[发明专利]低畸变宽频扫描信号设计方法

说明书

本发明提供一种低畸变宽频扫描信号设计方法，包括：根据可控震源低频段机械限制，获得扫描信号低频段出力曲线；根据高频段大地截止频率响应，获得扫描信号高频段出力曲线；获得预设扫描信号出力曲线；根据勘探区域频率要求，对出力曲线进行能量补偿及时频域转换；获得能量均衡扫描信号的时频曲线及出力曲线；对时频曲线及出力曲线进行平滑及求导得到f'(t)及A’(t)；对f'(t)及A’(t)进行平滑，并积分得到新的时频曲线及出力曲线；求取扫描信号。该方法能够激发出低于5Hz、各频率能量一致、具有5‑6个倍频程的扫描信号，并且该扫描信号具有低畸变的特点，从而提高可控震源激发效果，改善地震资料品质。

技术领域

本发明涉及油田可控震源地震勘探领域，特别是涉及到一种低畸变宽频扫描信号设计方法。

背景技术

可控震源宽频激发一般指使用具有5-6个倍频程的扫描信号进行激发，由于地震波高频分量在传播过程中衰减快，扫描信号高频扩展受到一定限制，而低频成分较少衰减，只要能够克服可控震源自身机械性能的限制就能够激发出低频信号，因此对可控震源宽频勘探来说，提高扫描信号的低频成份更为现实，因此，目前宽频激发的地震资料一般具有丰富的低频信息。

而随着油气勘探中复杂地质问题所带来的挑战与地震数据处理方法的进步，使地球物理工作者再次想到了低频信号在解决这些复杂问题时的技术优势：①提高垂向分辨率；②改善地震采集数据的信噪比；③改善深部地质目标的成像质量；④实现全波场反演；⑤高速/高阻/高吸收特征地层下的成像研究；⑥近地表反演及复杂地区的速度建模；⑦非烃类盆地研究。

富含低频信息的地震记录一直是地震勘探中广泛存在的问题，西方地球物理公司(Schlumberger-Western-Geoco)在2006年推出了基于最大位移扫描(MD-Sweep)的信号设计技术，通过加强、改善可控震源低频扫描信号的能量，提高低频有效信号下传。Spectraseis公司的低频地震技术研究取得重大进展，2009年与雪佛龙、埃克森美孚等公司联合开展了低频合作项目；2009年，东方地球物理公司与壳牌合作开展的低频震源试验获得成功。他们采用等频扫描频率，逐渐增加震源出力进行激发，记录每次实测的低频段样点出力，确定震源低频段样点实际输出最大出力，根据拟合的重锤最大位移曲线和系统流量曲线的焦点，确定可控震源低频输出曲线，生成的信号实际测试，如果发生震源振动超出重锤位移或流量限制时，将超限频点的实测振幅值减少2-6％，然后重复以上步骤，直至振动结果不发生超出重锤位移限制或流量限制时得到最佳低频扫描信号。2015年，东方地球物理公司研究了一种获得宽频可控震源扫描信号的方法和装置，主要方法为获得通过预设扫描信号扫描得到的近道共偏移距道集；根据所述近道共偏移距道集进行统计子波计算，获得大地震动耦合响应谱；获得预设扫描信号谱；利用所述大地震动耦合响应谱对所述预设扫描信号谱进行能量补偿，并根据补偿后的频谱获得第一目标扫描信号。

可控震源的液压机械系统、电控系统、振动系统等，它们的物理特性是非线性的，因此可控震源产生的扫描信号必然存在畸变。可控震源扫描信号畸变主要发生在低频段与高频段。

在低频段，可控震源设计过程中存在机械结构(空间约束)问题；液压油排量(体积约束)问题以及控制约束问题。由于不允许在激发过程中超过震源自身限制，每种型号的可控震源在其技术指标中都明确规定了最大允许行程和有效行程，同时也给出了最低极限使用频率的技术指标，因此，只有符合可控震源机械指标才能降低信号畸变。

在高频段，主要是因为可控震源与大地耦合系统及大地的受力情况产生的畸变。由于大地截止频率响应的影响，当重锤加速度与平板加速度相位差达到90°后，可控震源对扫描信号控制能力降低，当到达一定程度后，扫描信号会发生畸变，因此当重锤加速度与平板加速度相位差达到90°，适当降低可控震源出动幅度能够降低扫描信号的畸变。

可控震源在扫描的过程，重锤、液压油流、频率、出力等突变均能引起系统激发出扫描信号的畸变，因此，通过降低这些因素的突变一定程度能够降低可控震源扫描信号的畸变，提高地震资料品质。