可控震源匹配扫描方法研究

常规的可控震源Chirp扫描信号的地震响应存在着相关信号旁瓣大、分辨率低的缺点;用二元伪随机编码信号作为可控震源的驱动信号,地震响应剖面中存在严重的相关噪声,降低了地震记录的信噪比.本文提出的可控震源匹配扫描方法,利用匹配伪随机序列偶调制正弦载波信号作为可控震源驱动信号进行扫描激发,得到两个匹配的原始地震记录,对两个匹配的原始地震记录分别解码后再进行叠加形成最终的综合解码地震剖面.地震数值模拟的结果表明,该方法基本不存在常规Chirp扫描情形的旁瓣效应,可有效避免m-序列编码扫描情形的相关噪声,其最后形成的综合解码地震剖面可以与脉冲震源的炮集记录相媲美.     

脉冲编码震源的匹配冲击技术

常规Vibroseis可控震源Chirp扫描的地震响应存在明显的旁瓣效应,二元m-序列伪随机扫描的解码地震剖面中存在严重的相关噪声,而基于伪随机编码的匹配扫描方法可有效压制解码地震剖面中的相关噪声,提高了地震记录的信噪比.为了将匹配伪随机编码方法应用到冲击式震源中,提出了基于脉冲编码震源的匹配冲击技术.以匹配扫描方法为理论基础给出了匹配冲击信号的编码与解码过程,以有限元差分法对匹配冲击技术和常规线性扫描冲击技术进行了地震数值模拟.结果表明,匹配冲击的综合解码地震剖面中,不存在线性扫描冲击解码地震剖面中能量较强的相关噪声干扰,剖面具有很高的信噪比和分辨率.地震波激发采集对比实验验证了匹配冲击技术在压制相关噪声及远偏移距地震道随机噪声方面相比线性扫描冲击技术所具有的优势.     

基于三元伪随机编码的冲击夯可控震源控制系统设计

冲击夯可控震源具有移动方便、质量轻、输出力大等优点,在城市工程勘察以及中浅层地震勘探等领域具有一定的应用前景.其激励信号主要基于二元伪随机编码技术,由于旁瓣效应导致相关干扰严重、地震记录信噪比低等问题,制约了冲击夯震源的推广应用.本文针对传统控制方法的不足,开展了基于三元伪随机的冲击夯可控震源编码技术和编码匹配控制方法研究,并在此基础上设计和实现了相应的控制系统.野外实验结果表明:相比于二元伪随机编码控制方法,三元伪随机编码控制方法得到的地震子波的主旁瓣比提高了4.04 dB;震源信号穿透力强,在测线远端处能量约为30磅锤击震源的100倍,约为二元伪随机方法的4倍;单炮地震记录中干扰抑制能力强,信噪比显著提升,子波频带宽,提高了分辨率,在一定程度上提高了地震勘探效果.     

地震勘探中相控阵震源的方向特性研究

电磁驱动式可控震源在城市浅层地震勘探中所面临的最突出的困难是微弱的反射信号常常淹没在很强的背景噪声之中.为了提高地震记录的信噪比,可以利用多台可控震源阵列实施相位控制形成定向地震波束以增强地震波的能量.本文讨论这种相控阵震源的波束形成机制.引入了地震波场的边际能量密度的概念,利用地震波场的时间切片技术,对模型空间各个方向上的能量强度进行了定量分析.用有限差分法对相控阵震源Chirp信号扫描的地震响应进行了数值模拟.当定向地震波束的汇聚带与观测排列的空间范围相一致时,相控阵震源合成地震记录的能量强度要显著高于单个可控震源情形的能量强度,波形振幅的均匀性要明显优于常规组合激发震源情形波形振幅的均匀性.     

可控震源非线性扫描地震响应的数值模拟

讨论了几种非线性扫描信号自相关函数的旁瓣特性.对可控震源非线性扫描的地震响应进行了数值模拟.当震源扫描持续时间是检波器接收时间的一半时,相关运算把反射扫描信号压缩成脉冲信号的效果是显著的.有限度地增加震源扫描持续时间以及与之相适应的接收时间可以使反射扫描信号得到进一步的压缩,但在固定扫描与接收时间的条件下,增加采样点个数对反射扫描信号的压缩并不起作用.采用具有低频相关子波特性的非线性扫描震源信号,将有利于相关噪声的消除.模拟结果还证实了二次扫描在某些特定条件下会出现鞍点效应这样一个事实.     

基于频谱特征的可控震源非线性扫描信号设计

可控震源相较于炸药震源具有安全性、经济性、频率和能量可控等优点.针对可控震源线性扫描不能对高频衰减进行有效补偿问题,本文提出了一种非连续独立分频扫描技术,根据单炮记录目的层频谱响应特征,优选扫描信号整体频率范围及不同非连续独立频段成分,根据地质任务要求定量确定不同非连续独立频段最佳扫描时长,达到补偿地层衰减吸收,拓宽目的层频带,提高地震勘探分辨率目的,同时此方法又弥补了传统非线性扫描方式的不足,具有地质目标导向、针对性强、成效高等特点,并且通过实例论证了此技术的有效性,同时也为野外可控震源高分辨率地震采集信号设计提供理论指导.     

可控震源同步激发采集交涉干扰压制

可控震源高效地震最大的障碍是同步滑动扫描激发产生的交涉干扰.准北HSD地区采用DS~4可控震源高效激发技术进行资料采集,由于震源距离分开,在采集环节最大程度的降低了交涉干扰影响,但地震记录仍然受到污染,信噪比降低,影响到成像质量.为此,本文提出基于多方位矢量中值滤波的交涉干扰去除方法,利用交涉干扰在共检波点道集表现为离散信号的原理,在共检波点域或共偏移距道集中去除交涉干扰,提高了记录品质,改善了地震剖面的成像质量.     

浅层地震探测的可控震源信号设计

在工程与环境物探中,浅层地震探测是一种常用的高分辨率物探方法,但是这种方法使用的炸药震源和枪击震源破坏力大,对人和建筑物都有危害,因而被禁止在人口稠密的地区使用．因此,无公害的电磁驱动可控震源技术得到了发展和应用．利用扫描信号压缩技术,小能量弹性波Chirp信号可持续向地下发送,不损害地面和建筑物,对人群也没有影响,是一种较理想的城市浅层地震震源．本文介绍了电磁驱动可控震源的信号设计方法,并简要介绍了具有波束定向能力的相控震源的设计思想．     

基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究

针对电磁式可控震源地震数据的相关检测,研究发现,在地下结构复杂、基板-大地耦合不佳时,常规方法——基于震源控制信号或基板附近信号作为参考信号检测得到的地震记录中,存在子波到时误差和虚假多次波问题.本文分析了上述问题的理论原因,并提出基于重构激发信号的相关检测参考信号方法(Correlation Detection Reference Signal Based on the Reconstructed Excitation Signal,CDRSBRES).首先,利用直达波与其他地震波到时不一致的特点,从震源基板附近信号中分离、提取直达波.然后,利用直达波重构震源激发信号并作为参考信号对地震数据进行相关检测.最后,应用谱白化技术提高检测结果质量.数值模拟研究表明,重构激发信号与理想激发信号的相关系数为0.9869,达到高度线性相关,CDRSBRES方法检测的地震记录在子波到时和波形特征上均与模型相符.随后,在某金属矿区开展了可控震源对比实验.与液压式可控震源MiniVib T15000检测结果相比,电磁式可控震源PHVS 500的检测结果中:基于震源控制信号的检测结果存在子波到时误差约0.012s,对应垂向精度误差约11.16m;基于基板附近信号的检测结果部分区域出现虚假多次波,信噪比降低;而CDRSBRES方法的检测结果子波到时误差约0.001s,对应垂向精度误差约0.93m,波形特征一致,相同区域无虚假多次波.综上,本方法适用于电磁式可控震源地震数据的高精度检测,尤其对于地下结构复杂区域的高分辨率地震勘探具有重要意义.     

突出薄层特征的Chirp信号源浅地层剖面资料的处理研究

Chirp信号的浅地层剖面调查因其高分辨率的特点广泛应用于工程勘察、地质灾害评估、水合物调查、深海资源勘查等领域。由于Chirp信号发射频带宽度限制,互相关结果中旁瓣影响严重。常规提取包络处理能压制旁瓣,但处理后资料分辨率低。本文通过不同层厚以及不同反射系数连续薄层模型的正演、处理和定量分析,提出用线性提频处理方法压制旁瓣和提高资料的分辨率,将此方法用于理论模型和实际资料,效果显著。      

SIMULTANEOUS VIBROSEIS RECORDING1

An experiment was undertaken at BP's Fulbeck Geophysical test site to compare the viability of various simultaneous vibroseis recording techniques, which are often recommended as a means of improving data acquisition production rates for 3D seismic surveys. Of particular interest were: (a) the ability to separate the signals from each source during processing, (b) the generation and suppression of harmonics and (c) the effects of any source interaction. Two vibrators were deployed with a baseplate separation of 10 m, about a borehole containing a vertical array of geophones. Our analysis concentrated on the groundforce signals measured at each vibrator and the far-field signatures measured using a vertical geo-phone at a depth of 204 m. By comparing single vibrator records with similar but separated records from a simultaneous recording sequence, signal separability, harmonic suppression and vibrator interaction could be fully studied. Separated far-field signatures from simultaneous vibroseis methods using combinations of up and downsweeps exhibited unsuppressed harmonics and substantial energy from the undesired source which leaked through the correlation process. The ‘up/down’ method was capable of separating the signal from each source by only 12.7 dB, and is therefore unsuitable as a field technique. The variphase simultaneous vibroseis methods studied afforded some harmonic suppression and gave signal separations of about 30.0 dB. Use of variphase simultaneous vibroseis methods will compromise the quality of the data recorded, when compared with single-source acquisition methods. None of the simultaneous vibroseis methods tested provided adequate signal separation and, therefore, cannot be recommended as data acquisition techniques. The ‘alternate sweeping’ method coupled with multispread recording will give the desired improvement in data acquisition rates, while preserving the necessary quality of our seismic data.     

北京断陷黄庄—高丽营断层伪随机可控震源地震剖面

位于北京断陷西北边界的黄庄—高丽营断层是区域新构造运动中的一条重要的隐伏断层,本研究利用伪随机可控震源及其高精度反射地震方法,调查了该断层在北京奥林匹克公园段的特征.研究工作首先从理论上分析了可控震源解码原理和抗噪声能力,然后利用三分量波动方程正演指导了黄庄—高丽营断层的野外地震观测,在城市强噪声环境下采集了高精度的地震数据,经过数据处理在该地区第一次得到地震偏移深度剖面.获得的地震偏移深度剖面清晰地显示了黄庄—高丽营断层的位置,地质解释结果为进一步明确剖面上断层两侧新生代地层的厚度提供了依据.     

Orthogonal vibroseis sweeps

Vibroseis is a method that imparts coded seismic energy into the ground. The energy is recorded with geophones and then processed using the known (coded) input signal. The resulting time‐domain representation of vibroseis data is an impulsive wavetrain with wavelet properties consistent with the coded input signal convolved with the earth's reflectivity series. Historically, vibratory seismic surveys collect data from one source location at a time, summing one or more sources at each location. We present a method of designing orthogonal sweeps using the concept of combisweeps. The orthogonal sweeps allow simultaneous recording and later separation of two or more unique source locations. Orthogonality of sweeps permits separation of the data into unique source‐location field records by a conventional correlation procedure. The separation power of the orthogonal sweeps is demonstrated by a comparison between separated data and data acquired with one vibrator. Separation noise was at a negligible level for our demonstration data sets when two vibrators were located 50 m to 200 m apart. Coincident generation and recording of two vibroseis sweeps at different locations would allow almost double the amount of data to be recorded for a given occupation time and requires only half the storage medium.     

高精度组合式轻便小型可控震源的研究

由于自动控制、信号叠加等技术的不断发展,使得可控震源不断完善,成为我国地震勘探的重要手段之一.高精度组合式轻便小型可控震源是地震勘探中用于浅层地震勘探的一种高精度的激振设备,其组合安装模式适合于特殊复杂的野外环境,可以实现流动野外地震观测,能够产生高重复性,高精度的叠加信号,弥补了炸药震源在地表条件差及城市环保区无法施工的缺陷,在中浅层勘探中取得了较好的效果.发展适用于中浅层地震勘测的高精度轻便小型可控震源应用于地震野外勘探,也适应了当前技术及市场的需求.本文从工作原理、系统构成和结构特点等角度对高精度组合式轻便小型可控震源进行了初步的研究,并针对野外的数据验证其可靠性和实用性.