CN1560651A - 相控阵地震勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相控阵地震勘探方法，它采用多个可控震源按均匀间距共线方式排列。通过控制各个可控震源的延时或相位差，使得各个可控震源发出的扫描信号在地下某一方向同相叠加，震动信号加强。通过改变各震源的延时和相位差，从而实现地震波束的定向，使定向地震勘探成为可能。采用相控阵地震勘探方法，为陡倾斜地质体的地震勘探提供了一种有效方法，实现了定向地震勘探，此外还能提高地震勘探深度及地震勘探分辨率，解决了组合地震中震源台数不能过多的问题。

Description

相控阵地震勘探方法

技术领域：

本发明涉及一种浅层人工地震勘探方法，尤其适于多个可控震源同时施工的地震勘探环境。

背景技术：

现有的反射法组合地震勘探，把几个输出力小的单台震源组合到一起，模拟成一个输出力大的震源，用以提高地震勘探深度。组合地震勘探，指的是几个单台震源同时起振，各震源所产生的地震波虽然能使垂直与地表方向向下传播的地震波能量得到加强，但不能使其他方向的地震波能量普遍得到加强，因此不适于陡倾斜地质体的勘探，更不能定向勘探。再者，组合地震使用的震源台数是有限的，一般不能超过4个，震源台数过多会使地震波在传播过程中发生相互干扰，效果反而变差。

发明内容：

本发明是针对现有组合地震的缺点和不足，提供一种震源台数不受限制，地震波能量可在地下三维空间任意方向上加强的浅层地震勘探方法。

假设各震源同时震动，各震源产生的震动信号，独立地向地下传播，由于各震源之间存在间距，在地下任意观测点，必然会产生波程差，而由波程差造成的相位差会使有些区域信号加强、有些区域信号减弱。因此，通过合理控制可控震源之间的相位差，补偿由于波程差造成的相位差，就可使各震源在某一方向上产生的地震波始终同相，使得该方向上地震波信号得到最大程度的加强。

本发明是通过以下方式实现的：用一个以上可控震源，采取等间距共线排列方式，选取震源阵列中心位置的震源为基准震源，以基准震源信号作为参考信号，以基准震源的触发信号作为接收系统的触发标准，合理控制各台震源激励信号的延时时间或相位差，使震源系统产生的地震波指向某个确定方向，其他方向的震动信号减弱或抵消，让检波器阵列接收的信号更强，信噪比更高。

本发明的有益效果是：经试验，检波器接收信号的信噪比得到了提高，而且可控震源的台数不受限制；可根据地质体的产状，人工选择地震波方向，以提高地震勘探效果，尤其对解决陡倾斜地质体的勘探效果更好，根本性地解决了组合震源不能任意增加震源台数和不能探测倾角较大地质体等问题。

附图及附图说明

图1为相控阵地震勘探方法波束形成原理图

附图说明

1、2、3、n：可控震源，4、5、6检波器，7地质体，P远场观测点

d可控震源间距

具体实施方式：

首先，要确定震源间距d，震源间距受多种条件制约，为避免栅瓣出现，应满足d＜λ/2；为提高方向系数，间距d应大一些；为近似远场模型，间距d应取得小一些。各种条件互相制约，需要综合考虑，针对CN1643891公开的“电磁式大功率浅层地震可控震源系统”，相邻可控震源间距d可选择在2-4米左右。

下面通过给出相差控制方法实现相控阵地震勘探具体方法。

如果相控震源工作时，控制相邻震源之间的相差为φ＝(2π/λ)kd Sinθ(公式1)，k为图1震源顺序标号1，2，...n。

则观测点方向上相邻震源产生的信号同相叠加，震动最强，此时观测点方向θ即为波束方向。可控震源发出的震动信号是变频信号，根据 $\mathrm{\λ}=\frac{v}{f}$ (公式2)，代入公式1，则 $\mathrm{\φ}=\frac{2\mathrm{\π}\·f}{d}\·d\·\sin \mathrm{\θ}$ (公式3)，这里v为地震波波速，f为地震波瞬时频率，d为震源间距。可见，控制相差φ满足公式3，则θ为波束方向。

假设地下介质均匀，观测点方向为θ，则相邻震源得波程差为d Sinθ，波程差产生的相位差为：φ＝(2π/λ)d Sinθ。

其中，λ为地下介质中地震波的波长，d为相邻震源的间距。

下面通过给出延时实现相控阵地震勘探系统具体方法。

总的来说，通过控制各震源的起振时间使得各震源信号同时到达检波器。按照震源编号相反顺序，1号震源至n号震源依次延时t_k(k＝1，2，...n)，其中kd sinθ＝v.t_k(公式5)，t_k为第k个震源的起振时间，这里我们称为延时时间。震源阵列与检波起阵列确定后，根据目标地层的深度，就可以确定波束方向θ。如图1， $\mathrm{tg\θ}=\frac{x}{2h}$ (公式6)，这里x为检波器阵列中心到第一个震源的距离，h为目标地层深度。由公式5，6可计算出延时时间t_k(k＝1，2，...n)

通过延时或实时相差控制方法可以形成定向地震波束，地震波束方向在地下180°范围内可任意改变，进而实现波束扫描效果。因此在陡倾斜地层探测时，通过改变波束方向，可以使得检波器接收信号效果最好，从而得到高质量的地震勘探剖面图。

在进行野外浅层地震勘探时，先等间距放置可控震源阵列，检波器阵列与可控震源阵列为共线排列，道间距和偏移距根据反射地震勘探方法确定。根据地质资料大致确定目标地层深度，以此为根据设计相差控制参数或延时参数。由于测区的波速资料不准确或存在误差，实际的相控参数还要通过实验微调。震源系统和接收系统通过触发单元联系起来。其中，应选阵列中的n号震源起振信号作为地震仪的触发信号。当通过控制系统对震源的扫描参数设置完毕后，启动可控震源系统工作。地震仪接收反射信号，与参考信号做互相关处理，再使用常规地震处理软件即可得到地震剖面图。

Claims (1)

1、一种相控阵地震勘探方法，其特征在于，用一个以上可控震源，采取等间距的共线排列，选取阵列中心处的震源为基准震源，以基准震源信号作为参考信号，以基准震源的触发信号作为接收系统的触发标准，通过对各可控震源控制信号的相位实时控制或使各可控震源依次延时震动，使得各震源产生的地震波在地下某一定方向形成震动信号很强的波束，其他方向的震动信号减弱或部分抵消，使得目标层信号到达检波器阵列时同相叠加。

Images