ個(gè)子掃描信號(hào)，使矩陣中所有的子掃描信號(hào)在M臺(tái)震源同時(shí)激發(fā)時(shí)都是無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)；
[0028]如:有4臺(tái)同時(shí)激發(fā)，記錄需要的無(wú)干擾長(zhǎng)度為4秒，如果掃描子信號(hào)為等長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為I秒，那么其無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)矩陣為:
【權(quán)利要求】
1.一種可控震源分頻同時(shí)激發(fā)方法，特點(diǎn)是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn): 1)將目標(biāo)掃描信號(hào)分解為若干個(gè)子掃描信號(hào)； 2)將子掃描信號(hào)分為有交集頻段子掃描信號(hào)和無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)，按照從低頻子掃描信號(hào)到高頻子掃描信號(hào)順序進(jìn)行編碼； 所述的有交集頻段編碼是指同時(shí)激發(fā)的子掃描信號(hào)之間存在頻率的重疊； 所述的無(wú)交集頻段編碼是指同時(shí)激發(fā)的子掃描信號(hào)之間不存在頻率的重疊； 3)當(dāng)記錄需要的無(wú)干擾長(zhǎng)度為η秒，無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)排列矩陣G為；G=(Sjj) 2ΝΧ2? 其中Su是矩陣中第i行，第j列的掃描子信號(hào)，N為實(shí)現(xiàn)η秒無(wú)相干記錄長(zhǎng)度所需的掃描子信號(hào)行數(shù)，M為同時(shí)激發(fā)震源數(shù)量； 將目標(biāo)掃描信號(hào)至少分解成2倍的Ν*Μ個(gè)子掃描信號(hào)，使矩陣中所有的子掃描信號(hào)在M臺(tái)震源同時(shí)激發(fā)時(shí)都是無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)； 4)可控震源按步驟3)的無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)矩陣的信號(hào)進(jìn)行掃描； 5)每一臺(tái)或多臺(tái)震源組合在一個(gè)炮點(diǎn)上完成所有頻段信號(hào)的掃描； 6)用無(wú)交集頻段子掃描信號(hào)矩陣中第一行的每一個(gè)掃描子信號(hào)或與之對(duì)應(yīng)的力信號(hào)與同時(shí)激發(fā)的母記錄進(jìn)行相關(guān)或褶積，分離出由該掃描子信號(hào)激發(fā)形成的地震子記錄；然后進(jìn)行另一行，直到完成矩陣中所有行的子記錄分離； 7)把分離出來(lái)的完整掃描序列形成的地震子記錄進(jìn)行疊加形成一炮地震記錄，完成可控震源分頻同時(shí)激發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟I)所述的目標(biāo)掃描信號(hào)分解是把勘探所需的目標(biāo)掃描信號(hào)在頻率域中分成若干個(gè)頻帶，分頻可以是等分或隨意切分的頻段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟4)所述的信號(hào)掃描采用分派式或自由式。在資料品質(zhì)滿足目標(biāo)時(shí)，也可以采用有交集頻段進(jìn)行同步激發(fā)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟4)所述的分派式為:根據(jù)頻段編碼提供的分頻數(shù)據(jù)，建立編碼矩陣，由指揮中心動(dòng)態(tài)分派編碼頻帶，指揮震源車放炮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟4)所述的自由式為:在指揮中心建立頻段任務(wù)池，震源控制箱體自動(dòng)從任務(wù)池中得到任務(wù)，指揮中心建立任務(wù)重回標(biāo)準(zhǔn)與未完成任務(wù)的回收機(jī)制， 震源自由放炮。
【文檔編號(hào)】G01V1/104GK103605154SQ201310545312
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】駱飛, 梁德勇, 雷云山, 卜凡釗 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司