[发明专利]一种可控震源分频同时激发方法

说明书

技术领域

本发明属于地震资料采集领域，是可控震源地震勘探中高保真实现同时激发高效采集的一种可控震源激发方法。

背景技术

在地震勘探中,可控震源作为产生地震信号的主要工具已经得到了广泛的应用。可控震源的常规使用包括了以下几个步骤:首先,将一台或多台可控震源安置在一个炮点上。然后开始用一个扫描信号对可控震源进行驱动,震源开始振动,振动时间一般为10到16秒,扫描信号通常是一个的频率随时间变化的信号。而后,检波器将一段时间的响应数据接收并记录,这段时间等于扫描时间加上一个听时间。这个时间应包括地震波从产生,主要目的层反射到接收的最低必需时间。最后,通过对记录数据和参考扫描进行互相关得到地震记录。当然有时为了增加信号强度在同一炮点上重复上述步骤并将得到几次记录，并加在一起形成最终的地震记录。完成后震源就可以进行下一个炮点的振动。

对于传统的震源扫描存在着几个问题:首先,相关过程将导致相关旁瓣,它将影响最终处理数据的精度。第二,震源的谐波失真将导致的谐波噪音。使用上行扫描信号可以部分解决这个问题。此外,为了减少谐波干扰,用增量相位旋转进行多次扫描,这样经过相关和叠加,谐波噪音可以得到压制,当然在后续的处理中也可以通过滤波等方法进行压制,但都无法完全消除。第三,为了消除谐波干扰对地震数据的影响,两次扫描的时间间隔必须大于等于扫描时间和听时间。听时间是很重要的,它可以确保生成的数据免于谐波干扰。但听时间限制了生产效率。第四,组合激发尽管增加地震信号的强度,但由于组合内各台震源的高差、响应的差异以及组合效果将对地震信号的高频产生压制。

陆上可控震源作业的成本取决与每炮数据记录所需的时间长度以及搬点所需要的时间。每炮数据记录所需的时间长度取决于扫描次数,扫描长度,以及听时间。例如,如果每炮四次扫描、扫长8秒,各有一个7秒听的时间,那么至少60秒才能完成一炮。另外还得加上典型的数据采集系统记录准备时间大约需要3-5秒。

1995年,安德森公布了一种串联可控震源扫描方法（美国专利5410517号）,用于消除非生产性的听时间。该方法包含一系列的增量相位旋转扫描段,利用不同串联的这种扫描来抑制谐波干扰。例如,,想要压制四阶谐波,那么将四个扫描段的相位旋转角度可以分别为0、90、180和270度,如果八秒扫扫长和7秒听的时间,那么总记录时间是39秒。相比之下,一个标准的4次扫描和听的时间为7秒的60秒一炮，提高了效率同时压制了谐波干扰。而另一个美国专利5347494号,公布了一种使地震子波具有最小的旁瓣能量的方法。然而,即使这些改进的质量数据也仍然存在较强的谐波噪音和组合效应。

在可控震源生产中提高生产效率的一个方法是使用一组或多组震源同时在多个炮点进行激发，通常,不同炮点的扫描信号分别具有不同的相位或频率范围，然后记录的数据与产生这炮记录的扫描信号相关获得各自的记录。但是分离的数据是不完美的，里面包含了临炮的剩余能量。

上述扫描长度编码同步激发的局限性在于：1）由于扫描长度不同，给资料的处理带来困难。2）不同扫描长度能量不同，难以平衡。3）多组同步扫描，扫描长度增加，效率降低。4）临炮干扰相关后剩余能量强。（见图1）

由Sallas,et al在美国专利5719821和5721710披露了一种分离临炮数据和消除谐波的高保真可控震源地震方法(HFVS)。在HFVS方法中，记录的地震数据并不与参考信号相关,取而代之的是使用每台震源反馈回来的力信号进行反向滤波。由于力信号包括谐波,反演的相应记录在处理过程中可以将谐波恢复,从而不会导致附加噪声数据。由于没有进行相关运算,由于相关产生的旁瓣就不会成为一个潜在的问题。此外,出力信号的反演可以减少震源与地球耦合的变化所产生的影响。因而,在这个方法中,每一记录中应力信号记录下来,用于处理。该方法包括了使用矩阵反演进行同步激发数据的分离。矩阵求逆要求扫描信号的数量M大于或等于震源数量N,以求解决N个振动信号的线性方程组。信号的分离需要任何同步激发的两台震源的扫描信号互不相同。一种典型的实现方式是对M个扫描进行相位编码,通常的做法是一个信号与另一个扫描信号之间加上一个相位的变化。那么为了实现从M次扫描中分离N张记录就需要设计M*N个扫描信号来满足分离反演滤波矩阵，用这种方法分离的同步激发数据分离度可以到达60分贝，资料品质没有明显的下降。