CN101251602B

CN101251602B - 海洋组合可控震源短时分段扫描方法

Info

Publication number: CN101251602B
Application number: CN2008100506041A
Authority: CN
Inventors: 陈祖斌; 林君; 张林行; 孙锋
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: CN101251602A

Abstract

本发明涉及一种海洋组合可控震源短时分段扫描方法，将密封后的可控震源阵列放入海中，使可控震源激振器与海水充分耦合；根据目标层计算源码S(t)，将拟定频程的Chirp信号分为N段，通过对N个可控震源扫描信号的频率段的控制，使得N个可控震源在短时间内同时完成不同的长频率段扫描，采集系统对接收到的反射信号进行相关处理，用常规地震处理软件即可得地震剖面图。解决了海洋地震勘探受地震勘探载体影响分辩率低的问题，提高了信噪比，地震勘探载体在行驶中对地震勘探的影响降至最低，实现了海洋浅层高分辨率地震勘探，解决了目前海洋可控震源只能采用定点扫描和海洋地震勘探中地震勘探载体运动对地震勘探分辨率影响等问题。

Description

海洋组合可控震源短时分段扫描方法

技术领域：

本发明涉及一种海洋浅层人工地震勘探扫描方法，尤其是多个可控震源同时工作的海洋地震勘探。

背景技术：

海洋电磁式可控震源是以克服气枪震源和电火花震源的缺陷而发展起来的一种新兴震源，从1967年开始将地震勘探与声纳技术进行有机结合，对海洋可控震源进行试验，目前的电磁式海洋可控震源以2个激震器为1组，完成6～100Hz频程的扫描，其中1个工作在6～20Hz频段，而另一个工作在20～100Hz频段，激震器在各自的工作频率范围内，保证最大激震力的输出。但该类震源的局限性体现在其定点工作方式上，让地震数据采集工作载体停止后进行相应的记录其难度较大，该缺陷大大制约了同类海洋可控震源的推广，难以适用于海洋浅层高分辨率地震勘探的要求，因此如何选择一种适合于海洋可控震源的工作方式是十分有必要的，1979年沃纳(Werner)和克瑞(Krey)提出联合扫描方式“H.Wernerand TH.Krey，Combisweep-A Contribution to Sweep Techniques，GeophysicalProspecting，”Vol.27：78-105，针对于一个可控震源，使用多个短线性扫描段构成联合扫描，段间可以隔以间隙(用于“听”)。在联合扫描中，扫描段没有极性，如果给不同扫描段赋以极性，而后以一定的编码顺序排列在一起，码和其补码之间隔以时间段(用于“听”)，就构成编码扫描。编码扫描最佳效果是在每个1秒长的编码序列内有8个码元。常用的有二进制和四进制编码扫描。目前海洋电磁式可控震源使用的定点工作方式很难实现，而线性扫描、联合扫描和编码扫描是针对于陆地电磁式可控震源提出的，对于海洋电磁式可控震源目前无法直接使用，因此提出了一种针对于海洋电磁式可控震源的短时分段扫描方法。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提出一种海洋组合可控震源短时分段扫描方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

海洋组合可控震源短时分段扫描方法包括下述顺序和步骤：

a、将三个或三个以上可控震源激振器经密封后等距离分布在同一钢架构成的平面上，用螺栓固定，构成可控震源阵列，可控震源阵列通过电缆与震源控制器连接；

b、将可控震源激振器阵列放入海中，使可控震源激振器阵列与海水充分耦合；

c、根据目标层计算源码S(t)，经过相关判断，如不符合地震勘探的要求要重新计算源码S(t)，若符合地震勘探要求，将源码送入可控震源控制器；

d、设计对应的扫描频率段编码，将拟定频程的Chirp(线性变频扫描)信号分为N段，每段信号时间跨度缩为1/N，选取任意一个可控震源激振器作为编码1对应的可控震源激振器，以此类推，N个可控震源激振器分别对应其中的一个编码码源，然后由N个可控震源激震器同时完成扫描；

e、当可控震源激振器扫描参数设置完毕后，按照编码码源将扫描信号通过功放送入可控震源激振器，同时通过触发单元通知接收系统开始采集地震数据；

f、通过对N个可控震源激振器扫描信号的频率段的控制，使得N个可控震源激振器在短时间内同时完成不同的长频率段扫描，向海底发送地震波，地震波经过海水传递达海底，在海底各层界面处发生反射，反射信号由加速度传感器接收，反射信号中包含了海下各层信息；

g、通过采集系统对接收的反射信号进行相关处理，得到海下层状信息，用常规地震处理软件即可得地震剖面图。

本发明的目的还可以通过以下方式实现：

可控震源激振器等距离分布为面形等距离分布或线形等距离分布，面形等距离分布为三角形平面、方型平面或任意形平面；N＝可控震源阵列中可控震源激振器的个数。

有益效果：解决了陆地可控震源地震勘探中常用的扫描方式无法应用在海洋电磁式可控震源的问题，组合可控震源短时分段扫描方法通过对Chirp扫描信号编码将扫描信号分为对应N个激震器扫描信号，解决了海洋可控震源受到海洋地震勘探载体影响，使地震勘探分辩率降低的问题，在接收系统中使用加速度传感器接收信号将处理结果的信噪比得到了提高，可控震源激震器的台数可以不受影响，根据不同的探测深度选择不同的码源值，扫描不同的Chirp信号频率段，以提高对应地层的地震勘探效果，同时由于在时间上的限制使得海洋勘查工作载体行进过程对地震勘探的不利影响降至最低，解决了目前海洋可控震源只能采用定点扫描和海洋地震勘探中地震勘探载体运动对地震勘探分辨率影响等问题。用海洋组合可控震源短时分段扫描方法既能满足Chirp信号频程对地震子波分辨率的约束条件，又能尽可能降低海洋勘查工作载体行进过程对地震勘探的不利影响，使得在地震勘探过程中地震船在海洋中行驶对地震勘探的影响降至最低，使用组合可控震源短时分段扫描方法，既满足了地震勘探地震子波主瓣能量的要求，也解决了海洋地震勘探载体运动对分辨率影响问题，使海洋浅层高分辨率地震勘探得以实现。

附图说明：

图1海洋组合可控震源短时分段扫描方法流程图

图2海洋组合可控震源短时分段扫描方法三段码源信号分段扫描图

图3海洋组合可控震源短时分段扫描方法两段信号频率图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例作进一步详细说明：

海洋组合可控震源短时分段扫描方法包括下述顺序和步骤：

根据海洋地震勘探的深度确定扫描信号的整体频程，将拟定频程的Chirp(线性变频扫描)信号分为N段，每段信号时间跨度缩为1/N，当N＝3时，海洋电磁驱动可控震源机械震动装置的能量激励单元由三个电磁激振器组成，每个电磁激振器产生一个Chirp(线性变频扫描)扫描信号，每个Chirp(线性变频扫描)扫描信号的扫描频率段不同，这样可以在短时间内输出足够频程跨度的扫描信号，达到提高地震子波主瓣的目的。由附图1中所示，三个激振器分别扫描P(t)中的一段信号，P(t)是一段长的Chirp扫描信号，S(t)是一个分段函数，S(t)有三个码源，由S(t)与P(t)相乘得到了三个激震器对应的扫描频率段。采用该扫描方式，既能满足Chirp信号频程对地震子波分辨率的约束条件，又能尽可能降低海洋勘查工作载体行进过程对地震勘探的不利影响。当可控震源扫描参数设置完毕后启动可控震源，同时通过触发单元通知接收系统开始采集地震数据，通过对可控震源控制信号的频率扫描段的控制，使得三个可控震源在短时间内同时完成不同的长频率段扫描，使得在地震勘探过程中将海洋勘查工作载体在海洋中行驶对地震勘探的影响降至最低，在经过海水能量传递后传递到达海底后，地震波在海底界面处发生反射，反射信号通过加速度传感器接收，得到的反射信号中包含了海底地层信息，通过采集系统的时时相关，得到海底地下层状信息。

码源的计算方法：

在组合震源工作时，将图1中的P(t)与S(t)相乘得到了一个新的信号：

R(t)＝P(t)×S(t) (1)

S(t)具有三个码源，每个码源对应一个激振器的振动频率段，这样R(t)对应表示为R₁(t)，R₂(t)，R₃(t)三个频率段，使用加速度传感器得到最终的信号为：

A(t)＝R₁(t)+R₂(t)+R₃(t) (2)

由式(2)得到三个可控震源扫描频率段叠加后自相关的结果：

R_A(t)＝E[(S₁(t)+S₂(t)+S₃(t))(S₁(t+τ)+S₂(t+τ)+S₃(t+τ))]＝R_s1(t)+R_s2(t)+R_s3(t)+R_s1s2(t)+R_s1s3(t)+R_s2s3(t)+R_s3s2(t)+R_s3s1(t)+R_s2s1(t) (3)

图1中的扫描过程，必定出现如图2所示的两个频率段信号(f_a，f_b，f_c，f_d分别是两个频率段的起始和终止频率)进行互相关的运算结果：

φ_{S 1 S 2} (τ) = \frac{A^{2} T}{2} \cos 2 π (f_{1} + \frac{Δ f_{1} τ}{T}) τ \frac{\sin π ((\frac{f_{d} - f_{c}}{2}) T + Δ f_{1} τ - (\frac{f_{b} - f_{a}}{2}) T)}{π ({(\frac{f_{d -} f_{c}}{2})}_{1} T + Δ f_{1} τ - (\frac{f_{b} - f_{a}}{2}) T)}

= \frac{A^{2} T}{2} \cos 2 π (f_{1} + \frac{Δ f_{1} τ}{T}) τ \frac{\sin π ((f_{d} - f_{c} - f_{b} + f_{a}) \frac{T}{2} + Δ f_{1} τ)}{π ((f_{d} - f_{c} - f_{b} + f_{a}) \frac{T}{2} + Δ f_{1} τ)} - - - (4)

令c＝(f_d-f_c-f_b+f_a)

当f_c＝f_b时，c＝2Δf (a)

当f_c＞f_b时，c＝2Δf+a (b)

当f_c＜f_b时，c＝2Δf-a (c)

从式(4)可知，互相关产生的sinc函数中心点会随信号扫描起止频率的变化关系而产生时移，而开展三个激振器构成的可控震源地震勘探的地震子波是由自相关函数

的主瓣形成的，因此当c满足(b)式时，产生的sinc函数中心点已经超出了

的边界长度，互相关产生的主瓣不会出现在地震单炮记录中，即不会对主瓣产生干扰，而其他两种情况均会在相关过程中对地震相关子波的主瓣产生一定的干扰，式(2)中的A(t)在相关过程中会产生多个互相关因子，在情况严重时甚至会产生“假层”，即在设计扫描过程中必须予以避免。

R_s1s2(t)，R_s1s3(t)，R_s2s3(t)，R_s3s2(t)，R_s3s1(t)，R_s2s1(t)是产生相关噪声的根源，在设计信号中将其对主瓣影响降至最低，从而得到高质量的地震勘探剖面图.

实际工作中如图1流程图所示，在进行海洋浅层地震勘探实际工作时，先将三个可控震源激振器经密封后等距离布置在同一钢架构成的三角形平面上，用螺栓固定，构成可控震源阵列，通过电缆与震源控制器并联连接；可控震源激振器阵列用浮球悬挂或用浮船托浮放入海中，使可控震源激振器阵列与海水充分耦合；根据目标层计算源码S(t)，经过相关判断，如不符合地震勘探的要求要重新计算源码S(t)，若符合地震勘探要求，将源码送入可控震源控制器；设计对应的扫描频率段编码，将拟定频程的线性变频扫描(Chirp)信号分为N段，每段信号时间跨度缩为1/N，选取任意一个可控震源激振器作为编码1对应的可控震源激振器，以此类推，N个可控震源激振器分别对应其中的一个编码码源，然后由N个可控震源激震器同时完成扫描；由于测区的波速资料不准确或存在误差，计算的源码S(t)经过相关后判断结果有可能不符合地震勘探的要求，因此需要重新计算源码S(t)，判断相关结果符合扫描频段地震勘探的要求，将得到的源码送入到可控震源控制器，可控震源控制器根据码源得到各个激振器的扫描信号，然后将产生的扫描信号送入到功率放大器中，同时通过触发单元将触发信号送入到接收仪器，使得接收仪器开始采集，功率放大器将扫描信号进行功率放大之后将信号送入到激振器中，通过机械振动将地震波信号传送到海底，经过海底界面的反射，接收仪器得到包含有地下信息的反射信号，接收仪器将采集数据通过常规软件相关处理得单炮记录；然后返回到计算源码S(t)，进行下一次采集，如此重复直至整条剖面测完，使用常规地震处理软件即可得地震剖面。如果不进行继续采集就结束工作，关闭系统。

Claims

1.一种海洋组合可控震源短时分段扫描方法，其特征在于，包括下述顺序和步骤：

a、将三个或三个以上可控震源激振器经密封后等距离分布在同一钢架构成的平面上，用螺栓固定，构成可控震源激振器阵列，可控震源激振器阵列通过电缆与震源控制器连接；

d、设计对应的扫描频率段编码，根据可控震源激振器振列中激振器的个数N，将拟定频程的线性变频扫描信号分为N段，每段信号时间跨度缩为1/N，选取任意一个可控震源激振器作为编码1对应的可控震源激振器，以此类推，N个可控震源激振器分别对应其中的一个编码码源，然后由N个可控震源激震器同时完成扫描；

2.按照权利要求1所述的海洋组合可控震源短时分段扫描方法，其特征在于，步骤a中所述的可控震源激振器等距离分布为面形等距离分布或线形等距离分布，面形等距离分布为三角形平面、方型平面或任意形平面。