一種壓制可控震源諧波干擾的方法
【專利摘要】本發明是對陸上可控震源激發采集的壓制可控震源諧波干擾的方法，將掃描信號劃分為窄頻帶的子掃描，將中低頻段子掃描設置為1個倍頻程，在分段掃描的每個子掃描間設置時間常數零值段，零值段的長度不小于最深目的層反射時間，對子掃描個數、每段子掃描的參數、零值段的長度確定的分段掃描，對可控震源野外掃描施工進行調整從而壓制諧波干擾。本發明避免了多次、長時間掃描壓制諧波干擾帶來的效率低下問題，在時間長度增加不多的單次掃描中達到壓制諧波的目的，更好地達到了通過可控震源采集高品質地震數據的目的。
【專利說明】一種壓制可控震源諧波干擾的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油地震勘探數據采集技術，具體是對陸上可控震源激發采集的原始地震記錄中存在的諧波干擾，提出的一種壓制可控震源諧波干擾的方法。
技術背景
[0002]石油地震勘探數據采集工作中第一步是要激發地震波。對地震波的激發有一些基本的要求。但為了適應各種地表條件及具體工作方法的特點，所用震源及激發方法又是多種多樣的。對激發地震波要有足夠強的能量，因為，在石油勘探中，要用地震反射查明地下幾千米深度范圍的一整套地層的構造形態，地震波從震源出發，傳到地下再反射回地面。傳播這樣長的距離，沒有足夠的能量是不行的。要產生足夠能量的信號有兩種方法，一是增加信號的振幅，二是延長信號的持續時間。目前陸上地震數據采集主要使用炸藥和可控震源兩種震源激發向地下傳播的信號，對于炸藥，可以采用一系列措施增加激發信號的振幅，但不能延長信號的持續時間。對于可控震源，可以延長信號的持續時間，但很難增大振幅。
[0003]炸藥激發，是在近地表層引爆炸藥。爆炸產生一個很強的力信號，它可以看作是一個振幅很大的脈沖，具有很寬的頻譜，這個脈沖在大地傳播過程中高頻部分被衰減吸收，變成一個有限帶寬的子波，它攜帶著地下地質信息從地下返回地面，被布設在地面的檢波器記錄下來，這就是炸藥激發時采集的原始地震記錄。實踐證明，在油氣田地震勘探中使用炸藥震源，有著良好的效果，突出的優點是具有較強的能量。但是，炸藥震源也暴露出很多缺點，比如爆炸產生的大部分能量損耗在對巖石的破壞上；產生不適應于地層傳播的頻率成分；鉆炮井和使用炸藥所需費用較大；缺水、表層為礫石、流砂、沼澤等鉆井困難地區施工不方便；工業區，人口稠密區不宜使用炸藥；最重要的是炸藥安全風險高，環保性差。
[0004]為了克服上述的不利因素，可控震源逐漸成為地震數據采集的主要震源。可控震源與常規的炸藥震源相比，它具有很多優勢。首先，可控震源可以根據地層特性選擇最適應于地層傳播的頻帶作為掃描頻帶，從而不產生地層不傳播的振動頻率；其次，可控震源工作時，不消耗能量來破壞巖石；最后，由于它是采用的相關分析原理，所以可以避免許多干擾，這些突出的優點使得它在地震數據采集中得到廣泛的應用。
[0005]可控震源激發地震數據采集的方法與炸藥不同。可控震源系統由一個掃描信號發生器、一個震源和一個相關器三部分組成。當用可控震源激發進行地震數據采集時，掃描信號發生器首先產生一個均勻振幅、視頻率逐漸變化的長的電信號，稱之為掃描信號、參考掃描、參考信號或先導掃描。震源把掃描信號轉化成力信號，通過震源平板的振動把力信號發射到地下。這時地震數據采集系統的檢波器記錄到的地面振動不是一個有限帶寬的子波與地下反射系數序列的褶積結果，它不是真正意義上的地震記錄，還需要通過相關的辦法把經過大地傳播的掃描信號變成一個有限帶寬的子波，這個過程通過相關器來完成。相關器把檢波器接收到地震數據(未相關記錄或相關前紀錄)與參考信號互相關，將來自地下反射的長掃描信號壓縮成有限帶寬子波與反射系數序列褶積結果(相關記錄)，在這個過程中信號的峰值振幅增強了。可控震源系統的三個組成部分構成了可控震源進行地震數據采集的三個環節，其中第三個環節可以在野外采集時完成，也可以在室內資料處理階段完成。
[0006]可控震源地震數據采集的三個環節中，無論哪一個環節都離不開掃描信號，它是可控震源所產生的向地下傳播的子波，所以它的特性將很大程度上影響單炮記錄的質量。可控震源采集時主要通過設計幾個重要的參數來確定掃掃描信號，他們是掃描長度Ls，起止頻率fs和f；，頻率函數f (t)，震源的出力F。掃描信號可以表示為s (t) = Fsin (f (t) *t)，式中的t代表時間，f(t)決定了掃描信號的類型。當f(t)為一常數時，s(t)為一正弦信號；當f(t) =f\±at時，s(t)為線性掃描信號，a = (fe_fs)/L是掃描速率，4為線性掃描的起始頻率；當f(t)為指數或冪形式時，s(t)為非線性掃描信號。線性掃描是生產中使用最多掃描方式，它分升頻和降頻兩種方式，當f(t) = f>t時稱為線性升頻掃描，當f (t) = frat
時稱為線性降頻掃描。由掃描信號知可控震源采集時產生的能量大小力L由
此可見:可以通過增加掃描時間或增強信號強度來達到增加震源能量的目的。但是出力的大小必須選擇合適，它不能太大，也不能太小。如果出力超過震源最大靜載荷壓重的限制，對數據品質將構成威脅。因為在這種情況下，可控震源液壓系統將工作在非線性區域，從而導致掃描信號發生畸變，進而影響數據質量。同時，時間的選擇也不能太長，因為這將影響到野外施工效率。
[0007]可控震源與炸藥震源的機制不同，由它得到的記錄也存在特殊的干擾。可控震源工作時，參考信號推動電液伺服閥中的功率閥閥芯做正弦掃描運動，功率閥根據參考信號的變化規律把來自液壓系統的高壓液輸入到震源振動器，從而產生巨大的機械振動力并通過緊貼地面的平板作用于大地。在參考信號傳入地下的過程中，由于大地振動與可控震源系統之間的延遲振動與共振使傳入地下的參考信號產生非線性畸變的信號，參考信號和畸變信號傳播通過大地后被布設在地面上的檢波器記錄下來就是地震采集得到的未相關的地震數據，或稱為相關前地震數據、相關前地震記錄，將該數據與掃描信號進行相關得到的相關記錄就是原始地震數據。通常把相關前地震數據中的畸變信號稱為諧波、諧波干擾或諧振，把沒有畸變的信號稱為基波。根據相關分析理論，相關前地震數據與掃描信號相關后，基波與掃描信號相關產生的是地震數據采集所需要的有效信號，諧波與掃描信號相關產生的諧波干擾在相關記錄上表現為出現在相關子波前后的“畸變尾巴”。當“畸變尾巴”與相關子波出現時刻相同時，兩者相互疊加使相關子波變形，進而影響同相軸的連續性。如果“畸變尾巴”的能量水平大于弱反射相關子波能量水平，那么同相軸就有可能淹沒在諧波干擾中。在炮集記錄中諧波干擾表現為“羽狀”或“魚骨狀”。這些諧波干擾嚴重影響剖面的質量，進而影響地震分辨率。
[0008]諧波干擾是可控震源施工過程中一個不可避免的現象，在野外施工的時候只能希望最小程度的產生諧波畸變。諧波干擾的種類非常復雜，在實際工作中常常將其分為四大類:高次諧波，即基波頻率的整數倍，一般存在于震源整個作用力的頻率范圍內；低次諧波，特別是1/2次諧波，作為基波頻率比值分量，通常出現在震源信號的有限頻率范圍內；超次諧波，是低次諧波成分中頻率較高的諧波，一般在實際數據中出現很少；震源力信號中的不規則或隨機振蕩，這種不規則振蕩可能會在整個震源作用力信號頻率范圍內影響可控震源的相關記錄。
[0009]諧波產生的原因可以分為可控震源機械原因和震源與地表的耦合原因。可控震源自身的故障因素引起的諧波干擾能夠通過檢修排除，而可控震源和地表的耦合因素引起的諧波干擾是可控震源施工過程中一個不可避免的現象。
[0010]目前，消除可控震源諧波干擾的方法目前大概分為兩大類:第一類是設計出合理的可控震源野外施工參數；第二類是根據諧波干擾與有效波的特性差異，采用數字濾波的方法進行去除。前一種方法在生產中非常受人們重視，因為它直接影響到野外施工效率。而且由于設計合理野外施工參數是從產生諧波干擾的根源入手，所以一種科學的施工方法能夠得到比較正確的野外數據。現在國內外在壓制諧波干擾方面常用的方法有變相位掃描、長掃描和分頻掃描，并且這些方法在實際應用中都見到了效果。變相位掃描是利用各次子掃描的相位不同，使諧波干擾在相關求和中得到壓制；分頻掃描是將掃描組中每個子掃描的諧波延遲至目的層范圍以外；長掃描是通過增加掃描時間將諧波延至目的層以外出現。變相位掃描、分頻掃描只適用于單炮多次O 2次)掃描，長掃描可用于單次掃描，但是掃描時間大幅度增加，采集效率較低。因此如何合理設計分段掃描參數，使得采集資料上諧波的壓制達到預期效果又不增加掃描總時間是目前需要解決的問題。
【發明內容】
[0011]本發明目地在于提供一種諧波的壓制效果好、效率高的壓制可控震源諧波干擾的方法。
[0012]本發明通過以下技術步驟實現:
[0013]I)將掃描信號劃分為窄頻帶的子掃描，將中低頻段子掃描設置為I個倍頻程；
[0014]步驟I)所述掃描信號根據工區地質任務需要和已知的試驗結果得到。
[0015]步驟I)所述窄 頻帶子掃描劃分是:
[0016]首先，根據工區地質任務，確定最深目的層反射時間?；，根據以往已知線性掃描施工參數確定分段掃描頻帶寬度W及掃描時間T ；
[0017]然后，將掃描信號分為兩段，計算每段子掃描的1/2次諧波在相關記錄上出現時間；
[0018]所述的分兩段掃描T1/2(f)與之產生的1/2次諧波相關時間T1/2(f)用下式計算:
【權利要求】
1.一種壓制可控震源諧波干擾的方法，特點是通過以下步驟實現: 1)將掃描信號劃分為窄頻帶的子掃描，將中低頻段子掃描設置為I個倍頻程； 步驟I)所述窄頻帶子掃描劃分是: 根據工區地質任務，確定最深目的層反射時間?；，根據以往已知線性掃描施工參數確定分段掃描頻帶寬度W及掃描時間T ； 將掃描信號分為兩段掃描，計算每段子掃描的1/2次諧波在相關記錄上出現相關時間； 所述的分兩段掃描T1/2(f)與之產生的1/2次諧波相關時間T1/2(f)用下式計算:
2.根據權利要求1的方法，特點是步驟I)所述掃描信號根據工區地質任務需要和已知的試驗結果得到。
3.根據權利要求1的方法，特點是所述的三段掃描T1/2(f)與之產生的1/2次諧波相關時間T1/2(f)用下式計算:
4.根據權利要求1的方法，特點是步驟I)所述倍頻程為掃描起始頻率為掃描終了頻率f2的1/2。
5.根據權利要求1的方法，特點是步驟2)所述零值段的設置條件是使中、低頻段的諧波相關時間加長，使各段的諧波相關時間不小于最深目的層反射時間?；，并將相關過程中由于段間數據重復產生的 干擾推遲到目的層以外。
【文檔編號】G01V1/36GK103885085SQ201210563556
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】涂偉, 陳振聲, 夏建軍, 閆杰 申請人:中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司
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