可控震源高效采集干扰压制技术

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提
纲
一、可控震源高效采集干扰产生机理 二、国外研究现状
三、公司研究现状及差距分析
四、认识与建议
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二、国外研究现状
采集方法
交替扫描 滑动扫描
数据分离参数
滑动时间≥扫描长度+听时间 听时间≤滑动时间≤扫描长度+听时间
噪音
（1）震源间行进噪音 （1）震源间行进噪音 （2）邻炮间谐波干扰
动态滑动扫描
CleanSweep 技术是通过从野外实际获得的数据中提取一个反畸变 信号加入到原始扫描信号中来抑制谐波畸变的产生。
常规宽频扫描
CleanSweep宽频扫描
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1.1 硬件(震源箱体)
(2)CGG-Veritas(2014)
CleanSweep技术
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1.1 硬件(震源箱体)
(2)CGG-Veritas(2014)
（1）震源间行进噪音；
（2）邻炮间谐波干扰 （3）邻炮间记录信息重叠
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6.可控震源ISS施工方法
多组震源独立同时激发 independent simultaneous sweep（ISS）:多组震源相隔 一定的距离，独立激发，采集仪器采用连续记录方式的施工方法。
干扰类型： （1）震源间行进噪音； （2）邻炮间谐波干扰
P i
i 2 n
Hi H1
ρi为权系数
2) 在频率域，对信号应用谐波预测算子P，可以求得初至前的 谐波N：
N SP
3） 然后将求得的谐波干扰从上一炮相应位置中减去，从而达 到谐波干扰压制的目的。
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(4)模型法 HPVA技术（CGG 2005），与仪器结合在野外实现去噪
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2.1 多域去噪--ISS
可控震源进行独立同步扫描作业时，相邻各震源组之间互相干扰。因 此，如何有效消除邻炮干扰是独立同步扫描采集的关键技术之一。
原始单炮（共炮点道集） 共接收点道集
干扰炮 主记录 干扰炮
干扰炮 主记录 干扰炮 干扰炮
各震源组产生的地震波在共炮点道集相互 干扰，且具有很强的相干性
2.滑动扫描
常规滑动扫描记录
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3.动态滑动扫描
引自“机遇与挑战 ——震源日效超40000炮并保证 实时质量监控” Peter I. Pecholcs*, Stephen K. Lafon 等著
干扰类型：（1）震源间行进噪音；（2）邻炮间谐波干扰
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3.动态滑动扫描
引自“机遇与挑战 ——震源日效超40000炮并保证 实时质量监控” Peter I. Pecholcs*, Stephen K. Lafon 等著
（1）震源间行进噪音：多次覆盖、随机噪音衰减、异常振幅压制--交替扫描
（2）邻炮间谐波干扰：硬件（震源箱体）；室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS （3）邻炮间记录信息重叠：反演分离--颤动扫描; 多域去噪—ISS
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2.1 反演分离--颤动扫描
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引子“颤动滑动扫描采集技术” Claudio Bagaini*等著
（3）邻炮间记录信息重叠
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一、可控震源高效采集干扰产生机理
小 结
1.优点：施工效率高 缺点：投入更多的资源(震源和采集设备) 噪音（不包括环境随机噪音）水平与施工方法的效率成正比
交替 低 滑动 噪音 DSSS ISS 高
2.通常，效率越高的可控震源采集方法对应的观测系统激发点密度越高； 3.不同可控震源高效方法产生的干扰类型不同,处理过程中压制干扰的针 对性也有所不同。
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4.可控震源DSSS施工方法
距离分隔同步激发 distance separated simultaneous sweep （DSSS）: 多组震源施工时，满足一定组间距离的同步激发方法。 干扰类型：（1）震源间行进噪音；（2）邻炮间谐波干扰 DSSS野外施工示意图
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5.颤动滑动扫描技术
干扰类型：
二、国外研究现状
1.邻炮间谐波干扰： 1.1 硬件(震源箱体)
1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
2.邻炮间记录信息重叠：
2.1 反演分离--颤动扫描
2.2 多域去噪--ISS
（1）震源间行进噪音：多次覆盖、随机噪音衰减、异常振幅压制--交替扫描 （2）邻炮间谐波干扰：硬件（震源箱体）；室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS （3）邻炮间记录信息重叠：反演分离--颤动扫描; 多域去噪—ISS
DSSS
滑动时间随着距离的增加而减小
距离≥2*最大炮检距,同步激发 同步激发链间是交替或滑动
（1）震源间行进噪音； （2）邻炮间谐波干扰
（1）震源间行进噪音； （2）邻炮间谐波干扰
颤动扫描
距离为2-3公里,随机在几十毫秒内颤动激 发;颤动激发链间是交替或滑动
（1）震源间行进噪音 （2）邻炮间谐波干扰 （3）邻炮间记录信息重叠

（1）
若要去掉第i次谐波，先取第i次谐波分量与原始记录进行相关得：
SHi R(B H 2 H 3 H n )H i
通过选择强能量部分将第i次谐波提取出来为 ：
（2）
Si RHi Hi

（3）
对（3）式进行反相关计算就会得到相关前的i次谐波分量 RHi ，
再将i次谐波分量从记录中减去，以此类推，直到去掉所有。
（2）邻炮间谐波干扰：硬件（震源箱体）；室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS （3）邻炮间记录信息重叠：反演分离--颤动扫描; 多域去噪—ISS
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动wenku.baidu.com滑动扫描、DSSS
针对滑动扫描数据方法： (1)预测法(Weinman GeoScience .Charles Sicking等2009年) (2)纯相移法(Karlsruhe University .lixiaoping 1995) (3)相关和反相关法(Repsol F.D. Martin 等2010) (4)模型法（HPVA)
2.邻炮间记录信息重叠：
2.1 反演分离--颤动扫描
2.2 多域去噪--ISS
（1）震源间行进噪音：多次覆盖、随机噪音衰减、异常振幅压制--交替扫描
（2）邻炮间谐波干扰：硬件（震源箱体）；室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS （3）邻炮间记录信息重叠：反演分离--颤动扫描; 多域去噪—ISS
3.近3年,关于滑动扫描谐波压制技术、颤动扫描和ISS数据分离和去噪技 术未跟踪到最新进展。
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提
纲
一、可控震源高效采集干扰产生机理 二、国外研究现状
三、公司研究现状及差距分析
四、认识与建议
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三、公司研究现状及差距分析
1.邻炮间谐波干扰： 1.1 硬件(震源箱体)
1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(2) 纯相移法
相移法谐波提取示意图
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(3)相关反相关法
在可控震源勘探中，记录到的一般是相关后的数据，由于力信号的记录 需要一些额外的设备或辅助手段，所以往往力信号是缺失的，相关与反相关 方法可以比较好的解决无力信号相关后数据谐波压制问题。
去谐波前
反相关后结果
去谐波后
去谐波后
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(3)相关反相关法
谐波压制前
谐波压制后
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(4)模型法 1）利用震源力信号，把基波H1和各次谐波Hi (i=2,3,4…)分离 后，可以得到在频率域的谐波预测算子：
（2）邻炮间谐波干扰 （3）邻炮间记录信息重叠
ISS
距离为2-3公里,时间无限制,但越随机越好 （1）震源间行进噪音
（1）震源间行进噪音：多次覆盖、随机噪音衰减、异常振幅压制--交替扫描
（2）邻炮间谐波干扰：硬件（震源箱体）；室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
（3）邻炮间记录信息重叠：反演分离--颤动扫描 多域去噪—ISS
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二、国外研究现状
1.邻炮间谐波干扰： 1.1 硬件(震源箱体)
1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
2.邻炮间记录信息重叠：
2.1 反演分离--颤动扫描
2.2 多域去噪--ISS
（1）震源间行进噪音：多次覆盖、随机噪音衰减、异常振幅压制--交替扫描
（2）邻炮间谐波干扰：硬件（震源箱体）；室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS （3）邻炮间记录信息重叠：反演分离--颤动扫描; 多域去噪—ISS
干扰表现为随机噪音
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2.1 多域去噪--ISS
炮集记录应用矢量中值滤波前后对比
噪音干扰消除前记录 34
噪音干扰消除后记录
二、国外研究现状
小 结
1.与硬件结合直接应用在野外是国外可控震源高效采集去噪技术发展方向 之一；
2.随着激发点密度的提高和采集效率的提高的颤动扫描和ISS方法，谐波 噪音已经不是主要问题。
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三、公司研究现状及差距分析
1.针对于硬件(震源箱体)谐波压制技术有INOVA的HDR技术
魏钟红对CGG Clean Sweep 评价：(1)是新技术；(2)用于低频激发；(3)2000年INOVA就发表。
The main purpose of the cleansweep is to remove harmonic distortion at low frequencies (< 8 Hz). This method is not new. It is very common and popular in power electricity and electronics control. The principle is to measure the harmonics very accurately in the vibrator ground force (both amplitude and phase through frequencies). Then, inverse these harmonics and add them to the pilot sweep. Finally, using the modified sweep to run the vibrator to cancel harmonics produced by the vibrator. Because most of harmonics at low frequencies are produced by the vibrator, it is relatively easier to measure these harmonics and compute their amplitude and phase. That is why this method is tied to their EmphaSeis sweep technology. I attached two pdf files. The first file is a paper “segam2014-0520” that was presented at SEG 2014. This paper basically talks about their method briefly. The first one of US6032257 is a patent that is patented by Pelton in 2000. The method that CGG is using for their clean sweeps is almost identical to to the method in this patent. Leonard basically measured harmonics in VS2 (a simulator of the vibrator), and then he inversed them to create a new sweep in order to cancel the harmonic distortion in the ground force. This patent never reliably work in the field. Therefore, it is never implemented in Vib Pro. Unfortunately, this patent is expired because INOVA no longer pays the patent fee. Theoretically, this method should work if the harmonics are very repeatable. Their amplitudes can be quantified in the function of the frequency. Unfortunately, the seismic vibrator is very much unrepeatable. Neither are with its harmonics. That is why they need to make the vibrator stay on one spot and spend hours doing tuning.
CleanSweep技术
常规滑动扫描
CleanSweep的滑动扫描
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二、国外研究现状
1.邻炮间谐波干扰： 1.1 硬件(震源箱体)
1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
2.邻炮间记录信息重叠：
2.1 反演分离--颤动扫描
2.2 多域去噪--ISS
（1）震源间行进噪音：多次覆盖、随机噪音衰减、异常振幅压制--交替扫描
2 滑动扫描技术、动态滑动扫描
1 交替扫描采集技术 0 可控震源常规采集技术
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1.交替扫描
交替扫描(flip-flop sweep):使用两组或多组震源连续交替 扫描的方法。
干扰类型：震源间行进噪音 一组震源施工, 其他震源组可以搬家
交替扫描野外施工示意图
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2.滑动扫描
滑动扫描(slip sweep):一组处于扫描状态的震源在设定的时间间隔（
可控震源高效采集干扰压制技术
汇报人：王井富
东方地球物理公司采集技术支持部 2017年06月21日
提
纲
一、可控震源高效采集干扰产生机理 二、国外研究现状
三、公司研究现状及差距分析
四、认识与建议
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一、可控震源高效采集干扰产生机理
可控震源高效采集技术发展现状
5、6…
高效采集技术发发展
4 单台随机激技术（ISS） 3 DSSS、颤动扫描
（1） （2）
B 1 F B H 1 H
（3）
B
其中B和H代表的基波信号和谐波信号可以从力信号中得到（分离力信号的基波和谐 波信号）。
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(2) 纯相移法 假设相关前的地震记录（频率域）可由（1）式表示：
S R( B H 2 H3 H n )
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1.1 硬件(震源箱体)
(1)INOVA
Vib ProTM & VibProTM HD箱体
Harmonic Distortion Reduction (HDR)
系统改进前
系统改进后
通过硬件的改进，从源头上减少谐波畸变的产生
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1.1 硬件(震源箱体)
(2)CGG-Veritas(2014)
CleanSweep技术
滑动时间）后，另一组震源自动启动，实现多组震源连续采集的方法。
滑动时间应不小于炮记录长度。
干扰类型：（1）震源间行进噪音；（2）邻炮间谐波干扰 两组或多组震源可以同时施工
滑动扫描野外施工示意图
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2.滑动扫描
谐波产生的原因：由于震源液压系统的非线性因素，以及震源平板与大地的非 耦合性，使得电信号产生为机械信号时发生畸变。其中液压动力系统的不稳定 性是谐波产生的主因。 6
HPVA技术是CGG公司提出来的针对可控震源滑动扫描采集的谐波压制技 术，它能有效的压制掉谐波干扰。
常规
滑扫
去谐波后
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二、国外研究现状
1.邻炮间谐波干扰： 1.1 硬件(震源箱体)
1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
2.邻炮间记录信息重叠：
2.1 反演分离--颤动扫描
2.2 多域去噪--ISS
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1.2 室内针性对处理--滑动扫描、动态滑动扫描、DSSS
(1)预测滤波法
力信号中既包含了基波信号又包含了谐波信号，分离力信号中的基波和谐波
信号来设计滤波器来进行谐波压制，该方法可在相关前和相关后数据上进行。
假设相关前的地震记录（频率域）可由（1）式表示：
S R (B H )
F S RB