CN102692643B - 时变可控震源力信号反褶积方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种提高地震资料分辨率的时变可控震源力信号反褶积方法，记录相关前的震动资料和力信号，结合品质因素构造时变力信号，对可控震源震动记录反褶积求出反射系数系列，用时变力信号与可控震源的震动记录对乘对加，得到地层品质因素相关值，将时变力信号与可控震源资料相关处理，求出反子波公式，反褶积得到反射系数系列，本发明随Q值变化补偿能力变化，使得资料的信噪比得到明显改善，去除了力信号的影响，同时也去掉了力信号畸变带来的相关噪音。

Description

时变可控震源力信号反褶积方法

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，是一种提高地震资料分辨率的时变可控震源力信号反褶积方法。

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。由于安全的需要和环保方面的考虑，有些地区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。

在常规可控震源资料采集中，消除震源资料中的扫描信号通常采用的是相关技术，即通过用可控震源的参考信号与震源资料相关得到相关资料，相关处理一般都是在野外完成。可控震源资料相关严格的讲是一种互相关处理，但相关后的震源子波一直被看成克劳德(Klauder)子波。很显然可控震源资料的相关方法是偏离实际的，因为参考信号不是实际的下传信号，可控震源的力信号才是真正的下传信号，后来出现的高保真采集方法(Sallas，1998)利用可控震源的力信号分离多台震源同步激发的震动记录，该方法的单台震源激方式就是用反褶积方法消除可控震源的力信号。这种方法完全不同于常规的可控震源相关方法，它用力信号代替了可控震源的扫描信号，用反褶积算法代替了相关算法，反演结果直接逼近反射系数而不是Klauder子波系列。但是在资料的反演过程中，该方法没有到考虑力信号的变化，没有压制力信号固有的谐波畸变，资料质量不好，影响了反演的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以压制力信号固有的谐波畸变，得到高质量的反射系数系列的时变可控震源力信号反褶积方法。

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力信号；

步骤1)所述的可控震源的力信号是重锤加速度信号、底板加速度信号的加权和。

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)结合地层的品质因素Q值，构造时变力信号：

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

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

$F^{\′\′}\left(t\right)=F\left(t\right)*\exp (\mathrm{\π}(F_s+\frac{F_e-F_s}{T}{t}^{\′})t/Q)---\left(3\right)$

式中：A是瞬时振幅；

A₀初始振幅；

Q地层品质因素；

f是瞬时频率；

t为信号传播时间；

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’瞬时扫描时间；

F(t)为力信号；

F”(t)为时变力信号；

3)用时变力信号对可控震源震动记录反褶积，求出反射系数系列，计算公式如下：

$e\left(t\right)=[x\left(t\right)\⊗F^{\′\′}\left(t\right)]*{[F\left(t\right)\⊗F\left(t\right)]}^{-1}\·\exp (-\mathrm{\π}\frac{F_e-F_s}{\mathrm{TQ}}{t}^{\′}t)---\left(4\right)$

式中：e(t)反射系数系列；

x(t)可控震源震动记录；

4)用时变力信号与可控震源的震动记录对乘对加，得到Q地层品质因素相关值Φ_q(t)，计算公式如下：

${\mathrm{\φ}}_q\left(t\right)=x\left(t\right)\⊗F^{\′\′}\left(t\right)---\left(5\right)$

5)对步骤4)的对乘对加循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变力信号与可控震源资料的Q相关处理；

6)用力信号的自相关子波求出反子波公式(6)，然后对Q相关后的资料做反褶积，就得到反射系数系列。

步骤6)所述的反褶积采用以下公式：

$e\left(t\right)={\mathrm{\φ}}_q\left(t\right)*a_F\left(t\right)\·\exp (-\mathrm{\π}\frac{F_e-F_s}{\mathrm{TQ}}{t}^{\′}t)---\left(6\right)$

式中：e(t)反射系数系列；

是力信号自相关的反因子。

本发明Q值越小补偿能力越强，信号分辨率增大；Q值越大，补偿能力越弱，分辨率提升较小，使得资料的信噪比得到明显改善，去除了力信号的影响，同时也去掉了力信号畸变带来的相关噪音。

附图说明

图1为时变力信号构造图：

a.Q补偿曲线；

b.力信号F(t)T＝24s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s；

c.时变力信号F(t)”T＝24s，Fs＝8Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，Q＝100，t＝1s；

图2为力信号的子波图：b_F(t)力信号的自相关；a_F(t)力信号自相关的反子波。

图3为可控震源常规相关记录T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s。

图4为时变反褶积后的记录T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，驱动幅度75％，T₀＝6s，Q＝150。

图5为时变反褶积后的记录T＝24s，Fs＝6Hz，Fe＝84Hz，Taper＝0.5s，T₀＝6s，Q＝200。

具体实施方式

由于地层的吸收作用，力信号在大地的传播过程中其形状随频率和时间的变化而发生了变化，所以应用一个时变力信号代替时不变力信号才是唯一正确的选择。针对这个问题，本发明提出了时变可控震源力信号反褶积方法，其目的就是提高反褶积的精度。

时变力信号反褶积方法在实现上大致可分为3步，第一步用地层的品质因数Q构造时变的力信号，第二步用时变的力信号与震源资料做Q相关，第三部用力信号的自相关因子对Q相关后的资料做反褶积，最后就可以得到了较真实的反射系数系列。

本发明具体实施方式如下：

1)采集可控震源地震资料，记录相关前的震动资料和力信号；

步骤1)所述的可控震源的力信号是重锤加速度信号、底板加速度信号的加权和。

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)结合地层的品质因素Q值，构造时变力信号：

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

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

$F^{\′\′}\left(t\right)=F\left(t\right)*\exp (\mathrm{\π}(F_s+\frac{F_e-F_s}{T}{t}^{\′})t/Q)---\left(3\right)$

式中：A是瞬时振幅；

A₀初始振幅；

Q地层品质因素；

f是瞬时频率；

t为信号传播时间；

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’瞬时扫描时间；

F(t)为力信号；

F”(t)为时变力信号；

3)用时变力信号对可控震源震动记录反褶积，求出反射系数系列，计算公式如下：

$e\left(t\right)=[x\left(t\right)\⊗F^{\′\′}\left(t\right)]*{[F\left(t\right)\⊗F\left(t\right)]}^{-1}\·\exp (-\mathrm{\π}\frac{F_e-F_s}{\mathrm{TQ}}{t}^{\′}t)---\left(4\right)$

式中：e(t)反射系数系列；

x(t)可控震源震动记录；

4)用时变力信号与可控震源的震动记录对乘对加，得到Q地层品质因素相关值Φ_q(t)，计算公式如下：

${\mathrm{\φ}}_q\left(t\right)=x\left(t\right)\⊗F^{\′\′}\left(t\right)---\left(5\right)$

5)对步骤4)的对乘对加循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变力信号与可控震源资料的Q相关处理；

6)用力信号的自相关子波求出反子波公式(6)，然后对Q相关后的资料做反褶积，就得到反射系数系列；

步骤6)所述的反褶积采用以下公式：

$e\left(t\right)={\mathrm{\φ}}_q\left(t\right)*a_F\left(t\right)\·\exp (-\mathrm{\π}\frac{F_e-F_s}{\mathrm{TQ}}{t}^{\′}t)---\left(6\right)$

式中：e(t)反射系数系列；

是力信号自相关的反因子。

本发明具体效果可以从附图中看出：

从图1可见随着力信号在大地的传播，信号得到补偿，力信号的振幅包络逐渐增加，用时变的力信号与震源做Q相关，就可以得到吸收补偿后的相关资料。

图2中b_F(t)力信号的自相关；a_F(t)力信号自相关的反子波，用反子波与相关后的资料褶积，就可以得到时变反褶积后的资料。

经过对比图3、图4、图5，可以看到：

1)资料经过本发明处理后，信号得到了频率和时间两个方向的补偿，高频弱小信号能量得到加强，资料频率明显得到提升，同相轴变细相位减少。

2)资料经过本发明处理后，对不同的Q值相应是不一样的，Q值越小补偿能力越强，信号分辨率增大；Q值越大，补偿能力越弱，分辨率提升较小。更重要的是资料的信噪比得到明显改善，通过力信号自相关因子反褶积，去除了力信号的影响，同时也去掉了力信号畸变带来的相关噪音，图4、5中资料谐波部分明显减少。

Claims (2)

1.一种时变可控震源力信号反褶积方法，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力信号； 

2)结合地层的品质因素Q值，构造时变力信号： 

式中：A是瞬时振幅； 

A₀初始振幅； 

Q地层品质因素； 

f是瞬时频率； 

t为信号传播时间； 

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’为瞬时扫描时间； 

F(t)为力信号； 

F”(t)为时变力信号； 

3)用时变力信号与可控震源的震动记录对乘对加，得到Q地层品质因素相关值Φ_q(t)，计算公式如下： 

4)对步骤3)的对乘对加循环多次，直到最大接听时间为止，完成时变力 信号与可控震源资料的Q相关处理； 

5)用力信号的自相关子波求出反子波公式(5)，然后对Q相关后的资料做反褶积，就得到反射系数系列，所述的反褶积采用以下公式： 

式中：e(t)反射系数系列； 

是力信号自相关的反因子。 

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的可控震源的力信号是重锤加速度信号、底板加速度信号的加权和。