CN113050166B - 地震激发信号修正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地震激发信号修正方法及装置，该方法包括：获取震源参考信号和震源力信号；震源力信号根据震源参考信号生成；根据震源参考信号和震源力信号生成谐波分量信号；根据谐波分量信号对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号；根据修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号。本发明可以在可控震源地震勘探生产过程中实时逐次将可控震源激发信号进行修正，缓解谐波的影响，得到较为理想的震源力信号，并且，无需重复建模或对震源进行重新标定，适应性好，实时性强。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探技术领域，尤其是涉及一种地震激发信号修正方法及装置。
背景技术
自从可控震源施工技术产生以来，地球物理学专家们对于谐波畸变控制技术的研究从未停止。Sallas在1984年发表的震源系统非线性响应的理论从根本上阐明了谐波产生的原因，加速了专家们对于谐波控制技术的研发。长期以来，部分专家试图通过改善可控震源内部压力-流量非一致响应的方法来抑制谐波的产生，比较有代表性的是INOVA公司的HDR(Harmonic Distortion Reduction，谐波失真抑制)技术；还有一些专家致力于从扫描信号入手从源头上消除导致谐波产生的成分，具有代表性的是SERCEL公司的Clean Sweep技术和Smart LF(Low Frequency，低频)技术。
HDR主要控制的是由于震源本身特性而产生的奇次谐波，而对于地表特性产生的偶次谐波控制作用非常有限。Smart LF与Clean Sweep都是在本地模式下通过安装标定来执行的迭代建模过程，完成建模后对于相对不变的地表结构特性能起到一定的作用，地表结构特性稍有改变就会与建立的模型不匹配，造成畸变信号的不可控。在生产过程中频繁的对可控震源进行安装标定也是不可取的。
发明内容
本发明提供了一种方法及装置，可以在可控震源地震勘探生产过程中实时逐次将可控震源激发信号进行修正，缓解谐波的影响。
第一方面，本发明实施例提供了一种地震激发信号修正方法，该方法包括：获取震源参考信号和震源力信号；所述震源力信号根据所述震源参考信号生成；根据所述震源参考信号和所述震源力信号生成谐波分量信号；根据所述谐波分量信号对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号；根据所述修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号；根据所述谐波分量信号对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号，包括：对所述谐波分量信号进行相位翻转处理，得到修正谐波分量；根据所述修正谐波分量对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
第二方面，本发明实施例还提供一种地震激发信号的修正装置，该装置包括：获取模块，用于获取震源参考信号和震源力信号；所述震源力信号根据所述震源参考信号生成；谐波模块，用于根据所述震源参考信号和所述震源力信号生成谐波分量信号；修正模块，用于根据所述谐波分量信号对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号；控制模块，用于根据所述修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号；修正模块，具体用于：对所述谐波分量信号进行相位翻转处理，得到修正谐波分量；根据所述修正谐波分量对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述地震激发信号修正方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述地震激发信号修正方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种地震激发信号的修正方法，该方法首先获取震源参考信号和震源力信号，其中，震源力信号是震源根据震源参考信号扫描后生成的力信号，之后，根据震源参考信号和震源力信号比较生成谐波分量信号，再根据谐波分量信号对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号，根据修正参考信号控制下一震次的震源力信号激发，得到修正的震源力信号。本发明实施例可以在可控震源地震勘探生产过程中实时逐次将可控震源激发信号进行修正，缓解谐波的影响，得到较为理想的震源力信号，并且，无需重复建模或对震源进行重新标定，适应性好，实时性强。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的地震激发信号修正方法流程图；
图2为本发明实施例提供的地震激发信号修正方法实施流程示意图；
图3为本发明实施例提供的二次谐波示意图；
图4为本发明实施例提供的新扫描信号示意图；
图5为本发明实施例提供的地震激发信号修正装置结构框图；
图6为本发明实施例提供的计算机设备结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前，现有的谐波畸变控制技术主要包括HDR技术、Clean Sweep技术和Smart LF技术。
HDR技术主要是针对伺服阀流量-压力非线性响应、伺服阀阀芯在中位的“死区”和“重叠区”特征、液压系统压力的波动和平板与大地之间的柔性耦合等四个主要因素采用频率分段、实时校正的方式来对谐波进行实时的压制。在1-3Hz频段，“死区”控制系统开始工作；在3-8Hz频段，低频控制系统开始工作；在8Hz-20Hz频段，重叠区控制系统和流量-压力控制系统开始工作。三个控制系统协调作用，达到纠正上述两种非线性特性的目的，从而抑制了谐波的产生。
Clean Sweep技术是一个迭代建模过程。为了取得良好的效果，通常需要大约6次迭代才能获得良好的收敛性。Clean Sweep计算校正畸变的方法有两种：第一是基于相关、反相关的方法，它们之间没有基本的联系，这是最快的方法。第二种方法是基于加权最小二乘的谐波空间畸变分解的LSQ方法，虽然这种方法较慢但它滤除了背景噪声比第一种方法更准确。在扫描结束时将自动运行Clean Sweep，产生一个包含用户的参数、Clean Sweep收敛性评价值、初始引用、计算的新引用等数据的自定义文件，收敛性评价值大于90％时可以认为收敛性较好。
Smart LF技术是508XT采集系统中授权使用的一项基于对主液压阀公差和开口重叠更精准建模的畸变消除技术，Smart LF(低频)特性显著改善了所有振动器在低频和甚低频域的畸变性能。SERCEL公司提供的VLI软件上增加了一个新的识别菜单，可以配置单频率扫描(频率、驱动幅度)来识别液压主阀的正、负重叠部分重叠值。也可以不进行标识而手动设置overlap P和overlap N的重叠值，重叠值的设置从0.5％开始按0.5％的步长逐渐提高，直到生产扫描的失真达到最小为止。
HDR技术存在抑制的谐波产生因素相对固定的问题，而SERCEL公司技术存在建模效果地形适应性差的问题。
基于此，本发明实施例提供的一种地震激发信号修正方法及装置，是能够实现不同地形变化无需重新建模的自动信号保真修正技术。能够从可控震源激发源头抑制或消除谐波畸变能量，提高激发出力信号的保真度，有效的改善相关子波的形态，提高地质资料分辨率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种地震激发信号修正方法进行详细介绍。
本发明实施例提供了一种地震激发信号的修正方法，参见图1所示的一种地震激发信号修正方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S102，获取震源参考信号和震源力信号。
在本发明实施例中，震源参考信号可以是根据实际需求预先设置的信号数据，用于驱动震源激发。震源力信号是使用震源参考信号来驱动可控震源进行扫描，得到的震源激发信号。
步骤S104，根据震源参考信号和震源力信号生成谐波分量信号。
在本发明实施例中，将可控震源激发产生的实际出力信号与可控震源参考信号进行对比，分离出谐波分量信号。
可以根据如下公式生成谐波分量信号：
其中，
是谐波分量信号，
是震源力信号，
是震源参考信号。
步骤S106，根据谐波分量信号对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
在本发明实施例中，可以将谐波分量按照需求进行处理，从而根据处理后的谐波分量信号对震源参考信号进行修正，以消除谐波影响，得到修正参考信号。
步骤S108，根据修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号。
在本发明实施例中，修正参考信号用于驱动下一个震源力信号的激发，修正参考信号作为输入扫描信号，其文件格式根据使用的电控箱体不同的可以进行选择，通过计算机将标准格式的输入扫描信号的文件写入可控震源控制系统。电控箱体采用修正参考信号驱动震源进行激发得到下一个震次的震源出力。
需要说明的是，如果下一个震次之后还需继续控制可控震源输出震源力信号，则根据当前修正后得到的震源力信号和修正参考信号重复执行上述各步骤，得到新的谐波分量信号、新的修正参考信号，以进行可控震源激发作业，直至得到地震激发信号的修正结果。如果下一个震次之后不需要继续控制可控震源输出震源力信号，则将当前修正的震源力信号作为地震激发信号的修正结果。
在本发明实施例中，在施工中不针对固定的谐波产生因素，而是针对不断变化的谐波信号进行可控震源扫描信号的连续修正，每个震次针对上一震次的谐波成分进行修正，在地表特性和机械液压特性连续变化的情况下，修正后的震源输出力信号将越来越接近理想的震源参考信号。
本发明实施例提供了一种地震激发信号的修正方法，该方法首先获取震源参考信号和震源力信号，其中，震源力信号是根据震源参考信号生成的力信号，之后，根据震源参考信号和震源力信号生成谐波分量信号，再根据谐波分量信号对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号，根据修正参考信号驱动下一震次的震源力信号激发，得到修正的震源力信号。本发明实施例可以在可控震源地震勘探生产过程中实时逐次将可控震源激发信号进行修正，缓解谐波的影响，得到较为理想的震源力信号，并且，无需重复建模或对震源进行重新标定，适应性好，实时性强。
考虑到为了得到更准确的修正结果，根据谐波分量信号对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号，可以按照如下步骤执行：
对谐波分量信号进行相位翻转处理，得到修正谐波分量；根据修正谐波分量对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
在本发明实施例中，可以根据参数设置，将谐波分量信号进行翻转，形成修正因子，即得到修正谐波分量，将谐波分量信号进行相位翻转后与本震次震源参考信号数据进行矢量相加，得到修正参考信号，该修正参考信号可以作为下一震次的震源参考信号，驱动可控震源进行扫描。
为了能够满足不同作业情景的需求，对谐波分量信号进行相位翻转处理，可以按照如下步骤执行：
对谐波分量信号的全部谐波数据或部分谐波数据进行相位翻转处理。
在本发明实施例中，可以直接将全部谐波信号数据进行相位翻转处理，也可以按照施工中的实际情况分离出谐波信号中影响最大的某阶次(或某几阶次)谐波成分，进行相位翻转处理，例如，可以对二次谐波分量数据进行相位翻转处理。
具体可以按照如下公式对谐波数据进行相位翻转处理，Hn(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)]，-Hn(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π]，其中，-Hn(t)是修正谐波分量，Hn(t)是谐波数据，An(t)是谐波振幅，F1为震源参考信号起始频率，k为频率变化速率。
在本发明实施例中，Hn(t)是谐波数据，可能是全部的谐波分量信号，也可能是部分的谐波分量信号，可以根据实际需求进行确定。对Hn(t)进行翻转处理后，得到修正谐波分量-Hn(t)，震源参考信号起始频率F1是震源参考信号未经修正时的最初的频率，k为频率变化速率，比如，可控震源从3Hz扫描，最终升频到90Hz，用时12秒，这个k就是(90-3)/12。
在本发明实施例中，以仅对二次谐波进行修正为例，对上述公式的使用过程进行说明，上述公式不仅限于在二次谐波的修正过程使用。
电控箱体在可控震源首次激发时，2次谐波SH(t)为：
SH(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)] (1)
式中F1为参考信号起始频率，k为扫描速率。由式(1)可以得到图3所示波形。将2次谐波初始相位反转180°，其表达式为：
SH2(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π] (2)
SH2(t)与参考信号叠加得出新的扫描信号Sn+1(t)。
Sn+1(t)＝A(t)Sin[2πt(F1±kt/2]+An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π] (3)
式中A(t)是参考信号振幅，由式(3)可以得到图4所示波形。
需要说明的是，式(1)中，An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)]即为谐波数据Hn(t)，式(2)中，An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π]即为修正谐波分量H2nd(t)，Sn+1(t)即为下一次激发时的震源参考信号。
参见图2所示的地震激发信号修正方法实施流程示意图，下面结合该附图，对本发明实施例进行更详细的说明。
第一步，在启动震源第一次扫描时，采用标准的原始扫描信号(如常用的线性升频信号)进行扫描，得到第一震次的力信号。
第二步，与控制系统相连的计算机运行保真修正程序，将记录的震源出力信号与震源参考信号对比，分离出谐波信号。
第三步，根据参数设置，保真修正程序将谐波信号整体翻转或某阶次(某几阶次)谐波成分进行翻转，形成修正因子。
第四步，保真修正程序将修正因子与上一次扫描采用的参考信号合成为当前震次需要使用的输入扫描信号。输入扫描信号的文件格式根据使用的电控箱体不同的可以进行选择，通过计算机将标准格式的输入扫描信号的文件写入可控震源控制系统。
第五步，电控箱体采用新合成的输入扫描信号驱动震源进行激发得到本震次的震源出力。震动性能的评价采用本震次震源出力信号与震源参考信号进行相关分析。本震次的震源出力输入到计算机保真修正程序中，将出力信号与震源参考信号对比分离出谐波信号。
第六步，保真修正程序将谐波信号整体翻转或某阶次(或某几阶次)谐波成分进行翻转后得到新的修正因子与上一震次的输入扫描信号进行合成，
第七步，重复第五和第六步进行可控震源激发作业。
本发明实施例提供了一种地震激发信号修正方法及装置，该方法可以实现将记录的震源出力信号与震源参考信号对比分离出谐波信号。根据保真修正程序参数的设置，将谐波信号整体翻转或某阶次(或某几阶次)谐波成分进行翻转，形成修正因子。修正因子与上一震次扫描信号进行合成得到新的输入扫描信号文件，将该文件输入到电控箱体中进行本震次的可控震源激发作业。本震次激发得到的震源出力与震源参考信号在电控箱体中进行分析评价的同时，也输出到计算机的保真修正程序中得到下一震次的修正因子。修正因子与本震次输入扫描信号合成得到下一震次的输入扫描信号文件，将该文件输入到电控箱体中进行下一震次的可控震源激发作业。
本发明实施例还提供一种地震激发信号修正装置，参见图5所示的地震激发信号修正装置结构框图，该装置包括：
获取模块71，用于获取震源参考信号和震源力信号；震源力信号根据震源参考信号生成；谐波模块72，用于根据震源参考信号和震源力信号生成谐波分量信号；修正模块73，用于根据谐波分量信号对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号；控制模块74，用于根据修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号。
在一个实施例中，修正模块，具体用于：对谐波分量信号进行相位翻转处理，得到修正谐波分量；根据修正谐波分量对震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
在一个实施例中，修正模块，具体用于：对谐波分量信号的全部谐波数据或部分谐波数据进行相位翻转处理。
在一个实施例中，修正模块，具体用于：根据如下公式对谐波数据进行相位翻转处理：Hn(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)]，-Hn(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π]，其中，-Hn(t)是修正谐波分量，Hn(t)是谐波数据，An(t)是谐波振幅，F1为震源参考信号起始频率，k为频率变化速率。
在一个实施例中，修正模块，具体用于：根据如下公式对震源参考信号进行修正：Sn+1(t)＝A(t)Sin[2πt(F1±kt/2]+An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π]，其中，Sn+1(t)是修正参考信号，A(t)是震源参考信号振幅，An(t)是谐波振幅，F1为震源参考信号起始频率，k为频率变化速率。
本发明实施例还提供一种计算机设备，参见图6所示的计算机设备结构示意框图，该计算机设备包括存储器81、处理器82，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一种方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的计算机设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述
本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行上述任一种方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种地震激发信号修正方法，其特征在于，包括：
获取震源参考信号和震源力信号；所述震源力信号根据所述震源参考信号生成；
根据所述震源参考信号和所述震源力信号生成谐波分量信号；
根据所述谐波分量信号对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号；
根据所述修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号；
根据所述谐波分量信号对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号，包括：
对所述谐波分量信号进行相位翻转处理，得到修正谐波分量；
根据所述修正谐波分量对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述谐波分量信号进行相位翻转处理，包括：
对所述谐波分量信号的全部谐波数据或部分谐波数据进行相位翻转处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括：
根据如下公式对所述谐波数据进行相位翻转处理：
Hn(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)]
-Hn(t)＝An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π]
其中，-Hn(t)是修正谐波分量，Hn(t)是谐波数据，An(t)是谐波振幅，F1为震源参考信号起始频率，k为频率变化速率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：
根据如下公式对震源参考信号进行修正：
Sn+1(t)＝A(t)Sin[2πt(F1±kt/2]+An(t)Sin[4πt(F1±kt/2)+π]
其中，Sn+1(t)是修正参考信号，A(t)是震源参考信号振幅，An(t)是谐波振幅，F1为震源参考信号起始频率，k为频率变化速率。
5.一种地震激发信号修正装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取震源参考信号和震源力信号；所述震源力信号根据所述震源参考信号生成；
谐波模块，用于根据所述震源参考信号和所述震源力信号生成谐波分量信号；
修正模块，用于根据所述谐波分量信号对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号；
控制模块，用于根据所述修正参考信号控制下一个震源力信号激发，以得到修正的震源力信号；
修正模块，具体用于：
对所述谐波分量信号进行相位翻转处理，得到修正谐波分量；
根据所述修正谐波分量对所述震源参考信号进行修正，得到修正参考信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，修正模块，具体用于：
对所述谐波分量信号的全部谐波数据或部分谐波数据进行相位翻转处理。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一项所述的方法的步骤。
8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行上述权利要求1至4任一项所述的方法。
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