延时参数对地震信号信噪比的改善

当测区噪声很强,采用组合震源工作仍然不能得到高质量地震数据,为进一步提高地震信号的信噪比,引入能形成定向地震波的相控震源.相控震源产生的地震波方向可由延时参数控制,因此延时参数是影响相控地震效果的重要参数.理论分析表明,定向地震波技术可提高反射波信号信噪比,以含3个激震器的相控震源为例,信噪比可提高6.53~9.54 dB.针对延时参数分别为0,0.802,0.384,0.241,0.174,0.123 ms的情况,完成了野外地震实验.根据原始地震记录,得到了反射波信号功率谱,在此基础上定量地计算了不同延时参数下目标层反射信号的信噪比.结果表明,与单震源情况相比,在6种延时参数下,反射波信噪比分别提高了3.3150,8.0150,6.0547,5.0278,4.5383,4.0364 dB;与组合震源情况相比,信噪比分别提高了0,4.7000,2.7397,1.7128,1.2233,0.7214 dB.综合理论分析及野外实验结果,我们可以得到这样的结论：定向地震波技术能够提高反射波信号信噪比,延时参数变化对信噪比有很大影响,采用合理的延时参数能得到更高的信噪比.     

相控震源定向地震波信号分析

应用可控震源地震勘探,当环境噪声很强,采用组合震源工作仍不能满足信噪比要求时,引入能形成定向地震波的相控震源.由相控震源定向照明地震理论分析,主波束方向上3单元相控震源产生的反射地震波信号信噪比比单震源高6.53~9.54 dB,比组合震源高1.76~4.77dB.为研究相控地震实际效果,在同一测区进行了三种震源地震对比实验.由单炮地震记录和水平叠加时间剖面可知,相控震源反射波信号信噪比明显高于单震源情况,略高于组合震源情况.进一步对反射波信号功率谱特性做定量分析,得到如下结果：与单震源情况相比,相控震源使各道反射波信号信噪比提高了0.75~8.15 dB,平均提高3.65 dB;与组合震源情况相比,各道信噪比提高了0.93~3.17 dB,平均提高2.02 dB,实验结果与理论分析吻合.综上所述可知,基于相控震源的定向照明地震技术是可行的,可以有效提高地震信号的信噪比.     

可控震源定向照明方法的仿真研究

当野外噪声很强,即使使用组合震源地震也无法获得满意信噪比的地震数据时,本文提出了一种基于可控震源阵列的定向照明控制方法,采用该方法可形成定向地震波.通过仿真研究合成了8激震器可控震源阵列分别采用简单组合及定向照明技术得到的单炮地震记录,可以看出采用合适的延时参数,定向照明单炮地震记录的反射波信噪比高于组合地震情况.定量的计算结果表明,实验条件下采用0.89 ms延时参数,各反射波信噪比分别提高了10.19 dB,3.23 dB和1.02 dB.由此可见,可控震源定向照明地震技术是一种提高原始地震资料信噪比的有效方法.     

相控震源对地震信号信噪比的改善研究

当测区噪声很强,采用组合震源工作仍然不能满足信噪比要求时,为进一步提高地震勘探信噪比,引入能形成定向地震波的相控震源.针对水平层状介质模型,对组合震源、相控震源地震进行了数值模拟,并定量计算了采用4,8,15,20单元的组合与相控震源地震数据的信噪比,同组合地震相比,相控地震使来自不同反射层的反射波信号的信噪比平均提高了154～990 dB.结果表明,相控震源地震得到的反射波信号信噪比高于组合地震,并且随着激震器数目增加,相控震源合成地震记录中的反射波地震数据信噪比明显提高.     

基于接收阵列的时域地震波束形成方法

地震勘探中,针对目的层地震数据信噪比较低情况,为改善信噪比,本文提出一种基于接收阵列的时域地震波束形成方法(TSBBRA).该方法的理论依据是波束形成原理,文中通过对相控震源激发定向地震波场的分析,提出在反射地震勘探中,在信号接收端同样能生成定向地震波的思路.具体地,论文给出在地震数据集上先对单炮记录分组,再对组内记录时域内延时、叠加,生成对应定向地震波场的地震记录的方法.TSBBRA方法适于杂波干扰强,且杂波与目的层反射波方向不一致的地震条件.本文先通过波场模拟,展示了TSBBRA方法具有形成定向地震波场的能力;而后通过对比相控震源与TSBBBRA时间剖面,说明了TSBBRA方法的有效性;最后在吉林某油页岩矿区,用TSBBRA方法,分别针对浅层目标与深层目标,生成定向地震波数据.与原始数据相比,目标层信噪比提高了3~35 dB,在时间剖面上观测到的深部目标信号从200 ms扩展到1000 ms,TSBBRA剖面资料与测区附近区域的地质与地震资料一致.由此得出结论,TSBBRA方法有助于改善目的层地震资料信噪比,当关注深部目的层时,由于TSBBRA方法能有效压制噪声,因此可用于能够实现更大的勘探深度.实验中,我们给出了浅层勘探结果,由于本方法对震源及观测系统没有限制,实际应用中TSBBRA方法可作为深部资源勘探领域提高深部地震资料信噪比的有效方法.     

面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法

组合震源技术通过调节延迟激发时间和震源埋藏深度能够实现地震波场的定向传播,提高地震波的照明能量和地震数据信噪比.然而,目前国内外对基于特定目标的组合震源最佳聚焦方向的选取以及起伏地表组合震源定向理论的研究相对较少.在聚焦方向选取方面,目前基本是利用多种不同延时参数的组合震源分别进行试验,从而确定较好的组合震源延时参数.本文则利用爆炸反射面原理,在目的层界面上均匀布置震源同时激发地震波,能够产生垂直于地层界面传播的平面波,当初至波传播至地表时进行地表方向统计.根据互易性原理,以初至波传播方向的反方向为聚焦方向,激发产生的地震波主波束方向将垂直入射到目的层界面上,从而精确的计算出组合震源的最佳聚焦方向.在组合震源定向方面,目前主要是利用组合震源方向因子公式进行计算,但该方法要求震源布置在同一条直线上,并不能满足起伏地表的应用要求.本文以惠更斯-菲涅尔原理为理论基础,提出通过炮点向量在聚焦方向上的投影来确定组合震源传播至虚拟波前的走时,从而确定任意起伏地表组合震源的延迟激发时间.该方法不仅能够计算出沿给定地质模型的目的层界面垂直入射的组合震源聚焦方向,也能够确定任意起伏地表情况下形成沿该聚焦方向定向传播地震波场的组合震源延迟激发时间.因此,本文提出的面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法对组合震源数据采集具有理论与实践意义.     

相控震源的地震波场数值模拟计算

本文基于相控震源基本原理,通过数值模拟计算验证相控震源具有方向可控性,能量集中的特点.首先,采用了有限差分法求解声波方程方式来模拟由传统炸药震源、单个可控震源、组合震源和相控震源在相同地质模型下的地震波场,其中选择了PML吸收边界,设计了两种均匀介质的地质模型.通过对比不同震源的地震记录和波场快照,相控震源相比同等环境参数下的其他震源(炸药震源、相控震源和单个可控震源)有较高分辨率,以及在大倾角地层有较好的探测效果.其次,通过控制参数法研究了震源个数、震源间距以及chirp信号的相位对相控震源分辨率的影响.     

起伏地表组合震源地震波场定向方法

多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性.     

基于地质模型的定向组合激发-接收技术

定向设计的震源、检波器组合可增强特定方向传播的地震波能量,同时压制其他方向噪声,从而改善低信噪比数据的资料品质.本文提出了一种基于地质模型的定向组合激发-接收技术方法,该技术方法包含三个步骤:定向方向计算、定向组合参数设计、定向组合数据处理.首先对地质模型做波动方程正演并统计地震波出射到地表的能量和角度(方向),然后优化设计组合参数将波场能量定向聚焦到该方向,在进行激发-接收定向组合处理后,最终实现提升地下弱照明地区成像质量的目的 .基于此思路,本文首先分析了地震波场产生方向性的原因,以模型照明结果为例展示了地质结构与波场传播方向的相关性;然后定义了表征波场传播方向和能量大小的能流密度矢量,在此基础上推导出声学介质条件下地表出射波场的角度和能量计算方法;最后给出了组合叠加波场的表达式和求解各组合参数的目标函数.经理论模型和实际资料验证,本文提出的定向组合方法能显著改善资料信噪比,在低信噪比地区应用前景广阔.     

井间定向震源正演模拟与特性分析

为减少管波对采集数据的影响,井间地震采用了定向震源,其能量辐射特性影响接收波场的能量分布与后续成像效果.研究定向震源的正演模拟并分析能量辐射特性,为井间地震成像过程中能量补偿提供基础数据.采用圆形震源阵列法,在近源区内按照质点与震源点连线的方向设置振动函数强度,水平方向能量最强,垂直方向能量最弱,模拟的辐射能量具有随方向改变的特点.实际井间地震能量方向性非常强,因而同时采用吸收衰减层法进一步减弱纵向的地震波能量.吸收衰减层法在震源周围设置具有衰减因子的海绵层,通过不同方向设定不同的衰减因子来控制震源的方向特性.衰减因子采用了渐变函数,保证海绵层边界不产生人为反射干扰.将圆形震源阵列法与吸收衰减层法联合进行双层介质模型和实际速度场模拟,得到的炮记录方向性更加明显.两种方法的有机结合,能够更好地模拟井间定向震源.在圆形震源阵列法可行性验证基础上,分析了阵列半径对接收波场能量的影响,初步确定了模拟定向震源的最佳阵列半径.通过分析方向性参数和井间距对接收波场能量分布的影响,获得了定向震源激发下接收波场的能量分布,为在井间地震偏移成像中进行能量补偿建立了基础.     

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.     

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.     

ON THE DETERMINATION OF THE DOWNGOING P-WAVES RADIATED BY THE VERTICAL SEISMIC VIBRATOR*

It is well recognized that in order to realize the full potential of the Vibroseis technique, one needs to ensure accurate phase locking and a meaningful cross-correlation. To achieve these two important objectives we require an accurate estimate of the compressional stress wave radiated by the vibrator into the ground. In this paper a simple method (subject of a patent application) is developed for predicting the compressional stress waves radiated by a vertical vibrator. The main feature of the proposed method is that it involves the field measurement of the acceleration of the reaction mass and the baseplate, respectively. The method is illustrated by computing the compressional stress waves generated by a typical vertical vibrator radiating into ice, chalk, sand, and mud. It is shown that for a seismic vibrator radiating into hard ground the pressure of the downgoing P-wave is 180° out of phase with the baseplate velocity. It is also shown that when the driving force of the seismic vibrator has a flat amplitude spectrum, the amplitude spectrum of the downgoing P-wave falls off by 6 dB/octave towards low frequencies.     

关于一种新型横波震源（SH型）的探讨

实现横波（SH波）勘探的关键问题是震源。现有的SH波震源--扭力振动器的缺点是辐射方向性不好,能量集中在水平方向,而在垂直方向辐射的能量几乎为零,这样的震源对于反射波勘探是不利的。 本文从理论上提出用垂直力矩构成横波震源。理论推导结果（高频渐近解）表明,该震源在方位角θ=90°方向上辐射纯SH波,SH波能量辐射集中在垂直方向,而在水平方向几乎为零。显然,这样的震源对于反射波勘探十分有利。 文中还采用Cagniard-deHoop回路积分技术计算了波场的精确解及最大振幅随离源角的变化,结果与解析解一致.     

一种利用多次波求取反射系数的新技术

传统地震资料处理将多次波视为干扰波进行压制,而多次波是有效波在地层中来回传播的反馈,因此它携带了地层反射系数信息。本文从多次波成因出发,推导出反射系数公式(反射系数等于一阶多次波与一次反射波的反褶积)。理论模型实验证明了该方法的正确性。对实际海洋单道地震资料进行处理,求取的反射系数与有效波基本吻合,但由于资料信噪比、子波及反褶积算法等局限性,该技术有待进一步研究。