CN107515422A - 一种高精度浅地层剖面采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度浅地层剖面采集系统，包括具有十二个通道的浅地层剖面采集系统，所述具有十二个通道的浅地层剖面采集系统包括换能器、浅地层剖面仪、检波器和数据记录仪，所述换能器将控制信号转换为不同频率的向下传播的声波脉冲，所述声波脉冲在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面，经反射返回换能器转换为模拟或数字信号通过所述数据记录仪记载，所述浅地层剖面仪为反映浅地层声学记录剖面。该发明解决了现有采集系统中由于不同检波器接受时差致使直达波波形畸变和高频信息被压制的问题。
Description
技术领域
本发明属于地震资料野外采集技术领域，涉及一种高精度的浅地层剖面采集系统。
背景技术
浅地层剖面探测是一种基于水声学原理的连续走航式探测水下浅部地层结构和构造的地球物理方法。浅地层剖面探测的工作原理是通过换能器将控制信号转换为不同频率的向下传播的声波脉冲，该声波在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面，经反射返回换能器转换为模拟或数字信号后记录下来，并输出为能够反映地层声学特征的浅地层声学记录剖面。因其具有低耗、高效、直观的特点，在探查海底浅部地层结构，了解断裂构造的分布、埋藏古河道、浅层气、海底塌陷和滑坡等地质灾害情况，在海沙资源调查、天然气水合物调查、冷泉探测等资源调查中得到了广泛的应用。
目前浅地层剖面探测仪器通常采用组合的方式采集，由于各检波器之间的距离导致，所以会对采集到的地震资料中的高频成分产生一定的压制作用，即是由于采集系统的不完善导致高频信息的丢失及信号失真。
针对以上内容，那么如何发明出一种高精度浅地层剖面采集系统，这成为我们需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度浅地层剖面采集系统，解决了现有采集系统中由于不同检波器接受时差致使直达波波形畸变和高频信息被压制的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种高精度浅地层剖面采集系统，包括具有十二个通道的浅地层剖面采集系统，所述具有十二个通道的浅地层剖面采集系统包括换能器、浅地层剖面仪、检波器和数据记录仪，所述换能器将控制信号转换为不同频率的向下传播的声波脉冲，所述声波脉冲在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面，经反射返回换能器转换为模拟或数字信号通过所述数据记录仪记载，所述浅地层剖面仪为反映浅地层声学记录剖面。
优选的，具体实施步骤包括以下：
步骤a，获得组合内每个检波器采集到的单炮记录；
步骤b，利用系统自动识别海水速度并对单炮记录中的各道进行线性动校正；
步骤c，采集系统根据预设参数确定互相关时窗；
步骤d，采集系统根据预设时窗分别对各道进行互相关，获得各道间的互相关时差；
步骤e，利用获得的互相关时差和线性动校正量的时差在原始单炮记录上对组合内各道记录进行时差校正；
步骤f，将进行过时间校正的各检波道进行叠加，获得单道数据；
步骤g，输出单炮记录和自适应校正叠加后的单道记录以及未做校正直接叠加的单道数据。
优选的，所述检波器间距为1m，最小偏移距为5m，即可以记录组合内各检波器采集到的数据，同时根据各检波点采集到的数据，利用动校正和互相关的方法消除由于组内距的影响导致反射波到达各检波器的时间存在时差的问题。
优选的，步骤e中，设有n个等灵敏度检波器沿直线等距Δx排列，设地震波为平面波，波前与地面所成角度为α，地震波速度为v。将第一个检波器接收到振动的时间记为0，振动函数为f(t)，第二个检波器接收到的振动要比第一个检波器接收到的振动晚Δt，所以，第二个检波器接收到的振动是f(t-Δt)，第N个检波器接收到的振动为f[(t-(n-1)Δt)]，即组合后的振动记作F(t)，并有：
F(t)＝f(t)+f(t-Δt)+f(t-2Δt)+…+f[(t-(n-1)Δt)] (1-1)
对上式两边取傅里叶变换，将F(t)的傅里叶变换记作G(jω)，可得：
G(jω)＝g(jω)+g(jω)·e-jωΔt+g(jω)·e-2jωΔt+…+g(jω)·e-(n-1)jωΔt (1-2)即:
从组合的原理可以确定，组合过程可以视为一个滤波过程，设
函数K(jω)与信号的形状无关，与信号的到达时间无关，只与信号的频率以及信号到达组合内各检波器的相对时差Δt有关，对于平面波而言，组合后的信号频率与组合前单个检波器的信号频率是一样的，因此没有频率畸变，而实际地震波不是简谐波，而是包含许多频率成分的脉冲波，由于有效波到达各检波器的时间存在时差，所以组合后的波形就会产生畸变，根据组合的方向-频率特性公式(1-5)来考察一下脉冲波组合后波形畸变程度，
固定组合数目n，以Δt为参量、以f为横坐标变量，可以绘制组合频率特性曲线。
优选的，步骤f中，在野外进行浅地层剖面探测时，由于采用组合的方式接收数据，致使获得的地震剖面中出现直达波内含多个同相轴的现象，出现这种情况的原因是由于存在组内距Δx，即各检波器接收的直达波的时间存在时差。如果我们用未经校正时差的数据直接叠加就会出现直达波的波形产生畸变的现象，本发明中利用互相关的原理对直达波和一次反射波进行时差校正，从而消除组内距对波形的影响，
假设有两个函数x(t)和y(t),并存在y(t)＝x(t+t0)的关系，F+为正向傅氏变换算子，那么有
如果只保留式(S1)中的相位信息，那么可以得到由相位信息构造的互相关函数
从式(S2)可以看出：无论是在频率，还是逆向变换到时域，都可以利用相位互相关函数计算处延时量t0，相位互相关的计算结果不再体现原信号中的周期、幅值等参数信息，只保留两个信号的相对延迟量信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明解决了现有采集系统中由于不同检波器接受时差致使直达波波形畸变和高频信息被压制的问题，该采集系统的结构主要包括：导航定位系统、采集工作站、震源控制、震源、信号拖缆和12个单元组合检波水听器；主要功能包括：采集浅剖单炮数据、自动根据获取的导航信息及排列布放方式生成各道偏移距信息、自适应完成时差校正并输出单炮记录、校正叠加单道剖面和未校正的单道剖面，相比于现有的浅地层剖面采集系统，考虑了检波点组合方式导致地震资料波形畸变和高频信息被压制的现象，实验结果表明，本发明采用的浅地层剖面采集系统可以使地震资料的高频信息更丰富，波形更真实。
附图说明
图1为本发明线性组合示意图；
图2为本发明组合频率特性曲线；
图3为本发明浅地层剖面拖缆示意图；
图4为本发明采集系统界面显示示意图；
图5为本发明观测系统示意图；
图6为本发明时差校正前后频谱分析示意图；
图7为本发明单炮记录内直达波校正前后组合叠加示意图；
图8为本发明多炮记录内直达波校正前后组合叠加示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本实用发明提供一种技术方案：一种高精度浅地层剖面采集系统，包括具有十二个通道的浅地层剖面采集系统，所述具有十二个通道的浅地层剖面采集系统包括换能器、浅地层剖面仪、检波器和数据记录仪，所述换能器将控制信号转换为不同频率的向下传播的声波脉冲，所述声波脉冲在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面，经反射返回换能器转换为模拟或数字信号通过所述数据记录仪记载，所述浅地层剖面仪为反映浅地层声学记录剖面。
具体实施步骤包括以下：
步骤a，获得组合内每个检波器采集到的单炮记录；
步骤b，利用系统自动识别海水速度并对单炮记录中的各道进行线性动校正；
步骤c，采集系统根据预设参数确定互相关时窗；
步骤d，采集系统根据预设时窗分别对各道进行互相关，获得各道间的互相关时差；
步骤e，利用获得的互相关时差和线性动校正量的时差在原始单炮记录上对组合内各道记录进行时差校正；
步骤f，将进行过时间校正的各检波道进行叠加，获得单道数据；
步骤g，输出单炮记录和自适应校正叠加后的单道记录以及未做校正直接叠加的单道数据。
所述检波器间距为1m，最小偏移距为5m，即可以记录组合内各检波器采集到的数据，同时根据各检波点采集到的数据，利用动校正和互相关的方法消除由于组内距的影响导致反射波到达各检波器的时间存在时差的问题。
步骤e中，设有n个等灵敏度检波器沿直线等距Δx排列，设地震波为平面波，波前与地面所成角度为α，地震波速度为v。将第一个检波器接收到振动的时间记为0，振动函数为f(t)，第二个检波器接收到的振动要比第一个检波器接收到的振动晚Δt，所以，第二个检波器接收到的振动是f(t-Δt)，第N个检波器接收到的振动为f[(t-(n-1)Δt)]，即组合后的振动记作F(t)，并有：
F(t)＝f(t)+f(t-Δt)+f(t-2Δt)+…+f[(t-(n-1)Δt)] (1-1)
对上式两边取傅里叶变换，将F(t)的傅里叶变换记作G(jω)，可得：
G(jω)＝g(jω)+g(jω)·e-jωΔt+g(jω)·e-2jωΔt+…+g(jω)·e-(n-1)jωΔt (1-2)
即:
从组合的原理可以确定，组合过程可以视为一个滤波过程，设
函数K(jω)与信号的形状无关，与信号的到达时间无关，只与信号的频率以及信号到达组合内各检波器的相对时差Δt有关，对于平面波而言，组合后的信号频率与组合前单个检波器的信号频率是一样的，因此没有频率畸变，而实际地震波不是简谐波，而是包含许多频率成分的脉冲波，由于有效波到达各检波器的时间存在时差，所以组合后的波形就会产生畸变，根据组合的方向-频率特性公式(1-5)来考察一下脉冲波组合后波形畸变程度，
固定组合数目n，以Δt为参量、以f为横坐标变量，可以绘制组合频率特性曲线。
步骤f中，在野外进行浅地层剖面探测时，由于采用组合的方式接收数据，致使获得的地震剖面中出现直达波内含多个同相轴的现象，出现这种情况的原因是由于存在组内距Δx，即各检波器接收的直达波的时间存在时差，如果我们用未经校正时差的数据直接叠加就会出现直达波的波形产生畸变的现象，本发明中利用互相关的原理对直达波和一次反射波进行时差校正，从而消除组内距对波形的影响，假设有两个函数x(t)和y(t),并存在y(t)＝x(t+t0)的关系，F+为正向傅氏变换算子，那么有
如果只保留式(S1)中的相位信息，那么可以得到由相位信息构造的互相关函数
从式(S2)可以看出：无论是在频率，还是逆向变换到时域，都可以利用相位互相关函数计算处延时量t0，相位互相关的计算结果不再体现原信号中的周期、幅值等参数信息，只保留两个信号的相对延迟量信息。
综合以上，需要说明的是，本发明解决了现有采集系统中由于不同检波器接受时差致使直达波波形畸变和高频信息被压制的问题，该采集系统的结构主要包括：导航定位系统、采集工作站、震源控制、震源、信号拖缆和12个单元组合检波水听器；主要功能包括：采集浅剖单炮数据、自动根据获取的导航信息及排列布放方式生成各道偏移距信息、自适应完成时差校正并输出单炮记录、校正叠加单道剖面和未校正的单道剖面，相比于现有的浅地层剖面采集系统，考虑了检波点组合方式导致地震资料波形畸变和高频信息被压制的现象，实验结果表明，本发明采用的浅地层剖面采集系统可以使地震资料的高频信息更丰富，波形更真实。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高精度浅地层剖面采集系统，包括具有十二个通道的浅地层剖面采集系统，其特征在于：所述具有十二个通道的浅地层剖面采集系统包括换能器、浅地层剖面仪、检波器和数据记录仪，所述换能器将控制信号转换为不同频率的向下传播的声波脉冲，所述声波脉冲在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面，经反射返回换能器转换为模拟或数字信号通过所述数据记录仪记载，所述浅地层剖面仪为反映浅地层声学记录剖面。
2.根据权利要求1所述的一种高精度浅地层剖面采集系统，其特征在于：具体实施步骤包括以下：
步骤a，获得组合内每个检波器采集到的单炮记录；
步骤b，利用系统自动识别海水速度并对单炮记录中的各道进行线性动校正；
步骤c，采集系统根据预设参数确定互相关时窗；
步骤d，采集系统根据预设时窗分别对各道进行互相关，获得各道间的互相关时差；
步骤e，利用获得的互相关时差和线性动校正量的时差在原始单炮记录上对组合内各道记录进行时差校正；
步骤f，将进行过时间校正的各检波道进行叠加，获得单道数据；
步骤g，输出单炮记录和自适应校正叠加后的单道记录以及未做校正直接叠加的单道数据。
3.根据权利要求1所述的一种高精度浅地层剖面采集系统，其特征在于：所述检波器间距为1m，最小偏移距为5m，即可以记录组合内各检波器采集到的数据，同时根据各检波点采集到的数据，利用动校正和互相关的方法消除由于组内距的影响导致反射波到达各检波器的时间存在时差的问题。
4.根据权利要求1所述的一种高精度浅地层剖面采集系统，其特征在于：步骤e中，设有n个等灵敏度检波器沿直线等距Δx排列，设地震波为平面波，波前与地面所成角度为α，地震波速度为v。将第一个检波器接收到振动的时间记为0，振动函数为f(t)，第二个检波器接收到的振动要比第一个检波器接收到的振动晚Δt，所以，第二个检波器接收到的振动是f(t-Δt)，第N个检波器接收到的振动为f[(t-(n-1)Δt)]，即组合后的振动记作F(t)，并有：
F(t)＝f(t)+f(t-Δt)+f(t-2Δt)+…+f[(t-(n-1)Δt)] (1-1)
对上式两边取傅里叶变换，将F(t)的傅里叶变换记作G(jω)，可得：
G(jω)＝g(jω)+g(jω)·e-jωΔt+g(jω)·e-2jωΔt+…+g(jω)·e-(n-1)jωΔt (1-2)
即:
从组合的原理可以确定，组合过程可以视为一个滤波过程，
设
函数K(jω)与信号的形状无关，与信号的到达时间无关，只与信号的频率以及信号到达组合内各检波器的相对时差Δt有关，对于平面波而言，组合后的信号频率与组合前单个检波器的信号频率是一样的，因此没有频率畸变，而实际地震波不是简谐波，而是包含许多频率成分的脉冲波，由于有效波到达各检波器的时间存在时差，所以组合后的波形就会产生畸变，根据组合的方向-频率特性公式(1-5)来考察一下脉冲波组合后波形畸变程度，
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固定组合数目n，以Δt为参量、以f为横坐标变量，可以绘制组合频率特性曲线。
5.根据权利要求1所述的一种高精度浅地层剖面采集系统，其特征在于：步骤f中，在野外进行浅地层剖面探测时，由于采用组合的方式接收数据，致使获得的地震剖面中出现直达波内含多个同相轴的现象，出现这种情况的原因是由于存在组内距Δx，即各检波器接收的直达波的时间存在时差。如果我们用未经校正时差的数据直接叠加就会出现直达波的波形产生畸变的现象，本发明中利用互相关的原理对直达波和一次反射波进行时差校正，从而消除组内距对波形的影响，假设有两个函数x(t)和y(t),并存在y(t)＝x(t+t0)的关系，F+为正向傅氏变换算子，那么有
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从式(S2)可以看出：无论是在频率，还是逆向变换到时域，都可以利用相位互相关函数计算处延时量t0，相位互相关的计算结果不再体现原信号中的周期、幅值等参数信息，只保留两个信号的相对延迟量信息。
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