[发明专利]基于自相关子波的可控震源扫描信号的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田可控震源地震勘探领域，具体的是指一种非线性可控震源扫描信号设计方法。

背景技术

可控震源是在比较长的时间内分散地把能量传入地下，再用相关技术将分散的长扫描信号能量集中起来并压缩成为宽度很窄的短脉冲，它是大地反射和传播特征修整后的扫描信号的自相关函数(子波)的集合，其自相关子波的优劣就直接影响可控震源采集资料品质。对于一个扫描信号而言，其自相关函数即相关子波的中心波峰两侧必定会有许多波瓣。如果这些波瓣衰减很慢，那么经过相关后的地震记录中浅层反射信号的相关子波的这类波瓣将对深层反射信号产生干扰，就是说相关子波中心波峰两侧波瓣起噪声作用。这种噪声不是由于物理因素(如电网、风、车辆和人员行走产生的震动和声音等)造成的，而是由于相关运算本身产生的附属品，所以称它为相关噪声。旁瓣的存在，特别是第一旁瓣的存在是我们所不希望的，它会直接影响到相邻地层的分辨与检测。

扫描信号设计方法很多，最常用的有线性、非线性扫描，其中线性信号应用最为广泛，实现容易，各个频率分布均匀扫描能量平均分配、单位频率所占有的能量相同、对扫描信号频率范围内的信号成分没有频率滤波作用；而非线性扫描信号主要是由于地层对地震波的吸收衰减不是线性的而提出来的，主要应用有两种，指数函数扫描和对数函数扫描，可以用来补充低频或是高频成分，但目前使用的线性与非线性自相关子波旁瓣较大，产生较强的相关噪音，影响采集质量。

为了减少相关旁瓣，人们研究了模拟变频扫描、组合扫描或是伪随机扫描等扫描方法，但并未广泛应用。张宏乐分析信号及信号相关子波的特性，得出“旋转相位,对数分段”扫描信号符合这一要求。通过分析、论证得出“旋转相位,对数分段”扫描信号确实是一种能改善相关子波特征的扫描信号，处于理论分析阶段(张宏乐编译.一种改善相关子波特征的扫描信号—“旋转相位,对数分段”扫描信号.物探装备，1999.08(3)：17～20)。为了进一步验证“旋转相位,对数分段”扫描信号的优点张宏乐，王梅生对对数分段扫描信号和普通线性扫描信号进行了地震勘探采集数据对比试验。试验结果表明地震记录信噪比得到了明显改善(张宏乐，王梅生.一种改善相关子波特性的扫描信号.物探装备，2006.8(S1)：33～41)。为了设计“旋转相位、对数分段”扫描信号，东方物探曹务祥等人提出了一种整形算法，它的原理以雷克子波波形特征来设计扫描信号，信号在设计过程中通过不断相位的变化，求出信号的频谱与Ricker子波频谱进行多次迭代拟合实现(曹务祥，李宪庆，郭洪启.可控震源扫描信号的整形设计方法.石油物探，2009.11(6)：611～614)。然而该方法采用扫描信号频谱与Ricker子波频谱一致，其高频段能量较低，激发单炮频带较窄，不利于高分辨率地震勘探。为此我们发明了一种新的基于自相关子波的可控震源扫描信号的设计方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种扫描信号具有较好的相关子波形态，可大大提高可控震源地震资料品质的基于自相关子波的可控震源扫描信号的设计方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于自相关子波的可控震源扫描信号的设计方法，该基于自相关子波的可控震源扫描信号的设计方法包括：步骤1，根据勘探区域频率要求，优选出子波形态好、频带较宽的子波，并设计扫描信号的起止频率、扫描长度及起止斜坡长度；步骤2，求取子波频谱；步骤3，按照各个频率的扫描时间应与该频率成分要求的振幅呈正比的关系进行分配，求出每个采样频率所对应的时间函数t(f)；步骤4，将时间函数t(f)进行反变换求取时频函数f(t)；以及步骤5，通过对时频函数f(t)进行积分求取瞬时相位，进而求取正弦可控震源扫描信号。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤2中，根据给定子波σ通过付里叶变换，求出扫描信号的子波频谱A(f)：

在步骤3中，根据步骤2中的子波频谱曲线，对各个频率的扫描时间按照其与该频率成分要求的振幅呈正比的关系进行分配：

dt(f)＝kA(f)df (2)

求各个频率成分在扫描信号中的出现时间，求出时间函数t(f)：

式中：

T----可控震源扫描信号长度；

k----计算使用比例常数；

f1----可控震源扫描信号的起始频率；

f2----可控震源扫描信号起终止频率；

A(f)----子波频谱；

f----可控震源扫描信号瞬时频率；