CN102338888A - 提高地震分辨率的可控震源资料相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明可控震源作为激发源的数据采集和处理的提高地震分辨率的可控震源资料相关方法。采用扫描的方式求取工区的地层品质因素Q值对参考扫描信号进行修改得到时变扫描信号，用时变扫描信号与可控震源的震动记录对乘对加，得到相关值，循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变扫描信号的可控震源资料相关。本发明与常规相关方法相比，具有大地吸收的时频补偿能力，使得资料的分辨率提高。

Description

提高地震分辨率的可控震源资料相关方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，属于以可控震源作为激发源的数据采集和处理技术领域，是一种提高地震分辨率的可控震源资料相关方法。 

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，问题的关键在于获取较高质量的地震资料。现在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。由于安全的需要和HSE方面的考虑，有些地区特别是在国际市场上，炸药震源被禁止使用，可控震源受到青睐；另外与炸药震源相比，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打炮井困难的地区更有优势。 

炸药震源通过在短时间内突然释放较大的能量来逼近理论上的δ函数，进而形成地震子波。与炸药震源相比可控震源扫描信号是一个延续时间很长振幅较弱的简谐震动信号。所以炸药震源的原始记录可近似理解为雷克子波的集合体；可控震源的原始记录是扫描信号的集合体。由于扫描信号的长延续性使得可控震源原始记录不具备分辨能力，首先必须进行扫描信号压缩才能类比于炸药记录和用于后续的资料处理。到目前为止扫描信号的压缩方式采用的仍然是常规相关算法。 

所谓相关就是使用可控震源的参考信号与震源记录进行相关，把可控 震源的原始记录转化为可控震源的相关记录。这种相关方式是在野外采集的过程中实现的，大大的减少了采集数据量，在记录设备容量较小或较慢的勘探年代，常规相关方式是生产必须的。但是常规相关方式在某种程度上限制了震源记录处理质量的提高。随着设备的更新，野外记录大数据量成为可能，所以在资料采集中可以记录相关后的资料，也可以记录相关前的资料。 

在常规可控震源的采集中，相关记录是通过扫描信号与震动记录相关生成的。由于大地的滤波作用，信号在传播的过程得到改造。所以用一个理想的理论信号与实际的震动记录相关存在着较大的问题。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。随着在大地的传播，扫描信号的形态和频率都发生着变化，常规相关方式使用一个理想的扫描信号与实际的震源资料相关，显然与实际存在较大差异。因此需要用一个变化的扫描信号代替可控震源的参考信号与可控震源资料进行相关。在通常的大地吸收Q值补偿处理中，只对随时间变化的吸收进行补偿，没有从频率和时间两个变量处理问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有大地吸收的时频补偿能力的提高地震分辨率的可控震源资料相关方法。 

本发明通过以下步骤实现： 

1)采集可控震源地震资料，记录相关前的震动资料和参考扫描信号； 

步骤1)所述的参考扫描信号，或为实际的可控震源特征信号。 

所述的可控震源的特征信号是指可控震源的力信号、重锤加速度信号、底板加速度信号和返回信号也叫真参考信号。 

步骤1)所述的相关前的震动资料是仪器记录到未经过相关处理的原始震动资料。 

2)采用扫描的方式求取工区的地层品质因素Q值； 

步骤2)所述的求取Q值就是用不同的Q值进行补偿处理，然后通过对比不同Q值得到的记录和频谱得到。 

所述的Q值选择为50-300，并随时间变化。 

3)采用以下公式对参考扫描信号进行修改得到时变扫描信号： 

$A=A_0{e}^{-\mathrm{\π}{Q}^{-1}{\mathrm{ft}}_0}---\left(1\right)$

$f=f_s+\frac{f_e-f_s}{T}t---\left(2\right)$

$s\left(t\right)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2T}{t}^2)---\left(3\right)$

$s_Q(t,t_0)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2t}{t}^2)*e^{\mathrm{\π}{Q}^{-1}(f+\frac{f_e-f_s}{T}t)t_0}---\left(4\right)$

式中：t₀为信号的传播时间； 

A是瞬时振幅； 

f是瞬时频率； 

f_s为扫描信号的起始频率； 

f_e为扫描信号的终止频率； 

T为扫描长度； 

t为扫描时间； 

s(t)为参考扫描信号； 

s_Q(t，t₀)为时变扫描信号； 

4)用时变扫描信号s_Q(t，t₀)与可控震源的震动记录对乘对加，得到相关值。用第4步循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变扫描信号的可控震源资料相关。 

本发明与常规相关方法相比，具有大地吸收的时频补偿能力，使得资料的分辨率提高。 

附图说明

图1扫描信号S(t)：T＝2s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s 

图2大地吸收后的扫描信号：Q＝100，T₀＝1s。 

图3时变扫描信号：Q＝100，T₀＝1s。 

图4常规扫描信号相关方法得到的单炮记录。 

图5本发明得到的单炮记录：T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s，Q＝150。 

图6不同相关方法的频谱比较：T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s。 

a)常规扫描信号相关谱； 

b)本发明得到的数据频谱Q＝200； 

c)本发明得到的数据频谱Q＝150。 

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。 

本发明通过以下步骤实现： 

1)可控震源地震资料，记录相关前的震动资料和参考扫描信号； 

步骤1)所述的参考扫描信号或为实际的可控震源特征信号。 

所述的可控震源的特征信号是指可控震源的力信号、重锤加速度信号、 底板加速度信号和返回信号也叫真参考信号。 

步骤1)所述的相关前的震动资料是仪器记录到未经过相关处理的原始震动资料。2)采用扫描的方式求取工区的地层品质因素Q值； 

步骤2)所述的求取Q值用不同的Q值进行Q值补偿处理，然后通过对比不同Q值得到的记录和频谱得到。 

所述的Q值选择为50-300，并随时间变化。 

图2考虑大地吸收后的扫描信号：T＝2s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，Q＝100，T₀＝1s。随着扫描信号在大地的传播，扫描信号的振幅随深度和频率的都在发生变化，图2显示了在传播时刻1秒时的扫描信号。 

3)采用以下公式对参考扫描信号进行修改得到时变扫描信号： 

$A=A_0{e}^{-\mathrm{\π}{Q}^{-1}{\mathrm{ft}}_0}---\left(1\right)$

$f=f_s+\frac{f_e-f_s}{T}t---\left(2\right)$

$s\left(t\right)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2T}{t}^2)---\left(3\right)$

$s_Q(t,t_0)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2t}{t}^2)*e^{\mathrm{\π}{Q}^{-1}(f+\frac{f_e-f_s}{T}t)t_0}---\left(4\right)$

式中：t₀为信号的传播时间； 

A是瞬时振幅； 

f是瞬时频率； 

f_s为扫描信号的起始频率； 

f_e为扫描信号的终止频率； 

T为扫描长度； 

t为扫描时间； 

s(t)为参考扫描信号； 

s_Q(t，t₀)为时变扫描信号； 

4)变扫描信号s_Q(t，t₀)与可控震源的震动记录对乘对加，得到相关值。用第4步循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变扫描信号的可控震源资料相关。 

具体效果可以从附图中看出： 

图1扫描信号S(t)：T＝2s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s 

图2考虑大地吸收后的扫描信号：T＝2s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，Q＝100，T₀＝1s。随着扫描信号在大地的传播，扫描信号的振幅随深度和频率的都在发生变化，图2显示了在传播时刻1秒时的扫描信号。 

图3时变扫描信号：T＝2s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，Q＝100，T₀＝1s。该信号考虑了大地的吸收特性，对扫描信号进行了补偿。图3显示了扫描信号在传播时刻1秒时的时变扫描信号。 

图4常规扫描信号相关方法得到的单炮记录：T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s 

图5提高地震资料分辨率的可控震源资料相关方法得到的单炮记录：T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s，Q＝150。由于考虑了大地的吸收，资料分别率大大提高。 

图6不同相关方法的频谱比较：T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s。a)常规扫描信号相关谱；b)本发明得到的数据频谱Q＝200；c)本发明得到的数据频谱Q＝150，随着Q值的减少，频谱趋于白化。 

Claims (6)

1.一种提高地震分辨率的可控震源资料相关方法，特点是通过以下步骤实现：

1)采集可控震源地震资料，记录相关前的震动资料和参考扫描信号；

2)采用扫描的方式求取工区的地层品质因素Q值；

3)采用以下公式对参考扫描信号进行修改得到时变扫描信号：

$A=A_0{e}^{-\mathrm{\π}{Q}^{-1}f{t}_0}---\left(1\right)$

$f=f_s+\frac{f_e-f_s}{T}t---\left(2\right)$

$s\left(t\right)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2T}{t}^2)---\left(3\right)$

$s_Q(t,t_0)=A\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}(f_{s}t+\frac{f_e-f_s}{2t}{t}^2)*e^{\mathrm{\π}{Q}^{-1}(f+\frac{f_e-f_s}{T}t)t_0}---\left(4\right)$

式中：t₀为信号的传播时间；

A是瞬时振幅；

f是瞬时频率；

f_s为扫描信号的起始频率；

f_e为扫描信号的终止频率；

T为扫描长度；

t为扫描时间；

s(t)为参考扫描信号；

s_Q(t，t₀)为时变扫描信号；

4)用时变扫描信号s_Q(t，t₀)与可控震源的震动记录对乘对加，得到相关值，步骤4)循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变扫描信号的可控震源资料相关。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的参考扫描信号，或为实际的可控震源特征信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，特点是所述的可控震源的特征信号是可控震源的力信号、重锤加速度信号、底板加速度信号和返回信号也叫真参考信号。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的相关前的震动资料是仪器记录到未经过相关处理的原始震动资料。

5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的求取Q值是用不同的Q值进行补偿处理，然后通过对比不同Q值得到的记录和频谱得到。

6.根据权利要求1或5所述的方法，特点是所述的Q值选择为50-300，并随时间变化。

Images