專利名稱：海洋組合可控震源短時分段掃描方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種海洋淺層人工地震勘探掃描方法，尤其是多個可控震源同時 工作的海洋地震勘探。
背景技術：
海洋電磁式可控震源是以克服氣槍震源和電火花震源的缺陷而發(fā)展起來的 一種新興震源，從1967年開始將地震勘探與聲納技術進行有機結合，對海洋可 控震源進行試驗，目前的電磁式海洋可控震源以2個激震器為1組，完成6 100Hz 頻程的掃描，其中1個工作在6~20Hz頻段，而另一個工作在20~100Hz頻段， 激震器在各自的工作頻率范圍內，保證最大激震力的輸出。但該類震源的局限性 體現(xiàn)在其定點工作方式上，讓地震數(shù)據(jù)采集工作載體停止后進行相應的記錄其難 度較大，該缺陷大大制約了同類海洋可控震源的推廣，難以適用于海洋淺層高分 辨率地震勘探的要求，因此如何選擇一種適合于海洋可控震源的工作方式是十分 有必要的，1979年沃納(Werner)和克瑞(Krey)提出聯(lián)合掃描方式"H. Werner and TH. Krey, Combisweep - A Contribution to Sweep Techniques, Geophysical Prospecting, " Vol. 27: 78-105，針對于一個可控震源，使用多個短線性掃描段 構成聯(lián)合掃描，段間可以隔以間隙(用于"聽")。在聯(lián)合掃描中，掃描段沒有極 性，如果給不同掃描段賦以極性，而后以一定的編碼順序排列在一起，碼和其補 碼之間隔以時間段(用于"聽")，就構成編碼掃描。編碼掃描最佳效果是在每個 l秒長的編碼序列內有8個碼元。常用的有二進制和四進制編碼掃描。目前海洋 電磁式可控震源使用的定點工作方式很難實現(xiàn)，而線性掃描、聯(lián)合掃描和編碼掃 描是針對于陸地電磁式可控震源提出的，對于海洋電磁式可控震源目前無法直接 使用，因此提出了一種針對于海洋電磁式可控震源的短時分段掃描方法。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種海洋組合可控震源短 時分段掃描方法。本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的海洋組合可控震源短時分段掃描方法包括下述順序和步驟a、 將三個或三個以上可控震源激振器經(jīng)密封后等距離分布在同一鋼架構成 的平面上，用螺栓固定，構成可控震源陣列，可控震源陣列通過電纜與震源控制器連接；b、 將可控震源激振器陣列放入海中，使可控震源激振器陣列與海水充分耦C、根據(jù)目標層計算源碼S(t)，經(jīng)過相關判斷，如不符合地震勘探的要求要重 新計算源碼S(t)，若符合地震勘探要求，將源碼送入可控震源控制器；d、 設計對應的掃描頻率段編碼，將擬定頻程的Chi卬(線性變頻掃描)信號 分為N段，每段信號時間跨度縮為1/N，選取任意一個可控震源激振器作為編碼 l對應的可控震源激振器，以此類推，N個可控震源激振器分別對應其中的一個 編碼碼源，然后由N個可控震源激震器同時完成掃描；e、 當可控震源激振器掃描參數(shù)設置完畢后，按照編碼碼源將掃描信號通過 功放送入可控震源激振器，同時通過觸發(fā)單元通知接收系統(tǒng)開始采集地震數(shù)據(jù)；f、 通過對N個可控震源激振器掃描信號的頻率段的控制，使得N個可控震 源激振器在短時間內同時完成不同的長頻率段掃描，向海底發(fā)送地震波，地震波 經(jīng)過海水傳遞達海底，在海底各層界面處發(fā)生反射，反射信號由加速度傳感器接 收，反射信號中包含了海下各層信息；g、 通過采集系統(tǒng)對接收的反射信號進行相關處理，得到海下層狀信息，用 常規(guī)地震處理軟件即可得地震剖面圖。本發(fā)明的目的還可以通過以下方式實現(xiàn)可控震源激振器等距離分布為面形等距離分布或線形等距離分布，面形等距 離分布為三角形平面、方型平面或任意形平面；N二可控震源陣列中可控震源激 振器的個數(shù)。有益效果解決了陸地可控震源地震勘探中常用的掃描方式無法應用在海洋 電磁式可控震源的問題，組合可控震源短時分段掃描方法通過對Chirp掃描信號 編碼將掃描信號分為對應N個激震器掃描信號，解決了海洋可控震源受到海洋 地震勘探載體影響，使地震勘探分辯率降低的問題，在接收系統(tǒng)中使用加速度傳 感器接收信號將處理結果的信噪比得到了提高，可控震源激震器的臺數(shù)可以不受 影響,根據(jù)不同的探測深度選擇不同的碼源值，掃描不同的Chirp信號頻率段,以 提高對應地層的地震勘探效果,同時由于在時間上的限制使得海洋勘查工作載體 行進過程對地震勘探的不利影響降至最低，解決了目前海洋可控震源只能采用定 點掃描和海洋地震勘探中地震勘探載體運動對地震勘探分辨率影響等問題。用海 洋組合可控震源短時分段掃描方法既能滿足Chirp信號頻程對地震子波分辨率的 約束條件，又能盡可能降低海洋勘查工作載體行進過程對地震勘探的不利影響， 使得在地震勘探過程中地震船在海洋中行駛對地震勘探的影響降至最低，使用組 合可控震源短時分段掃描方法，既滿足了地震勘探地震子波主瓣能量的要求，也 解決了海洋地震勘探載體運動對分辨率影響問題，使海洋淺層高分辨率地震勘探 得以實現(xiàn)。


-圖1海洋組合可控震源短時分段掃描方法流程2海洋組合可控震源短時分段掃描方法三段碼源信號分段掃描圖 圖3海洋組合可控震源短時分段掃描方法兩段信號頻率圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例作進一步詳細說明 海洋組合可控震源短時分段掃描方法包括下述順序和步驟a、 將三個或三個以上可控震源激振器經(jīng)密封后等距離分布在同一鋼架構成 的平面上，用螺栓固定，構成可控震源陣列，可控震源陣列通過電纜與震源控制 器連接；b、 將可控震源激振器陣列放入海中，使可控震源激振器陣列與海水充分耦合.c、 根據(jù)目標層計算源碼S(t)，經(jīng)過相關判斷，如不符合地震勘探的要求要重 新計算源碼S(t)，若符合地震勘探要求，將源碼送入可控震源控制器；d、 設計對應的掃描頻率段編碼，將擬定頻程的Chirp (線性變頻掃描)信號 分為N段，每段信號時間跨度縮為1/N，選取任意一個可控震源激振器作為編碼 l對應的可控震源激振器，以此類推，N個可控震源激振器分別對應其中的一個 編碼碼源，然后由N個可控震源激震器同時完成掃描；e、 當可控震源激振器掃描參數(shù)設置完畢后，按照編碼碼源將掃描信號通過 功放送入可控震源激振器，同時通過觸發(fā)單元通知接收系統(tǒng)開始采集地震數(shù)據(jù)；f、 通過對N個可控震源激振器掃描信號的頻率段的控制，使得N個可控震 源激振器在短時間內同時完成不同的長頻率段掃描，向海底發(fā)送地震波，地震波 經(jīng)過海水傳遞達海底，在海底各層界面處發(fā)生反射，反射信號由加速度傳感器接 收，反射信號中包含了海下各層信息；g、 通過釆集系統(tǒng)對接收的反射信號進行相關處理，得到海下層狀信息，用 常規(guī)地震處理軟件即可得地震剖面圖?？煽卣鹪醇ふ衿鞯染嚯x分布為面形等距離分布或線形等距離分布，面形等距 離分布為三角形平面、方型平面或任意形平面；N:可控震源陣列中可控震源激 振器的個數(shù)。根據(jù)海洋地震勘探的深度確定掃描信號的整體頻程，將擬定頻程的Chirp(線 性變頻掃描)信號分為N段，每段信號時間跨度縮為1/N，當N:3時，海洋電 磁驅動可控震源機械震動裝置的能量激勵單元由三個電磁激振器組成，每個電磁 激振器產(chǎn)生一個Chirp (線性變頻掃描)掃描信號，每個Chirp (線性變頻掃描) 掃描信號的掃描頻率段不同，這樣可以在短時間內輸出足夠頻程跨度的掃描信 號，達到提高地震子波主瓣的目的。由附圖1中所示,三個激振器分別掃描P(t) 中的一段信號，P(t)是一段長的Chirp掃描信號，S(t)是一個分段函數(shù)，S(t)有三個碼源，由S(t)與P(t)相乘得到了三個激震器對應的掃描頻率段。采用該掃描方 式，既能滿足Chirp信號頻程對地震子波分辨率的約束條件，又能盡可能降低海 洋勘查工作載體行進過程對地震勘探的不利影響。當可控震源掃描參數(shù)設置完畢 后啟動可控震源,同時通過觸發(fā)單元通知接收系統(tǒng)開始采集地震數(shù)據(jù),通過對可控 震源控制信號的頻率掃描段的控制,使得三個可控震源在短時間內同時完成不同 的長頻率段掃描,使得在地震勘探過程中將海洋勘査工作載體在海洋中行駛對地 震勘探的影響降至最低,在經(jīng)過海水能量傳遞后傳遞到達海底后，地震波在海底 界面處發(fā)生反射，反射信號通過加速度傳感器接收，得到的反射信號中包含了海 底地層信息，通過采集系統(tǒng)的時時相關，得到海底地下層狀信息。碼源的計算方法存么日會雷、)賠丁沐時；(忽図1由的P"、J^Q"、站恭; 旦ai了一水4f的/*縣.i (0二尸(,)X柳 (1)S(t)具有三個碼源，每個碼源對應一個激振器的振動頻率段，這樣R(t)對應表示為7 々)，^(0，A(0三個頻率段，使用加速度傳感器得到最終的信號為雄)=，+ / 2(,) + ， (2)由式(2)得到三個可控震源掃描頻率段疊加后自相關的結果=& W + i ,2 W + i ,3 (,) + i ,u2 (,) + i .、.,,3 (0 + 43 (0 + A,3,2 (0 + ^3il (,) + i ,2jl (,) (3)圖1中的掃描過程，必定出現(xiàn)如圖2所示的兩個頻率段信號(/。,/6, y;,力分別 是兩個頻率段的起始和終止頻率)進行互相關的運算結果Iv2 (" = T COS 2冗"+十)7--——2 7 《Z^A)j +眷—垛、—力-"+力)f+柳當時，c = 2A/ (a) 當/c〉A時， c = 2A/ + fl (b) 當,<厶時， c = 2A/ — a (c)(4)從式(4)可知，互相關產(chǎn)生的sine函數(shù)中心點會隨信號掃描起止頻率的變 化關系而產(chǎn)生時移，而開展三個激振器構成的可控震源地震勘探的地震子波是由自相關函數(shù)！^^cos2;r(/。 + ，)r的主瓣形成的，因此當c滿足(b)式 27tA/ t 2r時，產(chǎn)生的sine函數(shù)中心點已經(jīng)超出了^^1的邊界長度，互相關產(chǎn)生的主瓣不會出現(xiàn)在地震單炮記錄中，即不會對主瓣產(chǎn)生干擾，而其他兩種情況均會在 相關過程中對地震相關子波的主瓣產(chǎn)生一定的干擾，式(2)中的A(t)在相關過程中 會產(chǎn)生多個互相關因子，在情況嚴重時甚至會產(chǎn)生"假層"，即在設計掃描過程 中必須予以避免。^1,2(,)^,1,3(0^,2,3(,)，《,,2"),4々),&2,1(0是產(chǎn)生相關噪聲的根源，在設計信號中將其對主瓣影響降至最低，從而得到高質量的地震勘探剖面圖.實際工作中如圖l流程圖所示，在進行海洋淺層地震勘探實際工作時，先將 三個可控震源激振器經(jīng)密封后等距離布置在同一鋼架構成的三角形平面上，用螺 栓固定，構成可控震源陣列，通過電纜與震源控制器并聯(lián)連接；可控震源激振器 陣列用浮球懸掛或用浮船托浮放入海中，使可控震源激振器陣列與海水充分耦 合；根據(jù)目標層計算源碼S(t)，經(jīng)過相關判斷，如不符合地震勘探的要求要重新 計算源碼S(t)，若符合地震勘探要求，將源碼送入可控震源控制器；設計對應 的掃描頻率段編碼，將擬定頻程的線性變頻掃描(Chirp)信號分為N段，每段 信號時間跨度縮為1/N，選取任意一個可控震源激振器作為編碼1對應的可控震 源激振器，以此類推，N個可控震源激振器分別對應其中的一個編碼碼源，然后 由N個可控震源激震器同時完成掃描；由于測區(qū)的波速資料不準確或存在誤差， 計算的源碼S(t)經(jīng)過相關后判斷結果有可能不符合地震勘探的要求，因此需要重 新計算源碼S(t)，判斷相關結果符合掃描頻段地震勘探的要求，將得到的源碼送 入到可控震源控制器，可控震源控制器根據(jù)碼源得到各個激振器的掃描信號，然 后將產(chǎn)生的掃描信號送入到功率放大器中，同時通過觸發(fā)單元將觸發(fā)信號送入到 接收儀器，使得接收儀器開始采集，功率放大器將掃描信號進行功率放大之后將 信號送入到激振器中，通過機械振動將地震波信號傳送到海底，經(jīng)過海底界面的 反射，接收儀器得到包含有地下信息的反射信號，接收儀器將采集數(shù)據(jù)通過常規(guī) 軟件相關處理得單炮記錄；然后返回到計算源碼S(t)，進行下一次采集，如此重 復直至整條剖面測完，使用常規(guī)地震處理軟件即可得地震剖面。如果不進行繼續(xù) 采集就結束工作，關閉系統(tǒng)。
權利要求
1、一種海洋組合可控震源短時分段掃描方法，其特征在于，包括下述順序和步驟a、將三個或三個以上可控震源激振器經(jīng)密封后等距離分布在同一鋼架構成的平面上，用螺栓固定，構成可控震源陣列，可控震源陣列通過電纜與震源控制器連接；b、將可控震源激振器陣列放入海中，使可控震源激振器陣列與海水充分耦合；c、根據(jù)目標層計算源碼S(t)，經(jīng)過相關判斷，如不符合地震勘探的要求要重新計算源碼S(t)，若符合地震勘探要求，將源碼送入可控震源控制器；d、設計對應的掃描頻率段編碼，將擬定頻程的Chirp(線性變頻掃描)信號分為N段，每段信號時間跨度縮為1/N，選取任意一個可控震源激振器作為編碼1對應的可控震源激振器，以此類推，N個可控震源激振器分別對應其中的一個編碼碼源，然后由N個可控震源激震器同時完成掃描；e、當可控震源激振器掃描參數(shù)設置完畢后，按照編碼碼源將掃描信號通過功放送入可控震源激振器，同時通過觸發(fā)單元通知接收系統(tǒng)開始采集地震數(shù)據(jù)；f、通過對N個可控震源激振器掃描信號的頻率段的控制，使得N個可控震源激振器在短時間內同時完成不同的長頻率段掃描，向海底發(fā)送地震波，地震波經(jīng)過海水傳遞達海底，在海底各層界面處發(fā)生反射，反射信號由加速度傳感器接收，反射信號中包含了海下各層信息；g、通過采集系統(tǒng)對接收的反射信號進行相關處理，得到海下層狀信息，用常規(guī)地震處理軟件即可得地震剖面圖。
2、 按照權利要求1所述的海洋組合可控震源短時分段掃描方法,其特征在于， 步驟a中所述的可控震源激振器等距離分布為面形等距離分布或線形等距離分 布，面形等距離分布為三角形平面、方型平面或任意形平面。
3、 按照權利要求1所述的海洋組合可控震源短時分段掃描方法，其特征在于， 步驟c中的N^可控震源陣列中可控震源激振器的個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋組合可控震源短時分段掃描方法，將密封后的可控震源陣列放入海中，使可控震源激振器與海水充分耦合；根據(jù)目標層計算源碼S(t)，將擬定頻程的Chirp信號分為N段，通過對N個可控震源掃描信號的頻率段的控制，使得N個可控震源在短時間內同時完成不同的長頻率段掃描，采集系統(tǒng)對接收到的反射信號進行相關處理，用常規(guī)地震處理軟件即可得地震剖面圖。解決了海洋地震勘探受地震勘探載體影響分辯率低的問題，提高了信噪比，地震勘探載體在行駛中對地震勘探的影響降至最低，實現(xiàn)了海洋淺層高分辨率地震勘探，解決了目前海洋可控震源只能采用定點掃描和海洋地震勘探中地震勘探載體運動對地震勘探分辨率影響等問題。
文檔編號G01V1/38GK101251602SQ20081005060
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權日2008年4月15日
發(fā)明者鋒 孫, 張林行, 君 林, 陳祖斌 申請人:吉林大學