[发明专利]一种基于可控震源震动感应的地表物性区分方法

说明书

本发明提供一种基于可控震源震动感应的地表物性区分方法。包括：采集工区各典型地表震动点的感应刚度和感应粘度；将所述不同震动点的感应刚度和感应粘度绘制到同一个平面坐标系中，得到物性区分图；根据所述物性区分图将工区划分为不同物性地表类型或将同一种物性地表类型进一步划分为不同物性区域。本发明根据某一地表的物性在物性图上所处的位置特征，确定其所属物性种类，以此定量划分地表地震条件类型。相比传统的人为查看地表岩性定性区分地表的方法，本发明的方法在理论机制上和可控震源震动系统、震动效果直接相关，科学合理，明确可靠，对于可控震源的生产方法设计优化和实际生产效果提高具有重大指导意义。

技术领域

本发明涉及一种基于可控震源震动感应的地表物性区分方法，属于可控震源地震勘探采集技术领域。

背景技术

可控震源作为地震勘探激发震源，按照技术人员设计的扫描信号驱动近地表发生弹性震动，地震波在地下传播回来后形成单炮记录。与炸药震源相比，可控震源具有以下优点：激发能量可以控制，针对不同的地区扫描信号可以选择等。

可控震源震动系统主要包括编码器、控制箱体、平板和重锤一体的震动系统。可控震源震动系统模型示意图如图1所示。以Nomad(一生产厂家产品)系列可控震源为例，GF为重锤和平板作用于地表的输出力，f为地表响应的反作用力，Ks、Kv分别为该震动系统的弹性系数和阻尼系数。

激发信号由设计人员根据地质信息和需要进行设计，通过编码器和控制箱体产生扫描信号，震动系统按扫描信号驱动重锤和平板作用于地表产生弹性震动，并实时将出力、加速度、畸变等信息反馈回控制箱体，地面在平板驱动下产生地震波。

可控震源驱动近地表震动的基本原理可由上述的公式(1)和(2)表示，公式(1)表示可控震源振动系统的输入力函数u(t)和输出位移函数x(t)的关系，具体可由公式(2)二阶传递函数表示，ω_n为自然角频率，ζ为阻尼系数，k为静态增益。

公式(3)和公式(4)为Nomand可控震源的感应刚度G_s和感应粘度G_v的算法，(该公式及算法由Nomand震源生产厂家提供)。

其中M_p为平板质量，S_base为平板面积，GS和GV为控制箱体检测到的重锤和平板在时间和频率的限定条件下的弹性系数和阻尼系数的归一化值，具体可由二阶传递函数公式(2)计算得出。

综上所述，可控震源平板驱动近地表同步震动时，利用震动系统上重力传感器检测出的位移加速度信息、根据符合震源-近地表弹性震动物理模型原理的传递函数(公式2)，通过震源规格化转换后，计算出反映近地表弹性系数的刚度信息、以及反映近地表阻尼系数的粘度信息。

这里所说的刚度和粘度，体现了在可控震源工作条件下近地表物体刚度、粘度特性，但又不同于材料力学所说的刚度和粘度，而是通过震源系统检测、计算得到的，所以称之为感应刚度、感应粘度；简称为刚度和粘度。

感应刚度和感应粘度在可控震源震动过程中，由震动传感器检测、控制系统根据震动模型原理计算并反馈到控制箱体中，由可控震源质量控制系统输出。

近地表：是指受可控震源震动行为直接影响的近地表有限范围内的物体。该物体的物理性质同时对可控震源震动效果产生反作用影响。近地表物性：是指该点近地表物体的物理性质，这里特指该点近地表物体的感应刚度和感应粘度二元因素。