基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可控震源地震采集技術(shù)，特別是涉及到一種基于實(shí)際資料頻譜特征的 非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前可控震源地震勘探采集技術(shù)是陸上地震勘探采集技術(shù)發(fā)展的趨勢，由于可控 震源較炸藥震源存在頻率能量可控、安全環(huán)保、成本低、施工效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以越來 越受到各大石油地球物理石油公司的追捧。掃描信號是影響可控震源地震采集單炮質(zhì)量的 重要影響因素，不同的掃描信號將收獲不同質(zhì)量的地震采集質(zhì)量。
[0003] 常規(guī)地震采集中采用的都是線性掃描信號，該信號的頻譜是比較理想的頻譜特 征，頻帶很寬，頻譜曲線表現(xiàn)為線性，各個(gè)頻率成分能量都是相同的，然而實(shí)際地質(zhì)模型對 不同頻率成分的吸收衰減程度是不同的，高頻部分吸收衰減較大，中低頻部分相對吸收衰 減較小，這就使得理論設(shè)計(jì)的線性掃描信號頻譜在實(shí)際中是得不到的，尤其是在低信噪比 地區(qū)，即使在理論設(shè)計(jì)中對高頻部分提高數(shù)倍，仍然由于強(qiáng)烈的吸收衰減，使得高頻部分能 量的提高微乎其微，造成了設(shè)計(jì)上的浪費(fèi)，這就需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)模型對頻率的吸收衰減 程度進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。為此我們發(fā)明了一種新的基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè) 計(jì)方法，解決了以上技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種最大程度的提高地震波的有效能量的基于實(shí)際資料頻 譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描 信號設(shè)計(jì)方法，該基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法包括：步驟1，采用 兩種掃描長度信號進(jìn)行線性掃描；步驟2,對這兩種線性掃描后的單炮頻譜資料進(jìn)行分析， 找到通過延長掃描長度提高能量有效頻率和提高能量無效頻率的分界點(diǎn)；步驟3,根據(jù)該 分界點(diǎn)，對常規(guī)生產(chǎn)用的線性掃描信號的頻譜進(jìn)行優(yōu)化；以及步驟4,當(dāng)優(yōu)化后的頻譜曲線 符合線性掃描信號單炮的頻譜包絡(luò)線特征時(shí)，根據(jù)該優(yōu)化后的頻譜曲線計(jì)算出時(shí)頻曲線， 根據(jù)該時(shí)頻曲線計(jì)算得到時(shí)間域非線性掃描信號的波形。
[0006] 本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：
[0007] 在步驟1中，進(jìn)行線性掃描的兩種掃描長度信號為一個(gè)較短掃描長度，另一個(gè)較 長掃描長度，該兩種掃描長度信號的長度采用相同的起始頻率和終止頻率，采用相同的斜 坡和出力，掃描長度有一定的差距。
[0008] 在步驟2中，通過對比分析獲取哪些頻率在實(shí)際工區(qū)中穿透地層能力強(qiáng)，哪些頻 率穿透地層能力弱；確定出哪些頻率通過延長掃描長度能量提升明顯，也就是確定出有效 頻帶范圍，哪些頻率通過延長掃描長度能量提升不太明顯或根本就沒變化，找到通過延長 掃描長度提高能量有效頻率和提高能量無效頻率的該分界點(diǎn)。
[0009] 在步驟2中，將掃描長度長的單炮頻譜和掃描長度短的單炮頻譜進(jìn)行疊合顯示， 以識別出哪些頻率能量存在差異，從而確定出有效頻帶范圍。
[0010] 在步驟3中，該常規(guī)生產(chǎn)用的線性掃描信號是在常規(guī)生產(chǎn)前通過系統(tǒng)試驗(yàn)確定出 的線性掃描信號，以該分界點(diǎn)作為在頻譜上修改的分界線，高于該分界點(diǎn)的頻率成分適當(dāng) 降低能量，低于該分界點(diǎn)的頻率成分適當(dāng)提高能量，提高和降低的能量大致相當(dāng)，即掃描 信號的掃描長度保持不變，提高和降低能量的大小由頻譜曲線特征決定。
[0011] 在步驟4中，該頻譜包絡(luò)線為該常規(guī)生產(chǎn)用的線性掃描信號單炮的頻譜包絡(luò)線， 包絡(luò)線特征是曲線光滑，并且優(yōu)勢頻帶突出，高頻部分能量略低。
[0012] 在步驟4中，當(dāng)優(yōu)化后的頻譜曲線不符合線性掃描信號單炮的頻譜包絡(luò)線特征 時(shí)，流程返回到步驟3。
[0013] 在步驟4中，在計(jì)算時(shí)頻曲線時(shí)，根據(jù)線性掃描信號頻譜能量在頻率[fl，f2]范 圍內(nèi)的分布函數(shù)為S(f)，掃描信號的的總能量為掃描長度T，而頻譜上能量密度與對應(yīng)的 掃描時(shí)間密度a的關(guān)系為：
[0014]
[0015] 由此可得到掃描信號時(shí)間-頻率分布函懲
[0016] 其中，fl是起始頻率，f2是終止頻率，t表示頻率在時(shí)間上的分布，其值表示對應(yīng) 的瞬時(shí)頻率f的能量S(f)分配的掃描時(shí)間。
[0017] 該基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法還包括，在步驟4之后，將 該時(shí)間域非線性掃描信號和該常規(guī)生產(chǎn)使用的線性掃描信號在同一地點(diǎn)進(jìn)行野外試驗(yàn)，對 比這兩種單炮的分頻掃描、頻譜，通過對比分析判斷單炮整體信噪比提升是否明顯，該時(shí)間 域非線性掃描信號高頻部分資料是否損失較大，當(dāng)達(dá)不到提高信噪比要求，或高頻損失比 較明顯時(shí)，流程返回到步驟3。
[0018] 在對這兩種單炮進(jìn)行對比分析時(shí)，當(dāng)信噪比的提高達(dá)到要求并且非線性掃描單炮 中的高頻部分資料損失不大時(shí)，輸出該時(shí)間域非線性掃描信號
[0019] 本發(fā)明中的基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法，該方法適合于低 信噪比地區(qū)提高地震資料的信噪比，首先需要獲得該地區(qū)哪些頻率通過延長掃描長度后， 其頻率能量能夠明顯得到提高，即哪些頻率是優(yōu)勢頻率，哪些頻率即使延長掃描長度后，其 頻率能量仍然提升不明顯，通過對比兩種不同掃描長度的線性掃描單炮的頻譜，獲得哪些 頻率是優(yōu)勢頻率，然后對常規(guī)生產(chǎn)用的線性掃描信號的頻譜進(jìn)行優(yōu)化，保持信號掃描長度 不變，適當(dāng)降低高頻部分能量，補(bǔ)償?shù)絻?yōu)勢頻帶部分，優(yōu)化后的頻譜曲線要求光滑，并且其 特征符合常規(guī)線性掃描信號單炮的頻譜包絡(luò)線特征，將設(shè)計(jì)好的頻譜計(jì)算出對應(yīng)的時(shí)頻曲 線，再將時(shí)頻曲線計(jì)算出對應(yīng)的時(shí)間域掃描信號波形。
[0020] 該方法還可利用實(shí)際采集到的線性掃描信號單炮的頻譜包絡(luò)線作為非線性掃描 信號的頻譜，該頻譜考慮了不同頻率成分在地層中的吸收衰減特征，通過該頻譜設(shè)計(jì)出非 線性掃描信號。該方法充分考慮了實(shí)際地質(zhì)模型對各種頻率成分的吸收衰減程度的不同， 針對性的進(jìn)行非線性掃描信號的設(shè)計(jì)，降低常規(guī)線性掃描信號設(shè)計(jì)上的不足，最大程度的 提高地震波的有效能量。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法的一具體實(shí) 施例的流程圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中兩種不同掃描長度（6S和30S)的線性掃描信號 單炮的頻譜對比圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中線性掃描信號單炮頻譜包絡(luò)線的示意圖，選用的 是系統(tǒng)試驗(yàn)確定的生產(chǎn)所用的線性掃描信號單炮，對整個(gè)單炮進(jìn)行的頻譜分析，并根據(jù)頻 譜中能量的分布面積繪制的包絡(luò)線；
[0024]圖4為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中理論線性掃描信號頻譜的改造的示意圖，將線性 掃描信號單炮頻譜中A部分能量補(bǔ)充到B部分，并且使改造后的頻譜曲線光滑，曲線特征符 合圖3中所示的頻譜包絡(luò)線特征；
[0025]圖5為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中非線性掃描信號時(shí)頻曲線和非線性掃描信號的 示意圖，左圖為時(shí)頻曲線，可以看出優(yōu)勢頻帶部分所用時(shí)間較長，即能量相對較高，右圖為 該掃描信號波形圖；
[0026]圖6為本方法信號單炮與常規(guī)線性掃描信號單炮效果對比固定增益的示意圖，左 圖為本方法信號單炮，右圖為常規(guī)線性掃描信號單炮，可以看出本方法信號單炮目的層同 相軸更加清晰，信噪比更高；
[0027] 圖7為本方法信號單炮與常規(guī)線性掃描信號單炮效果對比（age)的示意圖，左圖 為本方法信號單炮，右圖為常規(guī)線性掃描信號單炮，可以看出本方法信號單炮目的層同相 軸更加清晰，信噪比更高；
[0028] 圖8為本方法信號單炮與常規(guī)線性掃描信號單炮效果對比（30-60HZ)的示意圖， 左圖為本方法信號單炮，右圖為常規(guī)線性掃描信號單炮，可以看出本方法信號單炮目的層 同相軸更加清晰，信噪比更高；
[0029] 圖9為本方法信號單炮與常規(guī)線性掃描信號單炮頻譜對比的示意圖，左圖為本方 法信號單炮頻譜，右圖為常規(guī)線性掃描信號單炮頻譜，可以看出本方法信號單炮頻譜中優(yōu) 勢頻帶能量顯著的得到提高（圖中藍(lán)線以上面積），頻帶寬度拓寬（_24dB)5Hz;
[0030] 圖10為本方法信號剖面與常規(guī)線性掃描信號剖面效果對比的示意圖，上圖為本 方法信號剖面，下圖為常規(guī)線性掃描信號剖面，可以看出本方法信號剖面中信噪比更高，目 的層成像更加清晰，反射信息更加豐富，對于指導(dǎo)油氣勘探是非常有利的。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施 例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
[0032] 如圖1所示，圖1為本發(fā)明的基于實(shí)際資料頻譜特征的非線性掃描信號設(shè)計(jì)方法 的流程圖。
[0033] 在步驟101，采用兩種掃描長度信號進(jìn)行線性掃描。在一實(shí)施例中，一個(gè)較短掃描 長度，另一個(gè)較長掃描長度。所述的設(shè)計(jì)的不同掃描長度的線性掃描信號，這兩種掃描信號 的長度要求采用相同的起始頻率和終止頻率，采用相同的斜坡和出力，兩種信號僅僅是在 掃描長度的不同，而這兩種信號的掃描長度要求有一定的差距，例如6S和30S，這樣有利于 對比分析哪些頻率成分能夠更好的穿透地層，獲得比較高的反射能量，哪些頻率成分穿透 地層的能力較弱，衰減較多。流程進(jìn)入到步驟102。