CN102062872A - 可控震源多因子扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探野外采集领域，是一种可控震源多因子扫描方法，用宽频的扫描信号激发地震波完成采集；选择接收道做振幅谱和分频扫描现场；分解信号创建一组起始和终了频率不同的子扫描进行频谱叠加和因子叠加，把叠加谱与实际资料对比，确定子扫描组；将子扫描组合用于野外采集，并对同一道做振幅谱分频扫描，经过资料振幅谱和分频记录对比确定最佳的子扫描因子，成图。本发明减少资料的相关旁瓣，提高资料的信噪比可以有效地压制谐波干扰、提高资料的信噪比，减少试验的盲目性，提高资料质量，节约勘探费用。

Description

可控震源多因子扫描方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探野外采集领域，是一种根据实际资料设计子扫描组，形成信号多次叠加，利用线性扫描的方式实现非线性扫描的功能，从而减少资料的相关旁瓣，提高资料的信噪比和分辨能力的可控震源多因子扫描方法。

背景技术

地震资料采集主要是利用地震的方法激发地震波场，并利用录制设备把地震波场记录下来。由于地震波在地球中传播，携带了地下的地质信息，通过地震资料处理能够反演地下的地层特征。陆上地震勘探的能源提供方式主要是炸药和可控震源两种，炸药震源一般需要在井中激发，可控震源在地球表面震动。由于安全环保的需要，有些地区只能使用可控震源，可控震源扫描信号的频率和能量可以控制，且移动方便，对于地域宽阔钻炮井困难的地区更有优势。

由于大地的滤波作用，地震波能量随旅行时的增加呈指数方式衰减，同样对于某一特定反射层，地震波能量也随频率的增加呈指数方式衰减，因此大地的吸收作用降低了资料的分辨率。在野外集中，为了补偿由于大地的吸收引起的高频降低，获取较高质量的地震资料，可以通过合理的扫描方式加以解决。线性扫描操作简单、使用方便，是可控震源生产使用最多的扫描方式，但是由于线性扫描频率能量平均分配的特点，不具备频率补偿作用。非线性扫描通过合理的选择扫描信号的非线性因子，实现了能量的不等分配，提高了高频信号的能量。但是这种方法的缺点是信号相关旁瓣太大，降低了资料的信噪比。

目前，为了达到补偿信号的高频能量又使相关旁瓣较小的目的，可采用可控震源多因子扫描，该方法对振幅较弱的频率范围，增加震次或扫描时间，增强扫描能量，从而达到频率提升谱白化采集。2002年程金箴公开(勘探地球物理新进展第2期)了一种模拟变频扫描方法，该方法通过设计子扫描组完成可控震源多因子叠加扫描方法，收到了一定的效果。该方法的缺点是子扫描组要通过反复试验和凭经验确定，操作困难且浪费资源。

发明内容

本发明的目的是提出一种压制谐波干扰、提高资料的信噪比，减少试验的盲目性，提高资料质量，节约勘探费用的可控震源多因子扫描方法。

本发明通过以下步骤实现：

1)用宽频的扫描信号激发地震波，完成试验点记录采集；(已公开的技术)步骤1)所述的宽频带的扫描信号是：

$s\left(t\right)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2T}{t}^2)---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=s\left(t\right)\⊗s\left(t\right)---\left(2\right)$

其中：s(t)-可控震源扫描信号；A(t)-扫描信号振幅；f_s-起始扫描频率；f_e-终止扫描频率；T-扫描长度；t-扫描时间，Φ(t)-扫描信号的自相关。

步骤1)所述的试验点是勘探工区选做试验的地点。

步骤1)所述的采集是观测系统参数布置好排列，检波器和震源都不组合，震源的台数、震次、扫描长度用生产因素，用宽频带线性扫描参数，获得一炮纪录。

步骤1)所述的宽频带参数是6～120Hz。

2)选择避开干扰、中等炮检距的一个接收道试验纪录，在现场处理机上通过振幅谱和分频扫描确定扫描信号范围；

步骤2)所述的处理是选择资料的目的层段通过付氏变换求出资料的振幅谱并画出曲线，从振幅谱上确定频率衰减范围，用分频扫描确定信号频率的响应范围。

步骤2)所述的分频扫描就是用不同的滤波档对资料进行滤波。

3)根据优势频带的衰减情况和范围，分解信号创建一组起始和终了频率不同的子扫描；

步骤3)所述的分解信号是：

$s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}A\left(t\right)\mathrm{Sin}(2\mathrm{\π}(f_{\mathrm{si}}+\frac{f_{\mathrm{ei}}-f_{\mathrm{si}}}{2T}{t}^2)---\left(3\right)$

其中：N是子扫描数，i是第i次子扫描，s(t)-可控震源扫描信号；A(t)-扫描信号振幅；f_s-起始扫描频率；f_e-终止扫描频率；T-扫描长度；t-扫描时间。

步骤3)所述的创建是对优势频段能量较弱部分使用窄带宽的子扫描，使用1-2个子扫描保留低频，其余的子扫描为中、高频。

步骤3)所述的子扫描是带宽1-2个倍频程。

4)对每个扫描组进行频谱叠加和因子叠加，并把叠加谱与实际资料的频谱进行对比，确定最佳的子扫描组；

步骤4)因子叠加是把各子扫描信号的自相关因子叠加起来，形成叠加自相关因子；频谱叠加就是对叠加自相关因子进行付氏变换，求取相应的振幅谱，各子扫描自相关的叠加采用以下公式：

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\φ}{\left(t\right)}_i---\left(4\right)$

φ(F)＝abs(FFT(φ(t)))                            (5)

其中：Φ(t)-叠加自相关因子；Φ(t)_i-子扫描信号的自相关。公式(5)是叠加自相关的振幅谱，Φ(F)-是叠加自相关的振幅谱；FFT-快速付氏变换；abs-对叠加自相关因子的付氏变换求模。

步骤4)所述的最佳的子扫描组是：

叠加后的相关子波的质量是叠加子波有突出主峰、有大的主瓣和小的旁瓣；

叠加频谱曲线形态是指振幅谱曲线圆滑，减少频谱曲线的跳跃或突变并突出有效频段。

5)将最佳的子扫描组合用于野外采集，并对步骤2同一道做振幅谱分频扫描，经过资料振幅谱和分频记录对比确定最佳的子扫描因子，对优势频段能量改善达不到地质方面分辨率的要求的重复步骤3)-5)，得到现场剖面。

本发明可以有效地压制谐波干扰、提高资料的信噪比，减少试验的盲目性，提高资料质量，节约勘探费用。

附图说明

图1为8次扫描不同起止频率子扫描信号的自相关和它们的叠加，a)不同起止频率子扫描信号的自相关；b)自相关信号的叠加。

图2为线性扫描信号的自相关与多因子扫描信号自相关的叠加比较，a)线性扫描信号(8-96)Hz的自相关；b)多因子扫描信号自相关的叠加。

扫描因子为：8-55，50-95，12-75，16-80，20-85，25-90，30-92，35-96Hz；

图3为线性扫描和多因子扫描频谱对比，a)线性扫描资料频谱(8-96)Hz；b)多因子扫描资料频谱，扫描因子同上图。

图4为线性扫描和多因子扫描单炮资料对比，a)线性扫描(8-96)Hz；

b)多因子扫描，扫描因子同上图。

图5为线性扫描和多因子扫描现场剖面对比，a)线性扫描(8-96)Hz；b)多因子扫描，扫描因子同上图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

可控震源多因子扫描方法具体实施方式如下：

1)用宽频的扫描信号激发地震波，完成试验点记录采集；

步骤1)所述的宽频带的扫描信号是：

$s\left(t\right)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2T}{t}^2)---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=s\left(t\right)\⊗s\left(t\right)---\left(2\right)$

其中：s(t)-可控震源扫描信号；A(t)-扫描信号振幅；f_s-起始扫描频率；f_e-终止扫描频率；T-扫描长度；t-扫描时间，Φ(t)-扫描信号的自相关。

步骤1)所述的试验点是勘探工区选做试验的地点。

步骤1)所述的采集是观测系统参数布置好排列，检波器和震源都不组合，震源的台数、震次、扫描长度用生产因素，用宽频带线性扫描参数，获得一炮纪录。

步骤1)所述的宽频带参数是6～120Hz。

这一步主要是为了选择可控震源的扫描频宽，对于勘探新区要用宽频带的扫描信号进行扫描，对于勘探老区可以参照以前的资料或井炮资料选择扫描频宽。

2)选择避开干扰、中等炮检距的一个接收道试验纪录，在现场处理机上通过振幅谱和分频扫描确定扫描信号范围；

步骤2)所述的处理是指选择资料的目的层段通过付氏变换求出资料的振幅谱并画出曲线，从振幅谱上确定频率衰减范围，用分频扫描确定信号频率的响应范围。

步骤2)所述的分频扫描就是用不同的滤波档对资料进行滤波。

这一步主要是为了定量分析实际资料的频谱范围，确定扫描信号的扫描频宽。根据图3a的实际资料频谱，我们确定了8-96Hz的扫描频率范围。

3)根据优势频带的衰减情况和范围，分解信号创建一组起始和终了频率不同的子扫描；

步骤3)所述的分解信号是：

$s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}A\left(t\right)\mathrm{Sin}(2\mathrm{\π}(f_{\mathrm{si}}+\frac{f_{\mathrm{ei}}-f_{\mathrm{si}}}{2T}{t}^2)---\left(3\right)$

其中：N是子扫描数，i是第i次子扫描，s(t)-可控震源扫描信号；A(t)-扫描信号振幅；f_s-起始扫描频率；f_e-终止扫描频率；T-扫描长度；t-扫描时间。

步骤3)所述的创建是对优势频段能量较弱部分使用窄带宽的子扫描，使用1-2个子扫描保留低频，其余的子扫描为中、高频。

步骤3)所述的子扫描是带宽1-2个倍频程。

这一步主要是根据扫描信号的总体频宽，产生一个子扫描组。在我们给出的实例中把扫描频宽为8-96Hz的扫描信号分解成8个子扫描信号，扫描信号分别为：(8-55，50-95，12-75，16-80，20-85，25-90，30-92，35-96)Hz

4)对每个扫描组进行频谱叠加和因子叠加，并把叠加谱与实际资料的频谱进行对比，确定最佳的子扫描组。

步骤4)因子叠加是把各子扫描信号的自相关因子叠加起来，形成叠加自相关因子；频谱叠加就是对叠加自相关因子进行付氏变换，求取相应的振幅谱，各子扫描自相关的叠加采用以下公式：

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\φ}{\left(t\right)}_i---\left(4\right)$

φ(F)＝abs(FFT(φ(t)))                              (5)

其中：Φ(t)-叠加自相关因子；Φ(t)_i-子扫描信号的自相关。公式(5)是叠加自相关的振幅谱，Φ(F)-是叠加自相关的振幅谱；FFT-快速付氏变换；abs-对叠加自相关因子的付氏变换求模。

步骤4)所述的最佳的子扫描组是：

叠加后的相关子波的质量是叠加子波有突出主峰、有大的主瓣和小的旁瓣；

叠加频谱曲线形态是指振幅谱曲线圆滑，减少频谱曲线的跳跃或突变并突出有效频段。

图1是次扫描不同起止频率子扫描信号的自相关和它们的叠加：a)不同起止频率子扫描信号的自相关；b)自相关信号的叠加。图1主要说明一定带宽的扫描信号可以分解成多个不同带宽的子扫描信号，反之亦然。

图2是线性扫描信号的自相关与多因子扫描信号自相关的叠加比较：a)线性扫描信号(8-96Hz)的自相关；b)多因子扫描信号自相关的叠加，扫描因子为：(8-55，50-95，12-75，16-80，20-85，25-90，30-92，35-96)Hz。该图主要说明通过合理的选择子扫描组，可以形成高质量的相关叠加子波，子波旁瓣明显小于线性扫描。

5)将最佳的子扫描组合用于野外采集，并对同一道做振幅谱分频扫描，经过资料振幅谱和分频记录对比确定最佳的子扫描因子，对优势频段能量改善达不到资料要求重复步骤3)-5)，所谓资料要求就是所得资料要能够满足地质方面分辨率的要求。

图3是线性扫描和多因子扫描频谱对比，a)线性扫描资料频谱(8-96)Hz；b)多因子扫描资料频谱，扫描因子为：(8-55，50-95，12-75，16-80，20-85，25-90，30-92，35-96)Hz。通过使用不同的扫描方式进行点试验，多因子扫描资料频谱明显好于线性扫描的频谱，多因子扫描方式增加了资料高频成分的能量。这是因为多因子扫描信号的叠加频谱具有了一定的频率补偿作用，使得特定频率得到加强。

图4是性扫描和多因子扫描单炮资料对比，a)线性扫描(8-96)Hz；b)多因子扫描：扫描因子为：(8-55，50-95，12-75，16-80，20-85，25-90，30-92，35-96)Hz。从两种扫描方式获得的单炮上来看，多因子扫描明显好于线性扫描。

图5是线性扫描和多因子扫描现场剖面对比：a)线性扫描(8-96)Hz；b)多因子扫描；描因子为：(8-55，50-95，12-75，16-80，20-85，25-90，30-92，35-96)Hz。从两种扫描方式获得的现场剖面上来看，多因子扫描明显好于线性扫描。

Claims (12)

1.一种可控震源多因子扫描方法，其特征是通过以下步骤实现：

1)用宽频的扫描信号激发地震波，完成试验点记录采集；

2)选择避开干扰、中等炮检距的一个接收道试验纪录，在现场处理机上通过振幅谱和分频扫描确定扫描信号范围；

3)根据优势频带的衰减情况和范围，分解信号创建一组起始和终了频率不同的子扫描；

4)对每个扫描组进行频谱叠加和因子叠加，并把叠加谱与实际资料的频谱进行对比，确定最佳的子扫描组；

5)将最佳的子扫描组合用于野外采集，并对步骤2同一道做振幅谱分频扫描，经过资料振幅谱和分频记录对比确定最佳的子扫描因子，对优势频段能量改善达不到地质方面分辨率的要求的重复步骤3)-5)，得到现场剖面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的宽频带的扫描信号是：

$s\left(t\right)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2T}{t}^2)---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=s\left(t\right)\⊗s\left(t\right)---\left(2\right)$

其中：s(t)-可控震源扫描信号；A(t)-扫描信号振幅；f_s-起始扫描频率；f_e-终止扫描频率；T-扫描长度；t-扫描时间，Φ(t)-扫描信号的自相关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的试验点是勘探工区选做试验的地点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的采集是观测系统参数布置好排列，检波器和震源都不组合，震源的台数、震次、扫描长度用生产因素，用宽频带线性扫描参数，获得一炮纪录。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的宽频带参数是6～120Hz。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的处理是选择资料的目的层段通过付氏变换求出资料的振幅谱并画出曲线，从振幅谱上确定频率衰减范围，用分频扫描确定信号频率的响应范围。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的分频扫描就是用不同的滤波档对资料进行滤波。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的分解信号是：

$s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}A\left(t\right)\mathrm{Sin}(2\mathrm{\π}(f_{\mathrm{si}}+\frac{f_{\mathrm{ei}}-f_{\mathrm{si}}}{2T}{t}^2)---\left(3\right)$

其中：N是子扫描数，i是第i次子扫描，s(t)-可控震源扫描信号；A(t)-扫描信号振幅；f_s-起始扫描频率；f_e-终止扫描频率；T-扫描长度；t-扫描时间。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的创建是对优势频段能量较弱部分使用窄带宽的子扫描，使用1-2个子扫描保留低频，其余的子扫描为中、高频。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的子扫描是带宽1-2个倍频程。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)因子叠加是把各子扫描信号的自相关因子叠加起来，形成叠加自相关因子；频谱叠加就是对叠加自相关因子进行付氏变换，求取相应的振幅谱，各子扫描自相关的叠加采用以下公式：

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\φ}{\left(t\right)}_i---\left(4\right)$

φ(F)＝abs(FFT(φ(t)))                (5)

其中：Φ(t)-叠加自相关因子；Φ(t)i-子扫描信号的自相关。公式(5)是叠加自相关的振幅谱，Φ(F)-是叠加自相关的振幅谱；FFT-快速付氏变换；abs-对叠加自相关因子的付氏变换求模。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述的最佳的子扫描组是：

叠加后的相关子波的质量是叠加子波有突出主峰、有大的主瓣和小的旁瓣；

叠加频谱曲线形态是指振幅谱曲线圆滑，减少频谱曲线的跳跃或突变并突出有效频段。

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