(17)可控震源技术

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可控震源地震采集技术
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
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.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
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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
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有线一致性。
年检(出工验收,独立检测设备)
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激发过程中的控制
激发过程中的控制主要目的在于:
– 实时控制激发质量,确认不偏离目标; – 确认激发质量异常的产生原因;
激发过程质量控制的主要方法:
– 传统的“一致性”方法; – 实时QC数据监视;
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事后分析产生的超前(反馈)控制
事后分析的主要目的不是要决定是否“补炮 ”,如果真是那样,只能说明前面的工作 有较大的失误。事后QC分析的主要目的是 要防患于未然并为QC评价提供更科学、合 理的依据:
Cycle time
- 2-12 组震源采用 滑动扫描 (有重叠) c 最多 720 VP / h
c 周期时间减少 c 连续记录
100
10 0
4.2. 滑动扫描,多组震源重叠采集周期,连续记录 • 为了提高可控震源地震勘探的工作效率。1996年安曼石 油公司发明了一种称为滑动扫描的工作方法。它采用多组 震源同时振动,并且不要求必须在前一炮振动完成后,后 一炮才开始振动,而仅仅要求 2 次振动之间相隔的时间至 少大于听时间。后图 是滑动扫描与常规扫描(包括交替扫 描)工作的时序图。 • 由于滑动扫描各炮的振动是相互重叠的,因此得到的记录 也是重叠的,为了将各炮的记录分开,在进行相关处理时 ,它根据辅助道中的时断信号,对原始记录按不同的时间 与各自的扫描信号相关,从而将各炮的听记录分开。
相位误差的评价主要侧重于:
– 控制趋势评价
• 只有收敛的控制趋势才能是正常; • 震荡或发散的趋势都是不正常的; • 平均相位反映的是稳态相位误差,将影响最终的相 关结果,因此对平均相位的分析更重要;
– 相位误差的确定
• 在1ms采样率下,1/4的样点误差是0.25ms,等于 主频50Hz子波相位误差4.5度
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可控震源施工参数
6.驱动幅度的选择
驱动电平: 可控震源激发地震波强弱的一个参数, 当扫描频率提高到终了频率 时, 表头上看到的驱动电平的百分比值就是驱动幅度。 驱动幅度的调节:激发时则可以通过控制震源输入到地下的信号, 使其具有满意的功率谱。
驱动幅度的选择的原则
当震点地表为松软的土层时, 由于可控震源与地表耦合好, 一般选 择较大一点的驱动电平, 有利于改善记录品质; 当地表为坚硬的基岩时, 震源底板和大地耦合条件差, 驱动电平不 宜过大。适当降低驱动电平也可削弱分频效应产生的“ 多初至” 现 象。 在生产中驱动电平的大小, 视勘探区反射目的层反射系数大小而定, 反射系数大则驱动电平小些, 反之则大些。一般设计在 3 0 % 5 0 %为宜, 否则过大时激发信号波形会失真。
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QC-1:输出力问题
对输出力信号的评价主要侧重于:
– 振幅的均匀性评价
• 一个兼顾低频信号与高频信号的均匀振幅具有高穿 透性与高分辨力的特点;
– 峰值出力与均值出力的差越小越好 – 在采用基值力控制下,一个70%左右的振幅控 制水平可以相当于峰值力控制下的90%左右
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QC-2:相位误差问题
2. 避免多初至: 若分频与基本扫描频率有重叠, 将在记录中产生“ 多 初至” 虚象。此时, 可以通过改变扫描时间的长度,将 记录产生的相关虚象出现在有效记录之外, 减少 “ 多初至” 对勘探目的层反射波的影响
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可控震源施工参数
5.斜坡参数选择
斜坡设置0 . 1s ( 左) 与0 . 7s ( 右) 不同试验目的层反射波记录频谱对比
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可控震源的日检项目 日检是可控震源队每天正常生产前必须做的 一项检查。可控震源的日检侧重于对其生产 参数下的参数一致性、振动输出信号相位的 检测与评价,常规的检查项目主要有:
– 激发参数的一致性检查; –。
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可控震源的月检项目
月检是可控震源队每月正常生产前必须做的一项检查,侧重 检查可控震源在生产参数下的振动性能, 在目前的过渡阶段,原则上仍然允许采用震源控制系统提供 的检测手段进行检测,
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可控震源施工参数
3.扫描频率试验 – F1的选择
扫描低频1 5Hz ( 左) 与2 0Hz ( 右) 试验目的层反射波频谱对比
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可控震源施工参数
3.扫描频率试验 – F2的选择
扫描高频为120Hz(左)与80Hz(右) 单炮记录频谱对比
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可控震源施工参数
4.扫描长度的选择的基本原则
1. 避免二次谐波: 可控震源在振动过程中, 当介质表现为弹性或者塑性的 时候, 如果越出了弹性形变的范围, 震动信号除了产生 所需要的扫描振动信号外, 还伴有分频信号和倍频信号 , 若倍频与基本扫描频率有重叠, 将在记录中产生二次 谐波虚象;
Ready CoG
DPG
FO Go
指令启动采集。
TB
c 震点之间无损失时间,无定位误差。
LCI
c 任意一组震源可以任何顺序激发震点
自1997年VE432释放就具备的功能
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Recorder
可控震源卫星导航
VP n+1 VP n
• 当仪器给DPG发送Go指令,同时发 送一个震点的坐标.
• 随车平板电脑屏幕实时显示震点位 置,箭头指示驾驶员下一点的方向。
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QC-2:相位误差评价的主导思想
允许平均相位误差的确定:
– 最大允许1/4的样点误差的概念;
• 在1ms采样率下, 1/4的样点误差是0.25ms,等于 主频50Hz子波相位误差4.5度 • 所以,要求平均相位误差在5度以内,但实际上野外 的控制误差基本在2度以内
– 针对不同的勘探目的与精度,可以修正评价标 准; – 要有分辨系统误差的概念。
DPG
Go + coordinates of the next VP
LCI
Recorder
c 实现无桩号采集 c 每组震源按预设顺序激发炮点
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可控震源高效采集技术发展
可控震源装备技术的进步 –控制箱体和记录设备的高度集成
Biblioteka Baidu参数 FO
无线网络 & DGPS
TB CoG 状态
CoG 状态
DSD VE464
– 控制、执行系统的非线性; – 近地表物性非线性的影响; – 控制过程中的扰动信号的影响;
因此,震源输出信号不发生畸变是不可能的 ,通过一些途径来降低畸变水平是有可能实 现的。
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QC-3:降低畸变的问题
降低畸变实际上降低的是近激发源的畸变, 如果不考虑激发因素的改变,可通过下述 方法降低或改善输出信号品质:
428XL
DPG VE464
TDMA
- 记录设备和可控震源间的完全双向互联,使得 . 可控震源导航采集 (无桩号采集技术) . 减少检波线滚动造成的延迟时间 (超级排列技术) .可控震源驱动作业 (VE 432 / 464) .每台震源的实时QC检查 (e-428技术)
VE464箱体:最大管理32组震源,生产效率得到极大提高
– 降低激发强度; – 优化控制参数;
影响/风险:
– 降低激发能量,可能影响深层资料品质;
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QC-4:特殊的分析方法
• 直方统计:
–整体质量评价与分析; –单台震源的质量评价与分析;
• 线性统计:
–异常调查; –异常定位;
• 操作性异常分析;
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单台震源的质量评价与分析
• • • • • •
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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
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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
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可控震源
由于震源激发波持续时间T一般比目的层的反射时间还要长,所以从各 目的层发射回来的信号(也是一长扫描信号)就会互相重叠,组成很复 杂的波形。为了把可控震源记录变成类似于炸药震源的记录,在地震采 集设备中安装了相关器,采用了相关运算。
– QC数据的统计(分布)规律; – 数据异常的群(个)体以及发生的区段;
– 数据异常的群(个)体以及发生的震源或操作 人员;
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如何监视震源的激发质量? 按照目前试行的方法,震源激发质量的监视 方法包括:
– 震源每日的一致性; – 震源的实时QC数据显示; – 震源控制系统设置误差超限报警功能; – 原始记录信噪比检查(仪器);
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4.几种高效可控震源采集方式
• 有效多震源组管理减少周期时间:
move-up move-up sweep listen record record
- 标准 1 组震源 c 最多
sweep
listen
95 VP / h
- 2-3 组震源采用 交替扫描 (没有重叠) c 最多 180 VP / h
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7、选择扫描方式:线性(升频、降频)、对数、随机等
可控震源作业质量控制
目 的:
• 为什么要对可控震源的激发进行质量控制; • 如何进行控制 (控制的方法); • 如何对控制结果进行评价; • 评价的理由 (分析的方法);
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可控震源实时质量控制
• 可控震源实时QC:
- 可控震源性能 - 可控震源一致性 (地面力,相位,畸变)均与地面有关
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可控震源卫星导航
VP n+1 VP n
master vibrator
T0
•只要组内的震源准备好,主震源的 DSD计算出震源组的重力中心点 (DSD network, WiFi connection) • 把 CoG 发送到仪器 •仪器自动寻找SPS文件所对应的震点, 给DPG提供点火和F0。 It provides the DPG with Go & FO • DPG给震源发送T0,以及给仪器TB
• 经验分析; • 实时现场处理分析;
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检查震源的实时QC数据
震源的实时QC数据包括的主要内容:
– 图形/曲线:
• 互相关子波、相位误差曲线、输出信号振幅曲线;
– 数字型数据:
• 扫描库、信号方式、出力/相位/畸变(峰值/平均值)、检查 和、故障检测结果等;
检查的主要内容:
• 扫描信号的同一性、各震源的同步性、激发能量的均匀性; • 震源的工作状态; • 激发点的正确位置;
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QC-3:畸变的评价原则
对输出力畸变的评价侧重于
– 相对性评价 • 在相同型号的震源、完全相同的激发参数、 基本相同的激发环境下,震源输出力信号的 畸变水平应该相当,即各激发信号相对之间 的畸变误差应该在一定的范围内; • 经验值确定的范围为10%
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QC-3:畸变的产生原因 在可控震源的激发过程中畸变产生的原因较 多,主要发生在下述环节:
峰值相位误差; 平均相位误差; 峰值振动输出力; 平均振动输出力; 峰值畸变; 平均畸变;
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6. 可控震源高效采集技术发展
可控震源装备技术的进步 – 重型震源的发展
NOMAD65 NOMAD90T
频率范围:5-250hz, 峰值出力:266.8KN, 62,000lbs
频率范围:5-250hz, 峰值出力:400.3KN, 90,000lbs
- 核实COG位置与理论设计位置 (SPS)
• VE464 QC 属性:
- 每台震源,每个扫描 . 相位,畸变,地面力 . 峰值出力与平均出力 . 历史与门槛值 -GIS图形显示 .地表硬度、粘度分布属性图
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可控震源的日检和月检 激发信号与数据相关用的参考信号的一致性;
– 激发与数据采集系统启动指令的同步精度; – 遥控状态下的参数传输; – 实时质量控制数据的采集与传输; – 主要振动性能指标:相位、输出力、畸变大小; – 实时质量控制结果的显示与输出;
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可控震源施工方法
1、可控震源多台组合:3~4台可控震源,以一定的组合形式,在
一个振点(即炮点)上同时振动1次甚至几十次。每次振动的持续 时间为8~16s,在同一地点振动规定的次数就算完成一“炮“。
2、多次叠加:可控震源在炮点上每振动一次,相关叠加器便将采
集的这一次振动的地震信号与可控震源的扫描信号进行相关,相 关结果再与该炮点前一次振动的相关和叠加的结果叠加起来。可 控震源在一个炮点上振动m次,相关叠加器就进行m次相关和m次 叠加(不仅使记录的数据量压缩了m倍,而且能使记录的信噪比 提高 m 倍。)最后结果送记录系统记录到磁带上,成为这 一“炮”的相关叠加磁带记录。这样形成的磁带记录与使用炸药 震源形成的磁带记录长度是一样的,经过同样的回放处理就能形 成野外监视记录。
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