CN102426386B

CN102426386B - 脉冲编码可控震源的多维匹配冲击方法

Info

Publication number: CN102426386B
Application number: CN 201110329896
Authority: CN
Inventors: 林君; 王忠仁; 高健; 刘瑞; 陈卫
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102426386A

Abstract

本发明涉及一种脉冲编码可控震源的多维匹配冲击方法。依据多维匹配冲击的信号流程首先产生4个相互关联的匹配冲击信号，分别作为脉冲编码可控震源的激发信号于同等采集条件下依次激发得到4个匹配的原始地震记录，而后依据多维匹配冲击的信号流程对4个匹配的原始地震记录进行解码叠加运算得到脉冲编码可控震源多维匹配冲击的综合解码地震剖面。本发明与脉冲编码可控震源的常规线性扫描冲击方法相比，能够进一步提高地震信号的信噪比，压制地震剖面中的相关噪声和随机噪声干扰，是一种有效的脉冲编码可控震源编码方案。

Description

脉冲编码可控震源的多维匹配冲击方法

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探方法，尤其是适用于以脉冲编码可控震源多维匹配冲击作为震源进行激发的高分辨率地震勘探。

背景技术

震源是地震勘探中信号的源头，其信号质量对于地震记录的分辨率和信噪比具有决定性作用。炸药震源是一种陆地地震勘探中的有效震源形式，然而其对于环境的破坏和污染等弊端已无法适应城市及工程等领域中对于非破坏性地震勘探的要求。可控震源作为一种非破坏性震源形式在陆地地震勘探中得到了广泛的应用，其中具有代表性的是基于Vibroseis技术的连续振动方式可控震源。Vibroseis可控震源以Chirp信号作为震源扫描信号以线性扫频的形式向地下引入连续的地震波，其原始地震记录经相关解码等运算后可压缩为单脉冲形式的地震剖面。然而由于Chirp信号的自相关函数旁瓣能量较强，使得Vibroseis可控震源Chirp扫描的地震剖面中存在明显的旁瓣效应，降低了地震信号的分辨率。

为了压制可控震源Chirp线性扫描地震剖面中的旁瓣效应，数字通信领域中的伪随机编码方案被应用到连续振动方式可控震源的信号设计中。其中二元m-序列伪随机扫描方法可以有效压制Chirp扫描所产生的旁瓣效应，然而由于相关运算的作用而使地震剖面中出现了能量较强的相关噪声，降低了地震信号的信噪比。基于连续振动方式可控震源的匹配扫描方法依次激发两个相互匹配的伪随机扫描信号，通过将采集到的两个匹配的原始地震记录进行解码和叠加运算，能够有效压制地震响应剖面中的旁瓣效应和相关噪声干扰，同时提高了地震信号的分辨率和信噪比，是一种有效的连续振动方式可控震源编码方式。Vibroseis可控震源除了旁瓣效应及相关噪声等干扰之外，由于可控震源基板与地面耦合的频率响应的非线性以及耦合条件的差异等因素，容易使震源信号产生畸变，在解码地震剖面中出现的谐波干扰以常规数据处理方法难以消除。

基于编码冲击方式的脉冲编码可控震源不同于连续振动方式的Vibroseis可控震源，其结合了Vibroseis技术线性扫频的思想和Mini-SOSIE技术随机冲击的思想，按照一定的时间间隔规律向地下激发扫描冲击序列，各次冲击之间的时间间隔按线性规律变化。扫描冲击方式的脉冲编码可控震源不受连续振动方式Vibroseis可控震源耦合条件的限制和影响，所产生的冲击序列信号具有良好的稳定性和一致性，近年来在浅层高分辨率地震勘探等领域中得到了广泛的应用和不断的完善。目前适用于脉冲编码可控震源的编码方案为线性扫描冲击编码方案。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提共一种适用于冲击式脉冲编码可控震源的多维匹配冲击方法。

该方法通过依次激发4个相关联的多维匹配冲击信号，并对采集得到的4个相互关联的你原始地震记录进行解码叠加等运算来进一步提高地震信号的信噪比，压制解码地震剖面中出现的相关噪声和随机噪声等干扰信号。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

①首先确定用于产生多维匹配冲击信号的匹配伪随机序列偶(a_k}和{b_k}的长度N。

②依次构造由“1”、“-1”所构成且长度为N的两个相关联的匹配伪随机序列偶(a_k)和{b_k)。

③以正弦载波信号对两个匹配伪随机序列偶(a_k}和{b_k}进行调制产生连续振动方式可控震源的匹配扫描信号p_a(t)和p_b(t)。

④将p_a(t)和p_b(t)中以0相位起始的各正弦波保留，以p相位起始的各正弦波置零得到两个子信号p_a1(t)和p_b1(t)；将p_a(t)和p_b(t)中以0相位起始的各正弦波置零，以p相位起始的各正弦波保留并做反相处理得到两个子信号p_a2(t)和p_b2(t)。

⑤将4个子信号p_a1(t)、p_b1(t)、p_a2(t)、p_b2(t)各正弦波周期中的单个正弦波对应一个元素“1”，零信号对应一个元素“0”，得到4个由“0”、“1”构成的多维匹配伪随机子序列{a_k1}、{b_k1}、{a_k2}、{b_k2}。

⑥以地震子波信号对多维匹配伪随机子序列{a_k1}、{b_k1}、{a_k2}、{b_k2}进行调制得到可由脉冲编码可控震源激发的4个多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)。

⑦以多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)分别作为脉冲编码可控震源的激发信号进行同等条件下4次激发，采集得到4个匹配的原始地震记录R_a1(x_i，t)、R_b1(x_i，t)、R_a2(x_i，t)、R_b2(x_i，t)，(其中i＝1，2，3，...，M，M为地震道数)。

⑧将(R_a1(x_i，t)-R_a2(x_i，t))和(R_b1(x_i，t)-R_b2(x_i，t))分别进行解码运算得到两个匹配的解码地震剖面C_a(x_i，t)和C_b(x_i，t)。

⑨最后对两个匹配的解码地震剖面C_a(x_i，t)和C_b(x_i，t)进行叠加运算得到脉冲编码可控震源多维匹配冲击的综合解码地震剖面C(x_i，t)。

有益效果：本发明为了能够对比脉冲编码可控震源的多维匹配冲击方法相对于常规线性扫描冲击方法所具有的优势，在相同的地震波采集系统及采集条件下先后进行了大锤震源激发和脉冲编码可控震源的线性扫描冲击以及多维匹配冲击。在图6(a)所示的大锤震源激发的地震剖面中，远偏移距地震道中存在严重的随机噪声干扰，淹没了有效的地震信号，信噪比较低；在图6(b)所示的脉冲编码可控震源线性扫描冲击的解码地震剖面中，远偏移距地震道中的随机噪声干扰相比大锤震源激发情形得到了明显的衰减，然而其剖面下部存在线状相关噪声干扰；在图6(c)所示的脉冲编码可控震源多维匹配冲击的综合解码地震剖面中，同样能够有效压制远偏移距地震道中的随机噪声干扰，同时相比线性扫描冲击情形，相关噪声的能量要微弱得多，使得地震剖面的信噪比得到了进一步的提高。本发明的多维匹配冲击方法是一种有效的脉冲编码可控震源编码方案，对于现有的线性扫描冲击可控震源，仅需更改震源控制器中的编码信号，即可实现脉冲编码可控震源的多维匹配冲击过程。

附图说明

图1：脉冲编码可控震源多维匹配冲击信号流程图。

图2：连续振动方式可控震源匹配扫描信号p_a(t)和p_b(t)信号波形图。

图3：匹配扫描子信号p_a1(t)、p_b1(t)、p_a2(t)、p_b2(t)信号波形图。

图4：多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)信号波形图。

图5：多维匹配冲击原始地震记录(截取5s～15s部分)。

图6：(a)大锤震源激发的原始地震剖面；

(b)脉冲编码可控震源线性扫描冲击的解码地震剖面；

(c)脉冲编码可控震多维匹配冲击的综合解码地震剖面C(x_i，t)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：

按照图1中的多维匹配冲击信号流程图对脉冲编码可控震源多维匹配冲击的完整过程做进一步详细说明。

①首先确定匹配伪随机序列偶{a_k}和{b_k}的长度。为叙述方便，取N＝10。

②依次构造由“1”、“-1”构成且长度N＝10的两个相关联的匹配伪随机序列偶{a_k}和{b_k}为

{a_k}＝{1，-1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，1}，

{b_k}＝{1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1}。

③以频率f＝50Hz的正弦载波信号对两个匹配伪随机序列偶{a_k}和{b_k}进行调制产生连续振动方式可控震源的匹配扫描信号p_a(t)和p_b(t)，其信号波形图如图2所示。

④将信号p_a(t)和p_b(t)中以0相位起始的各正弦波保留，以p相位起始的各正弦波置零得到两个子信号p_a1(t)和p_b1(t)；将p_a(t)和p_b(t)中以0相位起始的各正弦波置零，以p相位起始的各正弦波保留并做反相处理得到两个子信号p_a2(t)和p_b2(t)，4个子信号p_a1(t)、p_b1(t)、p_a2(t)、p_b2(t)的波形图如图3所示。

⑤将4个子信号p_a1(t)、p_b1(t)、p_a2(t)、p_b2(t)中各正弦波周期中单个正弦波对应一个元素“1”，零信号对应一个元素“0”，得到4个由“0”、“1”构成的多维匹配伪随机子序列{a_k1}、{b_k1}、{a_k2}、{b_k2}为

{a_k1}＝{1，0，0，1，0，1，0，0，0，1}，

{b_k1}＝{1，0，0，0，0，0，0，1，1，0}，

{a_k2}＝{0，1，1，0，1，0，1，1，1，0}，

{b_k2}＝{0，1，1，1，1，1，1，0，0，1}。

⑥以主频为90Hz的Ricker子波作为地震子波信号对多维匹配伪随机子序列{a_k1}、{b_k1}、{a_k2}、{b_k2}进行调制得到可由脉冲编码可控震源进行激发的4个多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)，信号波形图如图4所示。

⑦以多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)分别作为脉冲编码可控震源的激发信号进行同等条件下4次激发采集得到4个匹配的原始地震记录R_a1(x_i，t)、R_b1(x_i，t)、R_a2(x，t)、R_b2(x_i，t)，(其中1#i 28，i代表各地震道)。图5显示了R_a1(x_i，t)、R_b1(x_i，t)、R_a2(x_i，t)、R_b2(x_i，t)的5s～15s之间的原始地震记录。

⑨最后对两个匹配的解码地震剖面C_a(x_i，t)和C_b(x_i，t)进行叠加运算得到脉冲编码可控震源多维匹配冲击的综合解码地震剖面C(x_i，t)，其地震剖面如图6(c)所示。

Claims

1.一种脉冲编码可控震源的多维匹配冲击方法，其特征在于：通过使脉冲编码可控震源在相同采集条件下依次激发4个相互关联的匹配冲击信号来完成多维匹配冲击过程，多维匹配冲击方法完整的信号流程是通过以下9个步骤来顺序实现：

a 、首先确定用于产生多维匹配冲击信号的匹配伪随机序列偶{a_k}和{b_k}的长度N；

b、依次构造由“1”、“-1”所构成且长度为N的两个相关联的匹配伪随机序列偶{a_k}和{b_k}；

c、以正弦载波信号对两个匹配伪随机序列偶{a_k}和{b_k}进行调制产生连续振动方式可控震源的匹配扫描信号p_a(t)和p_b(t)；

d、将p_a(t)和p_b(t)中以0相位起始的各正弦波保留，以p相位起始的各正弦波置零得到两个子信号p_a1(t)和p_b1(t)；将p_a(t)和p_b(t)中以0相位起始的各正弦波置零，以p相位起始的各正弦波保留并做反相处理得到两个子信号p_a2(t)和p_b2(t)；

e、将4个子信号p_a1(t)、p_b1(t)、p_a2(t)、p_b2(t)各正弦波周期中的单个正弦波对应一个元素“1”，零信号对应一个元素“0”，得到4个由“0”、“1”构成的多维匹配伪随机子序列{a_k1}、{b_k1}、{a_k2}、{b_k2}；

f、以地震子波信号对多维匹配伪随机子序列{a_k1}、{b_k1}、{a_k2}、{b_k2}进行调制得到由脉冲编码可控震源激发的4个多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)；

g、以多维匹配冲击信号q_a1(t)、q_b1(t)、q_a2(t)、q_b2(t)分别作为脉冲编码可控震源的激发信号进行同等条件下4次激发，采集得到4个匹配的原始地震记录R_a1(x_i,t)、R_b1(x_i,t)、R_a2(x_i,t)、R_b2(x_i,t)，其中i=1,2,3,…,M，M为地震道数

h、将(R_a1(x_i,t)-R_a2(x_i,t))和(R_b1(x_i,t)-R_b2(x_i,t))分别进行解码运算得到两个匹配的解码地震剖面C_a(x_i,t)和C_b(x_i,t)；

i、最后对两个匹配的解码地震剖面C_a(x_i,t)和C_b(x_i,t)进行叠加运算得到脉冲编码可控震源多维匹配冲击的综合解码地震剖面C(x_i,t)。