專利名稱：脈沖編碼可控震源的多維匹配沖擊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種地球物理勘探方法，尤其是適用于以脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊作為震源進行激發(fā)的高分辨率地震勘探。
背景技術：
震源是地震勘探中信號的源頭，其信號質量對于地震記錄的分辨率和信噪比具有決定性作用。炸藥震源是一種陸地地震勘探中的有效震源形式，然而其對于環(huán)境的破壞和污染等弊端已無法適應城市及工程等領域中對于非破壞性地震勘探的要求。可控震源作為一種非破壞性震源形式在陸地地震勘探中得到了廣泛的應用，其中具有代表性的是基于 Vibroseis技術的連續(xù)振動方式可控震源。Vibroseis可控震源以Chirp信號作為震源掃描信號以線性掃頻的形式向地下引入連續(xù)的地震波，其原始地震記錄經相關解碼等運算后可壓縮為單脈沖形式的地震剖面。然而由于Chirp信號的自相關函數(shù)旁瓣能量較強，使得 Vibroseis可控震源Chirp掃描的地震剖面中存在明顯的旁瓣效應，降低了地震信號的分辨率。為了壓制可控震源Chirp線性掃描地震剖面中的旁瓣效應，數(shù)字通信領域中的偽隨機編碼方案被應用到連續(xù)振動方式可控震源的信號設計中。其中二元m-序列偽隨機掃描方法可以有效壓制Chirp掃描所產生的旁瓣效應，然而由于相關運算的作用而使地震剖面中出現(xiàn)了能量較強的相關噪聲，降低了地震信號的信噪比。基于連續(xù)振動方式可控震源的匹配掃描方法依次激發(fā)兩個相互匹配的偽隨機掃描信號，通過將采集到的兩個匹配的原始地震記錄進行解碼和疊加運算，能夠有效壓制地震響應剖面中的旁瓣效應和相關噪聲干擾，同時提高了地震信號的分辨率和信噪比，是一種有效的連續(xù)振動方式可控震源編碼方式。Vibrosei s可控震源除了旁瓣效應及相關噪聲等干擾之外，由于可控震源基板與地面耦合的頻率響應的非線性以及耦合條件的差異等因素，容易使震源信號產生畸變，在解碼地震剖面中出現(xiàn)的諧波干擾以常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法難以消除?；诰幋a沖擊方式的脈沖編碼可控震源不同于連續(xù)振動方式的Vibroseis可控震源，其結合了 Vibroseis技術線性掃頻的思想和Mini-SOSIE技術隨機沖擊的思想，按照一定的時間間隔規(guī)律向地下激發(fā)掃描沖擊序列，各次沖擊之間的時間間隔按線性規(guī)律變化。掃描沖擊方式的脈沖編碼可控震源不受連續(xù)振動方式Vibroseis可控震源耦合條件的限制和影響，所產生的沖擊序列信號具有良好的穩(wěn)定性和一致性，近年來在淺層高分辨率地震勘探等領域中得到了廣泛的應用和不斷的完善。目前適用于脈沖編碼可控震源的編碼方案為線性掃描沖擊編碼方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提共一種適用于沖擊式脈沖編碼可控震源的多維匹配沖擊方法。該方法通過依次激發(fā)4個相關聯(lián)的多維匹配沖擊信號，并對采集得到的4個相互關聯(lián)的你原始地震記錄進行解碼疊加等運算來進一步提高地震信號的信噪比，壓制解碼地震剖面中出現(xiàn)的相關噪聲和隨機噪聲等干擾信號。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的①首先確定用于產生多維匹配沖擊信號的匹配偽隨機序列偶( }和{bk}的長度 N0②依次構造由“1”、“_1”所構成且長度為N的兩個相關聯(lián)的匹配偽隨機序列偶 (ak)和 Ibk)。③以正弦載波信號對兩個匹配偽隨機序列偶( }和{bk}進行調制產生連續(xù)振動方式可控震源的匹配掃描信號Pa(t)和Pb (t)。④將pa(t)和pb(t)中以0相位起始的各正弦波保留，以P相位起始的各正弦波置零得到兩個子信號Pal⑴和Pbl(t)；將pa(t)和pb(t)中以0相位起始的各正弦波置零，以 P相位起始的各正弦波保留并做反相處理得到兩個子信號Pa2 (t)和Pb2 (t)。⑤將4個子信號Pal (t)、Pbl (t)、Pa2 (t)、Pb2⑴各正弦波周期中的單個正弦波對應一個元素“ 1 ”，零信號對應一個元素“0”，得到4個由“0”、“ 1，，構成的多維匹配偽隨機子序列{akl}、{bkl}、{ak2}、{bk2}。⑥以地震子波信號對多維匹配偽隨機子序列{akl}、{bkl}、{ak2}、{bk2}進行調制得到可由脈沖編碼可控震源激發(fā)的4個多維匹配沖擊信號qal (t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)。⑦以多維匹配沖擊信號qal (t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)分別作為脈沖編碼可控震源的激發(fā)信號進行同等條件下4次激發(fā)，采集得到4個匹配的原始地震記錄Ral (xi; t)、Rbl (xi; t)、Ra2(xi; t)、Rb2(Xi，t)，(其中 i = 1,2,3, . . .，M，M 為地震道數(shù))。⑧將(Ral(Xi，t)-Ra2 (xi; t))和(Rbl (Xi，t)-Rb2 (xi; t))分別進行解碼運算得到兩個匹配的解碼地震剖面ca(Xi，t)和Cb(Xi，t)。⑨最后對兩個匹配的解碼地震剖面Ca(Xi，t)和Cb (Xi，t)進行疊加運算得到脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊的綜合解碼地震剖面C (Xi，t)。有益效果本發(fā)明為了能夠對比脈沖編碼可控震源的多維匹配沖擊方法相對于常規(guī)線性掃描沖擊方法所具有的優(yōu)勢，在相同的地震波采集系統(tǒng)及采集條件下先后進行了大錘震源激發(fā)和脈沖編碼可控震源的線性掃描沖擊以及多維匹配沖擊。在圖6(a)所示的大錘震源激發(fā)的地震剖面中，遠偏移距地震道中存在嚴重的隨機噪聲干擾，淹沒了有效的地震信號，信噪比較低；在圖6(b)所示的脈沖編碼可控震源線性掃描沖擊的解碼地震剖面中，遠偏移距地震道中的隨機噪聲干擾相比大錘震源激發(fā)情形得到了明顯的衰減，然而其剖面下部存在線狀相關噪聲干擾；在圖6(c)所示的脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊的綜合解碼地震剖面中，同樣能夠有效壓制遠偏移距地震道中的隨機噪聲干擾，同時相比線性掃描沖擊情形，相關噪聲的能量要微弱得多，使得地震剖面的信噪比得到了進一步的提高。 本發(fā)明的多維匹配沖擊方法是一種有效的脈沖編碼可控震源編碼方案，對于現(xiàn)有的線性掃描沖擊可控震源，僅需更改震源控制器中的編碼信號，即可實現(xiàn)脈沖編碼可控震源的多維匹配沖擊過程。


圖1 脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊信號流程圖。
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圖2 連續(xù)振動方式可控震源匹配掃描信號Pa(t)和Pb (t)信號波形圖。圖3 匹配掃描子信號pal (t)、pbl (t)、pa2 (t)、pb2 (t)信號波形圖。圖4 多維匹配沖擊信號qal (t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)信號波形圖。圖5 多維匹配沖擊原始地震記錄(截取k 15s部分)。圖6 (a)大錘震源激發(fā)的原始地震剖面；(b)脈沖編碼可控震源線性掃描沖擊的解碼地震剖面；(c)脈沖編碼可控震多維匹配沖擊的綜合解碼地震剖面C(Xi，t)。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例作進一步的詳細說明按照圖1中的多維匹配沖擊信號流程圖對脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊的完整過程做進一步詳細說明。①首先確定匹配偽隨機序列偶{ak}和{bk}的長度。為敘述方便，取N= 10。②依次構造由“1”、“_1”構成且長度N= 10的兩個相關聯(lián)的匹配偽隨機序列偶
IaJ 和{bk}為{aj = {1，-1，-1，1，_1，1，_1，_1，_1，1}，{bk} = {1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1}。③以頻率f = 50Hz的正弦載波信號對兩個匹配偽隨機序列偶{ak}和{bk}進行調制產生連續(xù)振動方式可控震源的匹配掃描信號pa(t)和Pb(t)，其信號波形圖如圖2所示。④將信號pa(t)和Pb(t)中以0相位起始的各正弦波保留，以ρ相位起始的各正弦波置零得到兩個子信號Pal(t)和Pbl(t)；將pa(t)和Pb(t)中以0相位起始的各正弦波置零，以P相位起始的各正弦波保留并做反相處理得到兩個子信號Pa2⑴和Pb2⑴，4個子信號Pal⑴、Pbl⑴、Pa2⑴、Pb2 (t)的波形圖如圖3所示。⑤將4個子信號pal (t)、pbl (t)、pa2 (t)、pb2⑴中各正弦波周期中單個正弦波對應一個元素“ 1 ”，零信號對應一個元素“0”，得到4個由“0”、“ 1，，構成的多維匹配偽隨機子序列{akl}、{bkl}、{ak2}、{bk2}為{akl} = {1，0，0，1，0，1，0，0，0，1}，{bkl} = {1，0，0，0，0，0，0，1，1，0}，{ak2} = {0，1，1，0，1，0，1，1，1，0}，{bk2} = {0,1,1,1,1,1,1,0,0,1} ο⑥以主頻為90Hz的Ricker子波作為地震子波信號對多維匹配偽隨機子序列 {akl}、{bkl}、{ak2}、{bk2}進行調制得到可由脈沖編碼可控震源進行激發(fā)的4個多維匹配沖擊信號qal (t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)，信號波形圖如圖4所示。⑦以多維匹配沖擊信號qal (t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)分別作為脈沖編碼可控震源的激發(fā)信號進行同等條件下4次激發(fā)采集得到4個匹配的原始地震記錄Ral (xi; t)、Rbl (xi; t)、Ra2 (x, t)、Rb2 (xi; t)，(其中 l#i 28，i 代表各地震道)。圖 5 顯示了 Ral (Xi, t)、Rbl (Xi, t)、Ra2 (xi t)、Rb2 (xi t)的k 1 之間的原始地震記錄。⑧將(Ral(Xi，t)-Ra2 (xi; t))和(Rbl (Xi，t)-Rb2 (xi; t))分別進行解碼運算得到兩個匹配的解碼地震剖面ca(Xi，t)和Cb(Xi，t)。
⑨最后對兩個匹配的解碼地震剖面Ca(Xi，t)和Cb (Xi，t)進行疊加運算得到脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊的綜合解碼地震剖面C(Xi，t)，其地震剖面如圖6(c)所示。
權利要求
1. 一種脈沖編碼可控震源的多維匹配沖擊方法，其特征在于通過使脈沖編碼可控震源在相同采集條件下依次激發(fā)4個相互關聯(lián)的匹配沖擊信號來完成多維匹配沖擊過程，多維匹配沖擊方法完整的信號流程是通過以下9個步驟來順序實現(xiàn)a、首先確定用于產生多維匹配沖擊信號的匹配偽隨機序列偶{ak}和{bk}的長度N;b、依次構造由“1”、“_1”所構成且長度為N的兩個相關聯(lián)的匹配偽隨機序列偶{ak}和 IbJ ；C、以正弦載波信號對兩個匹配偽隨機序列偶{ak}和{bk}進行調制產生連續(xù)振動方式可控震源的匹配掃描信號Pa(t)和Pb(t)；djfpa(t)和Pb(t)中以0相位起始的各正弦波保留，以ρ相位起始的各正弦波置零得到兩個子信號Pal⑴和Pbl(t)；將pa(t)和Pb(t)中以0相位起始的各正弦波置零，以ρ相位起始的各正弦波保留并做反相處理得到兩個子信號Pa2 (t)和Pb2(t)；e、將4個子信號Pal(t)、pbl (t)、pa2 (t)、pb2 (t)各正弦波周期中的單個正弦波對應一個元素“ 1 ”，零信號對應一個元素“0”，得到4個由“0”、“ 1，，構成的多維匹配偽隨機子序列 {akl}、{bkl}、{ak2}、{bk2}；f、以地震子波信號對多維匹配偽隨機子序列{akl}、{bkl}、{ak2}、{bk2}進行調制得到由脈沖編碼可控震源激發(fā)的4個多維匹配沖擊信號qal (t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)；g、以多維匹配沖擊信號qal(t)、qbl (t)、qa2 (t)、qb2 (t)分別作為脈沖編碼可控震源的激發(fā)信號進行同等條件下4次激發(fā)，采集得到4個匹配的原始地震記錄Ral (xi; t)、Rbl (xi; t)、 Ra2 (χ" t)、Rb2 (xi; t)，(其中 i = 1，2，3，· · ·，M，M 為地震道數(shù))h、將(Ral(Xi，t)-Ra2(Xi，t))和(Rbl(Xi，t)-Rb2(Xi，t))分別進行解碼運算得到兩個匹配的解碼地震剖面Ca(Xi，t)和Cb(Xi，t)；i、最后對兩個匹配的解碼地震剖面Ca(Xi，t)和CbUi,t)進行疊加運算得到脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊的綜合解碼地震剖面C (Xi，t)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖編碼可控震源的多維匹配沖擊方法。依據(jù)多維匹配沖擊的信號流程首先產生4個相互關聯(lián)的匹配沖擊信號，分別作為脈沖編碼可控震源的激發(fā)信號于同等采集條件下依次激發(fā)得到4個匹配的原始地震記錄，而后依據(jù)多維匹配沖擊的信號流程對4個匹配的原始地震記錄進行解碼疊加運算得到脈沖編碼可控震源多維匹配沖擊的綜合解碼地震剖面。本發(fā)明與脈沖編碼可控震源的常規(guī)線性掃描沖擊方法相比，能夠進一步提高地震信號的信噪比，壓制地震剖面中的相關噪聲和隨機噪聲干擾，是一種有效的脈沖編碼可控震源編碼方案。
文檔編號G01V1/02GK102426386SQ20111032989
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權日2011年10月27日
發(fā)明者劉瑞, 林君, 王忠仁, 陳衛(wèi), 高健 申請人:吉林大學