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.     

相控震源在矿产勘探中应用的数值模拟研究

为满足深部矿区精细勘探的需求,研究适于矿区的震源技术至关重要.在便携式电磁驱动可控震源应用于矿区勘探过程中,单电磁驱动可控震源和组合震源分辨率不高.本文基于相控震源技术,采用有限差分方法,对二维地下空间不同介质模型的波场传播及地面接收点的响应进行数值模拟.模拟中,震源分别使用单震源、延时时间为0 ms及1.33 ms的9单元相控源,介质模型采用均匀、水平层状、不规则矿区模型,得到如下结果:均匀介质下相控震源激励定向地震波,0 ms、1.33 ms延时参数下相控源激发固定方向地震波,方向分别为90°和70.4°;层状介质模型下,0 ms参数下相控源产生的垂向地震波方向不随介质变化,1.33 ms相控源激励的定向地震波在不同介质中仍然具有方向性,但随波速变化,地震波发生偏折,地震波主波束方向由70.4°,依次变为68.5°,66.0°,63.7°,61.1°;不规则矿区模型下,1.33 ms相控源激发的地震波在首层介质内传播方向为70.4°,围岩内为65.4°,矿体内为63.1°.在水平层状矿区介质结构下,与单震源相比,1.33 ms和0 ms相控源令接收点信噪比分别提高了14.1 dB和10.2 dB;在不规则矿区模型下,1.33 ms和0 ms相控源较单震源令接收点信噪比提高了18.9 dB和14.9 dB.由此得到如下结论:相控源在复杂介质模型下仍具有激发定向地震波的能力,尽管波束方向在不同介质内会发生偏折;在多种延时参数下,相控源都具有改善接收数据信噪比的能力.综上所述,相控震源技术能有效提高矿集区的数据采集质量.     

脉冲编码可控震源信号设计

通过脉冲编码技术使震源向地下激发出可人为控制的变步长的脉冲序列,采用解码技术将这种连续多次小能量激发情形的原始地震记录转换为等价的单次大能量激发的地震记录.文中通过数值模拟技术对脉冲编码震源信号地震响应的规律和特点进行了研究.模拟结果表明,脉冲编码信号冲击间隔的增量是压制相关噪声的关键因素,调整冲击间隔的增量对相关噪声的影响要比增加冲击次数对相关噪声的影响灵敏得多,而重复的冲击间隔对压制相关噪声不起任何作用.     

伪随机编码震源信号的地震响应

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.本文利用数值模拟技术研究可控震源伪随机编码信号地震响应的规律和特点.伪随机编码信号的地震响应剖面的旁瓣电平与常规的Chirp扫描信号情形相比有明显地降低,但是伪随机编码信号地震响应剖面的相关噪声仍然没有得到有效地压制.利用伪随机编码信号的周期性特点把一个长地震记录以信号周期为间隔进行分时叠加可以提高地震记录的信噪比和地震数据的利用率.     

苏里格气田可控震源高精度地震采集技术

鄂尔多斯盆地苏里格气田气层单砂体厚度薄,非均质性强,地层反射波能量和频率衰减严重,地震资料品质不稳定,资料分辨率较低．近年来当地推进生态环保工作,对以往的炸药震源作业模式存有疑虑,制约了本区的地震勘探进程．针对这些难点,本文从基于AVO分析的观测系统设计、基于低频可控震源的“两宽一高”采集技术、基于提高资料信噪比的组合接收技术等方面进行研究．运用模型正演、反射系数能量变化相对陡度、实际资料定性与定量分析,设计了可控震源施工观测系统方案．利用驱动幅度-频率曲线设计了低频信号,针对地震采集压制谐波干扰的方法进行了分析及试验．通过检波器组合试验分析,在信噪比相对低的地区采用检波器组合接收方式,能够提高地震资料的信噪比．采用可控震源高精度地震采集技术,获得了高密度、宽方位、高品质的地震资料．     

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.     

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.     

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．     

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.     

利用数字图像处理技术提高地震剖面图像信噪比

提出了利用数字图像处理技术提高地震剖面信噪比的新方法，首先根据数字图像处理要求的格式，对地震剖面数据进行转换，得到地震剖面图像，分析了地震数据特点和初步地震图像的实验结果后，设计了新的预处理方法——“二维沿层滤波”，在此基础上，利用可以计算帧间运动速度及其变化都较大的改进的光流分析技术，计算出多幅地震剖面对应点的偏移量，然后应用图像积累技术对这多幅地震剖面进行积累，实现对三维地震数据体提高信噪比的处理，该方法充分利用了三维地震信息，不但可以提高整个数据体的信噪比，而且可以减少信号能量的损失，并保持原来的信号能量关系，使地震剖面的质量得到明显提高，为地震解释奠定良好的基础。     

玉树地震前电离层VLF信号信噪比变化

2010年4月13日23点49分38秒(世界时),青海省玉树县发生了Ms7.1地震.根据法国DEMETER卫星电场探测仪(ICE)实验数据,研究震区上空半径500 km范围内电离层10-20 kHz甚低频(VLF)电场频谱信噪比发现,玉树地震前3个不同频率的地面VLF发射站信号对应的信噪比均出现相同的变化特征,即震前DEMETER卫星1个重访周期内的平均信噪比明显减弱,而2009年相同时段和区域的平均信噪比并未出现相似变化趋势.分析认为,玉树地震孕震期信噪比衰减现象很可能是由地震-电离层耦合所致.     

一种基于频率域偏振分析提高三分量地震资料信噪比的方法

三分量地震资料包含着丰富的运动学和动力学信息,各种随机噪声的存在严重降低了资料的信噪比,给有效信息的提取带来了一定的困难.本文在引入多窗谱分析方法的基础上,通过对谱密度矩阵特征问题的求解提取三分量地震记录的偏振参数,实现频率域偏振分析;根据所求得的偏振参数以及随机噪声和有效信号的偏振特性差异,设计相应的自适应滤波器,通过该滤波器的滤波作用,最终实现压制随机噪声的目的.     

玉树地震前电离层VLF信号信噪比变化

2010年4月13日23点49分38秒(世界时), 青海省玉树县发生了M_S7.1地震. 根据法国DEMETER卫星电场探测仪(ICE)实验数据, 研究震区上空半径500 km范围内电离层10—20 kHz甚低频(VLF)电场频谱信噪比发现, 玉树地震前3个不同频率的地面VLF发射站信号对应的信噪比均出现相同的变化特征, 即震前DEMETER卫星1个重访周期内的平均信噪比明显减弱, 而2009年相同时段和区域的平均信噪比并未出现相似变化趋势. 分析认为, 玉树地震孕震期信噪比衰减现象很可能是由地震-电离层耦合所致.     

四川盐源盆地短周期密集台阵背景噪声分布特征分析

短周期密集台阵的高频背景噪声互相关函数（NCF）是探查地球浅层精细结构的重要数据.然而高频背景噪声成分复杂且容易分布不均,分析其对NCF信号提取的影响,有助于获取可靠成像结果.本文基于布设于川滇地区盐源盆地的209个短周期台站组成的盐源台阵,利用密集台阵的噪声水平评估以及基于NCF的相干噪声分析两种方法,分析了其记录到的噪声波场特征及其对NCF的影响.结果表明,盐源台阵的整体噪声水平呈现北低南高的不均匀分布,高频噪声水平的强弱受控于当地的人类活动,亦受到浅部松散沉积层的影响.台阵垂直分量NCF中主要信号为基阶Rayleigh波,且产生该信号的相干噪声源的优势方位在不同频带具有较大区别：0.3~0.5 Hz的噪声源强度较强且随时间变化较为稳定,主要能量来自台阵的南侧;0.5~1 Hz的相干噪声源强度较低,有两个优势方向,其中较强的一个来自于台阵南侧,可能与0.3~0.5 Hz的噪声同源,较弱的一个来自于台阵北偏东方向;1~1.5 Hz的背景噪声有四个较弱的优势方向,在台阵的不同区域有不同的优势方向,可能受到不同的局部噪声源的控制.垂向NCF中Rayleigh波的信噪比主要受控于波场的复杂程度,台阵南部受人文活动及沉积层影响,噪声水平较高,且由于盆山边缘复杂的反射、散射作用,其NCF波形复杂,信噪比偏低.受高频噪声源分布不均与及复杂地质结构的共同影响,盐源台阵的高频NCF中的信号复杂,后续对面波频散特征的提取应充分考虑噪声源对NCF的影响以获取可靠结果.

     

反射法地震勘探噪声消除技术研究

噪声消除是地震勘探资料处理的基础,地震资料信噪比的高低将直接影响到后续处理的效果.因此,选取正确的噪声消除方法是整个资料处理的前提.本文从反射法地震勘探中噪声的特性出发,将常用的去噪方法分为四类,分析了它们的优点和局限性,并且对不同的处理方法进行了简单的比较,介绍了他们的应用领域.     

可展宽地震资料有效频宽的随机噪声衰减方法

很多地区地震资料的信噪比较低,而用于压制与信号具有不同方向的随机噪声的常规二维滤波方法常常产生假信息。基于相邻信号具有相干性这一假设,本文提出了一种叠后衰减随机噪声的多道滤波方法。该方法利用信噪比最高的中频段信息(含有主频的这一频率区间)分时窗计算信号单位矢量,并将该时窗内全频段数据向信号单位矢量方向投影,对各时窗(包括时间方向和空间方向)重叠部分按比例进行加权。我们利用这种方法对含有陡倾角的合成地震数据和海上二维实际地震资料进行了处理,处理效果很好。这种方法较为费时,但不受倾角限制,应用范围广。     

基于卷积神经网络的井中分布式光纤传感器地震数据随机噪声压制新技术

分布式光纤传感器(distributed fiber-optical acoustic sensor,DAS)是一种快速发展的具有巨大应用前景的地震勘探检波器技术.实际DAS地震资料往往会受到大量强能量随机噪声的干扰,通常表现为低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR).这一现象给接下来的成像、反演以及解释带来了巨大的困难,因此如何压制DAS地震资料中的随机噪声并提高其SNR成为一个有待解决的技术问题.卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)已经被证明是一种有效的噪声压制工具.通常情况下,CNN需要一个理论纯净地震数据集来优化网络,这极大地限制了CNN在DAS地震资料处理中的应用.在本文中,我们采用正演模拟的方法来构建理论纯净DAS地震数据集,通过正演模型的参数多样化增强数据集的真实性,从而获得适合DAS地震资料随机噪声压制的CNN去噪模型.此外,在网络结构方面,我们利用泄漏线性整流单元作为CNN的激活函数增强训练后模型对微弱有效信号的恢复能力;在训练过程中,通过能量比矩阵调节噪声片和有效信号片之间的SNR,增强CNN去噪模型对于不同SNR的DAS地震数据的适应性.模拟和实际实验均表明本文提出的这种正演模型驱动的卷积神经网络(forward-model-actuation convolutional neural network,FMA-CNN)能够有效地压制DAS随机噪声同时完整地恢复有效信号.