可控震源采集技术-第一部分

常规观测系统
高密度观测系统
18 18
前言
加密空间采样，改善叠前成像精度
高常密规度三三维维
高密度空间采样，信噪比和分辨率得到提高，小断层陡倾角成像准确 19 19
前言
- 加密激发点和检波点空间采样，提高对地质体目标的采样密度 - 减小面元，提高覆盖次数, 提高对地质目标的均匀采样，改善信噪比 - 优化炮检距分布，提高纵横向的成像精度 - 采用十字排列、对称采样，满足叠前噪音压制条件，改善成像效果

rfg (x) f g xd f (x) g(x)
• 与卷积的差别在于相关运算中后一个函数取复共轭，且不 需要折叠，不满足交换律。互相关运算是两个函数间相似 性的度量。
• 函数本身的自相关定义为

rff (x) f f xd f (x) f (x)
37 37
2.可控震源信号分析基础
可控震源就是利用长扫描信号产生带限的脉冲能量的系统
38 38
1、互相关函数
2.可控震源信号分析基础 相关函数的定义

连续信号： Rxy xt yt dt
τ为x(t)和y(t)之间的延迟
离散信号： Φab（τ）＝Σa（t）b（t+τ）
• 自相关有一个重要性质：它的模在原点处最大，即
rff x rff 0
• 这个性质常常用来作为图象（信号）识别的判据
32 32
可控震源信号分析基础
褶积模型的定义
Y (t) X (t) H (t)
33 33
2.可控震源信号分析基础
理想脉冲及其频谱
实际炸药激发的有限带宽脉冲及其频谱
15 15
前言
加密空间采样，改善叠前成像精度
高密度观测系统偏面元内移距分布均匀，覆盖次数高
常规观测系统
高密度观测系统 16 16
前言
高密度观测系统近偏移距（0-500）分布均匀
常规观测系统
高密度观测系统
17 17
前言
加密空间采样，改善叠前成像精度
高密度观测系统远偏移距（3000-3400）分布均匀
（3）一般情况下，Φab（τ）不是τ的偶函数。
39 39
2.可控震源信号分析基础
2、自相关函数
相关函数的定义
Φaa（τ）＝Σa（t）a（t+τ）
（1）在自变量τ＝0时，自相关函数有正的最大值。
（2）自相关函数Φaa （τ） 是一个关于中心轴对称的波形。
（3）自相关函数Φaa（τ）的波形与信号 a（t）本身波形无关， 而只与信号中所包含的频率成份有关，也就是说频率分量相同而波 形不同（即振幅谱相同，而相位谱不同）的两种信号可以有完全相 同的自相关函数。
X(t)=x1(t)+x2(t )
一个复杂信号可分解为多个简谐信号的叠加：
x(t) A0 An sin(2nf0t n )
n
各简谐信号的振幅构成信号的振幅谱A(f)，各简谐信号的初始相位构 成信号的相位谱Φ(f)，振幅谱和相位谱合称频谱。频谱可用复数表示：
X ( f ) A( f )ei ( f )
检波点:
- 7,600 单点单道接收,
- 4 m 纵距, 200 m 横距
- 8 线 , 1250 RP/Km²
1,400 m
200 m
8m
8m 8 lines x 950 = 7,600 channels
200 m 950 channels = 3,800 m
22 22
国外高密度地震的发展
道密度：
常规炸药激发，成本高，环境破坏大
77
前言
常规采集方法 - 单位面积炮点密度小，加上道密度不高，使得地震
资料信噪比和分辨率不够高
观测系统：
类型：8线120道12炮
排列方式：2975-25-
50-25-2975
面元：25x50
覆盖次数：40（10x4)
接收道数：960
接收线距：300米
激发线距：300米
为了说明频谱的意义，先从最简单的信号说起。在物理学中，最简单的波是
描述简谐振动的简谐波，它可用正弦函数表示： Asin(2πft+φ) 。
A：振幅，f: 频率， φ：初始相位（简称相位）
在某个区间内最简单的简谐波是Asin（2πf0（t-t0)+ φ）。其中， f0 =1/T
t0+T
t0
Φ=0
t0+T
可控震源地震采集技术 刘俊杰
SERCEL （Beijing）Technological Service Ltd.
提纲
1. 前 言 2. 可控震源信号分析基础 3. 可控震源工作原理 4. 可控震源施工方法 5. 可控震源现场质量控制 6. 可控震源谐波分析 7. 可控震源高效采集技术发展
1.前 言
(耦合, 频率成分等)
可控震源
• 40%的地震队 • 多达 18组震源 • 多达17.000 炮/天 • 可以日夜作业 • 震源控制手段和扫描质量监控措施多
（保证采集质量）
• 适合困难地区 • 追加炮成本高 • 较多的HSE问题和要求 • 对建筑物损坏大 • 只需对炮手培训
• 适合平坦地区 • 追加炮成本低 •较少的HSE问题和要求 • 对建筑物损坏小 • 需专业技术人员
x40m
20m
24 24
可控震源信号分析基础
25 25
信号及其频谱
什么叫信号？ 随时间变化的物理量称为信号。即，信号是以时间为自变量的函数。
t
0
地震记录是时间的函数，所以它是信号. 一般的表示为X(t)。
26 26
信号的频谱
在某个时间区间内的地震记录通常是如下图所是的一个比较复杂的信号。
t0
t0+T
道距：50米
激发点距：100米
束间滚动：1200米
东部某油田2002年常规三维地震资料
1.信噪比和分辨率不够高，目的层段频带窄(10-40Hz)，主频低(20-25Hz)；
2.小断层的断面、断点模糊不清甚至没有显示；
88
空间采样不足
充分采样: 采样不足:
前言
弱假频: 强假频:
(据张宇，CGGVeritas,2005)
地震勘探震源类型
33
1.前言
天然 地震
人工 锤击
炸药
可控 震源
地震勘探中的几种激励源
44
1.前言
钻井班在作业
爆炸班在作业
55
1.前言
井中爆炸的物理过程
66
前言
化学能转化： 95% 气化后转化为地层破裂动能，热能，产生强的低频面波
炸药在高速层或潜水面以下3m激发，往往采用深井、 小药量，保持激发子波一致。
宽方位角
炮线距
检波线距
对称采样
检波点距 炮点距
20 20
NOMAD65
前言
可控震源方法是高密度宽方位地震勘探的必然选择
21 21
国外高密度地震的发展
Kuwait Minagish 工区采集参数
炮点: - 2 x 80,000lbs Mertz
- 单次扫描, 625 VP/Km²
- 8 m 横线, 200 m 纵线
数据假频
99
观测系统不合理
前言
覆盖次数图
方位角玫瑰图
偏移距/方位角
偏移距分布
小偏移距（0-500）分布 大偏移距（3000-3400）1分0 布10
前言
Biblioteka Baidu
不同面元大小的最大无假频频率
速度: 3000 m/s
Hz
200
175
150
125
100
75
50
目标地层
25
0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 倾角 (°)
42 42
检波器记录信号 扫描信号
2.可控震源信号分析基础
相关后记录地震道
可控震源的互相关
43 43
2.可控震源信号分析基础
30 30
褶积运算定理
1、交换律
f x* h(x) hx* f x
2、分配律
vx wx* h(x) vx* hx wx* hx
3、结合律
vx* wx* h(x) vx*wx* hx
31 31
相关运算
• 两个函数的互相关定义为：
常规观测系统
观测系统：
类型：32线128道10炮 排列方式：3175-25-50-25-3175 面元：25x25 覆盖次数：400（40x10) 接收道数：4096 接收线距：50米 激发线距：80米 道距：50米 激发点距：80米 束间滚动：800米 道密度：640,000道/KM2
高密度观测系统
t0
Φ≠0
该简谐波的周期正好是时间区间长度T。
稍复杂一点的是频率为fn=nf0的正弦波： Asin(2πnf0 （t-t0) +φ) ，这时正弦 波的周期是T/n
f0 ：基频， Asin(2πnf0 （t-t0) +φ) ：n次谐波。一次谐波称为基波。
27 27
多个简谐信号相加可得到一个复杂信号：
相位谱:
( f ) arctg v( f ) u( f )
29 29
褶积的定义
• 对于两个复值函数
和
，
其卷积定义为
f (x)
h(x)

g(x) f hx d f (x) * h(x)
• 式中*表示褶积运算。
褶积运算
原函数 折叠 位移 相乘再加，得到被积函数
40 40
2.可控震源信号分析基础
序列：X(n)和Y(n)的相关： X(n)=(1,0,2,3,2,0,1) Y(n)=(1,4,1)
相关结果：
Rxy(n)=(3,11,16,11,3)
41 41
2.可控震源信号分析基础
可控震源的相关
• x(k)=检波器接收信号，相当于采集长度。
• y(k)=发送参考扫描信号，相当于扫描长度。
（1）在τ＝0时，互相关函数Φab（τ）不一定具有最大值。一般情 况下，互相关函数Φab（τ）在某个 τmax值时，才达到最大值.
（2）互相关函数Φab（τ）只包含有信号 a（t）与b（t）中所共有的频 率成份，这一性质表明相关具有较强的滤波作用。 我们可以利用这一性 质选择扫描信号频率， 压制噪声干扰。
34 34
2.可控震源信号分析基础
有限带宽的脉冲信号和扫描信号具有相同的频谱
脉冲与扫描
35 35
2.可控震源信号分析基础
幅值
频率(F)
10
60
扫描频率越高 ,等效的脉冲宽度越窄 ,从而分辨率越高
扫描信号的合成
36 36
2.可控震源信号分析基础
相关运算
相关滤波把各个地层的反射扫描压缩成为相应的脉冲信号
b) 二维滤波
c) 三维滤波
14 14
前言
1.缩小检波线距 2.加密激发点距和线距 3.提高覆盖次数
观测系统： 类型：8线120道12炮 排列方式：2975-25-50-25-2975 面元：25x50 覆盖次数：40（10x4) 接收道数：960 接收线距：300米 激发线距：300米 道距：50米 激发点距：100米 束间滚动：1200米 道密度：32,000道/KM2
缩小面元，提高地质体采样，改善成像精度
面元大小 6.25 m
12.5 m 25 m 30 m 45
11 11
前言
高密度空间均匀采样，提高成像精度
偏移距25-2975， 偏移距间隔400米
偏移距25-1475， 偏移距间隔200米
较密的偏移距采样有利于压制散射噪音，获得更好的成像效
果。这意味着：进一步缩小炮线距和接收线距，将有利于提高
• R(k)= x(k)和y(k)的相关信号，相当于记录长度等于x(k)- y(k)+1个采
样
扫描长度
听时间
X(k)
y(k)
12 秒
3秒
*
*
=
=
R0
每次移动一个采样间隔 R1
* 3秒
= Rn
如上图所示，在相关处理过程，检波器信号和参考扫描信号之间的相关结果 ，每次移动一个采样点计算一次，一直移动到等于记录长度而终止，我们通 常把记录长度比作听时间。
频谱表示成复数后可做数学运算
28 28
频谱的计算
用付氏变换公式：
正变换 反变换

X ( f ) x(t)e i2ft dt
x(t) X ( f )ei2ft df
X(f)是复数,称为x(t)的复频谱,它可表示为： X(f)=u(f)+iv(f) 由此可得：
振幅谱: A( f ) X ( f ) u2 ( f ) v2 ( f )
叠前成像精度。
12 12
前言
高密度空间采样，更好压制噪音
加密检波点采样可进行: -有效的FK滤波(地面) -波动方程聚焦(深度域)
FK滤波后的叠加
2D
2.5D
3D
Eye-D
13 13
前言
• 十字排列观测系统叠前压制噪音
• 叠前十字排列道集上用三维拉冬、三维FK、三维FX 等方法更好地压制噪音
a) 单炮数据
(0.304M /Km²) 1996年采集的老三维资料
道密度：
(16 M /Km²)
2004年采集Q-land资料
目的层(1.5s twt)最大频率提升44 到70HZ
23 23
可控震源是高密度地震勘探发展的必然选择！
炸药激发
• 55% 的地震队 • 多达 16 炮手 • 多达 1200 炮/天 • 经常白天作业 • 难控因素多