CN102508292A - 可控震源匹配扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可控震源匹配扫描方法。可控震源通过激发两个相互关联的匹配扫描信号，并将采集得到的两个匹配的原始地震记录进行解码和叠加运算，最后得到可控震源匹配扫描的综合解码地震剖面。本发明的可控震源匹配扫描方法在压制旁瓣干扰和随机噪声方面优于Chirp扫描和二元m-序列扫描方法，匹配扫描方法所得综合解码地震剖面中基本不存在可控震源Chirp扫描情形地震响应剖面中的旁瓣效应，有效避免了二元m-序列编码扫描情形地震响应剖面中的相关噪声，能够同时提高可控震源地震响应剖面的分辨率和信噪比。

Description

可控震源匹配扫描方法
技术领域
本发明涉及一种地球物理勘探的可控震源扫描方法，尤其是适用于连续振动方式可控震源的匹配扫描方法。
背景技术
在陆地地震勘探中，炸药震源一直是能源开采领域中的主要震源，然而炸药震源存在的诸多弊端如对于环境的破坏、高额的钻孔费用和农田赔偿费用等限制了其应用范围，增加了地震勘探施工的成本。基于Vibroseis技术的可控震源被广泛应用在陆地地震勘探的各领域中，显著提高了地震勘探的施工效率。Vibroseis可控震源通过震源基板与地面的耦合向地下引入长时间连续的Chirp扫频地震波，地震仪采集到的原始地震记录经相关解码运算后压缩为单脉冲的地震响应。
可控震源地震勘探中扫描信号自相关函数的特性直接影响地震响应剖面的质量，寻求与设计性能优良的可控震源扫描信号是提高可控震源地震勘探性能的关键问题。Chirp扫描震源信号与地震道接收信号互相关运算后解码地震剖面在幅度上加大了纵向上的差别，使得本来能量很强的直达波变得能量更强，同时还存在明显的旁瓣效应，降低了地震响应剖面的分辨率。
为了压制Chirp扫描情形的旁瓣效应，数字通信领域中基于二元m-序列的伪随机编码方式被应用在了可控震源的信号设计中。以二元m-序列伪随机扫描信号作为可控震源的激发信号虽然可以有效压制Chirp扫描情形的旁瓣效应，然而地震剖面中存在由于解码运算所造成的计算噪声(我们称之为相关噪声)，降低了地震响应剖面的信噪比。
发明内容
本发明的目的就在于针对Vibroseis可控震源Chirp扫描情形的旁瓣效应和二元m-序列伪随机扫描情形的相关噪声干扰，提供了一种适用于连续振动方式可控震源的匹配扫描方法.该方法通过依次激发两个相互关联的匹配扫描信号，并将采集得到的两个匹配的原始地震记录进行解码和叠加运算，其最终得到的综合解码地震剖面能够同时提高地震响应剖面的分辨率和信噪比。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
①首先依据可控震源扫描信号的时间长度T和正弦调制信号的载波频率f选取匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}的长度N，有N＝Tf；
②依次构造由“1”、“-1”构成且长度为N的两个相关联的匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}；
③以频率为f的正弦波信号对两个相关联的匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}进行载波调制产生用于可控震源激发的匹配扫描信号ma(t)和mb(t)。即“1”对应一个以0相位起始的正弦波信号，“-1”对应一个以p相位起始的正弦波信号；
④以匹配扫描信号ma(t)和mb(t)依次进行可控震源的激发采集过程得到两个匹配的原始地震记录Ra(xi，t)和Rb(xi，t)，(其中，M为地震道数)；
⑤将两个匹配的原始地震记录Ra(xi，t)和Rb(xi，t)分别进行解码运算得到两个匹配的解码地震剖面Ca(xi，t)和Cb(xi，t)；
⑥最后对两个匹配的解码地震剖面Ca(xi，t)和Cb(xi，t)进行叠加运算得到可控震源匹配扫描的综合解码地震剖面C(xi，t)。
有益效果：本发明的匹配扫描方法所得综合解码地震剖面中，不存在Chirp扫描情形严重的随机噪声干扰和旁瓣效应，相关噪声与二元m-序列扫描情形相比也微弱得多，同时提高了可控震源地震响应剖面的分辨率和信噪比。本发明的可控震源匹配扫描方法在压制旁瓣干扰和随机噪声方面优于Chirp扫描和二元m-序列扫描方法，从可控震源软硬件系统与机械系统的技术实现角度，只要能够实现二元m-序列伪随机扫描技术，就完全能够实现匹配扫描技术，只是后续数据处理和解码方法不同。适用于连续振动方式可控震源的匹配扫描方法将具有广阔的应用前景。
附图说明
图1：可控震源匹配扫描方法流程图。
图2：示波器捕获的由可控震源信号发生器产生的匹配扫描信号ma(t)和mb(t)的部分波形图。
图3：(a)可控震源Chirp扫描的解码地震剖面。
(b)可控震源二元m-序列扫描的解码地震剖面。
(c)可控震源匹配扫描的综合解码地震剖面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
按照图1所示匹配扫描方法的信号流程图，可控震源匹配扫描的完整过程是通过以下6个步骤实现的：
①首先依据可控震源扫描信号的时间长度T＝2s和载波频率f＝32Hz选取匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}的长度N＝Tf＝64；
②依次构造长度为N＝64的两个相关联的匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}分别为
{ak}＝{-1，-1，-1，1，-1，-1，1，-1，-1，
-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，
1，-1，1，1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，
1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，1，1，
1，1，-1，1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，1}，
{bk}＝{-1，-1，-1，1，-1，-1，1，-1，-1，
-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，
1，-1，1，1，1，-1，-1，-1，1，-1，1，1，1，-1，1，1，
-1，1，1，1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，
1，-1，-1，1，-1，1，1，1，-1，-1，-1，1，-1}；
③以频率为f＝32Hz的正弦波信号对两个相关联的匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}进行载波调制产生用于可控震源激发的匹配扫描信号ma(t)和mb(t)；
令
ga(t)＝ak，当
Figure BDA0000102572360000031
时，(1 #k  64，f＝32)构造匹配扫描子信号ma(t)为
ma(t)＝ga(t)sin 2pft
同理令
gb(t)＝bk，当
Figure BDA0000102572360000041
时，(1 #k  64，f＝32)
构造匹配扫描子信号mb(t)为
mb(t)＝gb(t)sin 2p ft
图2显示了示波器捕获到的由可控震源信号发生器产生的匹配扫描信号ma(t)和mb(t)的部分波形图。
④以匹配扫描信号ma(t)和mb(t)于相同的采集条件下依次进行可控震源的激发采集实验得到两个匹配的原始地震记录Ra(xi，t)和Rb(xi，t)，(其中设置地震道数M＝32，即1#i   32，道间距为2m，采样间隔为0.0005s)；
⑤将两个匹配的原始地震记录Ra(xi，t)和Rb(xi，t)分别进行解码运算得到两个匹配的解码地震剖面Ca(xi，t)和Cb(xi，t)；
⑥最后对两个匹配的解码地震剖面Ca(xi，t)和Cb(xi，t)进行叠加运算得到可控震源匹配扫描的综合解码地震剖面C(xi，t)，其综合解码地震剖面如图3(c)所示。
为了对比匹配扫描方法相对于常规Chirp扫描和二元m-序列扫描所具有的优势，在同等激发采集条件下进行了Chirp扫描激发和二元m-序列扫描激发。图3(a)为起止频率为20～220Hz的Chirp扫描的解码地震剖面，图3(b)为序列长度为127的二元m-序列扫描的解码地震剖面。
对比三种可控震源扫描方式激发所得解码地震剖面：Chirp扫描解码地震剖面的远偏移距地震道中存在严重的随机噪声干扰，其1.0s以内的旁瓣效应较明显，其地震响应剖面的分辨率和信噪比均较低；二元m-序列扫描解码地震剖面的远偏移距地震道中随机噪声较Chirp扫描情形得到了有效的压制，然而在剖面中存在能量较强的条纹状相关噪声干扰。

Claims (1)

1.一种连续振动方式可控震源的匹配扫描方法，其特征在于，可控震源匹配扫描信号的编码过程和原始匹配地震记录的解码过程是通过以下步骤实现的：
a、首先依据可控震源扫描信号的时间长度T和正弦调制信号的载波频率f选取匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}的长度N；
其中N＝Tf
b、依次构造由“1”、“-1”构成且长度为N的两个相关联的匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}；
c、以频率为f的正弦波信号对两个相关联的匹配伪随机序列偶{ak}和{bk}进行载波调制产生用于可控震源激发的匹配扫描信号ma(t)和mb(t)，即“1”对应一个以0相位起始的正弦波信号，“-1”对应一个以p相位起始的正弦波信号；
d、以匹配扫描信号ma(t)和mb(t)依次进行可控震源的激发采集过程得到两个匹配的原始地震记录Ra(xi，t)和Rb(xi，t)；
其中i＝1，2，3，...，M，M为地震道数
e、将两个匹配的原始地震记录Ra(xi，t)和Rb(xi，t)分别进行解码运算得到两个匹配的解码地震剖面Ca(xi，t)和Cb(xi，t)；
f、最后对两个匹配的解码地震剖面Ca(xi，t)和Cb(xi，t)进行叠加运算得到可控震源匹配扫描的综合解码地震剖面C(xi，t)。
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