电磁式可控震源地震信号检测关键技术研究

发布时间：2017-04-22 18:09

  本文关键词：电磁式可控震源地震信号检测关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可控震源具有安全、环保、参数可控等优势，被广泛应用于地震勘探中。对比石油勘探中常用的液压式可控震源，基于电磁感应原理的电磁式可控震源激发信号频带范围更宽，在浅层高分辨率地震勘探领域拥有更广阔的应用前景。本文针对自主研发的便携式高频可控震源系统（Portable High-frequency VibratorSystem，PHVS），围绕可控震源地震信号检测理论、方法、数值模拟、野外实验等方面，进行了电磁式可控震源地震信号检测的关键技术研究。 由于电磁式可控震源激发信号为长时间连续扫描的调频信号，采集的原始地震记录中，反射波等有效信号与其它干扰信号混杂在一起，直接获得的信号无法识别反射波的到时。同时，由于便携性设计的要求，电磁式可控震源激发信号能量较弱，原始地震记录中的有效信号通常淹没在较强的环境噪声中，信噪比较低。必须通过特定的检测技术，获得与炸药等脉冲震源相似的地震记录。因此，研究高精度的可控震源地震信号检测方法具有重要意义。 目前，电磁式可控震源地震信号检测一般采用基于震源扫描信号或基板附近信号作为参考信号的互相关检测技术。但通过与国外液压式可控震源地震数据的对比研究发现，上述检测方法在复杂地质条件下存在子波到时误差和虚假多次波信号问题。本文系统地分析了产生上述问题的理论原因，并提出基于重构激发信号的相关检测方法（A Correlation Detection Method Based on the ReconstructedExcitation Signal，CDMBRES）。该方法通过提取基板附近信号中的直达波信号来估计震源激发信号，并将其作为相关检测的参考信号，再应用谱白化技术进一步提高检测结果的分辨率。在数值模拟结果中，重构激发信号与理论激发信号达到高度线性相关，采用CDMBRES获得的检测结果与介质模型一致。在野外实验数据应用中，电磁式可控震源PHVS500采用CDMBRES获得的检测结果在子波到时和波形特征上与输出力相差100倍的液压式可控震源MiniVib T15000一致，且近偏移距端浅层部分平均信噪比提高约1.75dB，同相轴更加连续，可识别层位更丰富，分辨率得到明显改善。根据上述结果可知，CDMBRES有效解决了电磁式可控震源常规检测技术在复杂地质条件下地震勘探存在的问题，为便携式可控震源地震信号的高精度检测提供了关键技术。 然而，随着勘探成本逐步提高，单震源激发方法已经不能满足经济发展对能源的需求。为提高地震勘探的生产效率，本文进一步研究了多震源并行激发及其地震信号检测技术。首先研究了交替扫描、滑动扫描和大间隔距离同时扫描等常规高效采集技术的原理，并将技术应用到野外实验中，对比单震源采集方法，生产效率得到明显提高，且地震信号检测结果一致。随后针对采集效率更高的多震源并行激发技术，设计了3种不同的并行激发方法，并针对采集的混合地震记录，提出了有效的地震信号检测方法。 在基于反演和空间几何滤波的混合地震记录检测方法中，布置n台震源，对各震源扫描信号进行相位编码并添加随机激发延迟，并行激发n次。采用线性反演的方法初步分离后，，再通过空间几何滤波进行一步分离，检测得到各炮点的单震源地震记录。但是该方法必须考虑单炮点垂直叠加次数n，震源数量不能过多，因此生产效率提高有限。 为了不受震源数量限制，进一步提高生产效率，研究了基于迭代滤波的混合地震记录检测方法。该方法可布置任意数量的可控震源，为各震源设计相同的扫描信号，随机延迟的并行激发。针对混合地震记录，首先从共炮点集变换到其它道集，混合噪声从连续形式转换为随机噪声形式，再应用多方向中值滤波等技术进行迭代去噪，最后变换回共炮点集，检测得到各炮点的单震源地震记录。但是该方法运算较复杂，且震源数量越多，检测效果越差。 为了简化检测算法，从震源扫描信号角度出发，研究了基于随机分段扫描的混合地震记录检测方法。该方法同样可布置任意数量的可控震源，基于随机数理论将扫描频带和扫描时间随机分段，为各震源设计独立性较强的扫描信号，互不干扰的并行激发。地震仪连续记录，形成一个大的混合地震记录，基于匹配滤波技术检测到各炮点的单震源地震记录。该方法简单高效，但对震源要求较高，需要做好质量控制。 将三种方法分别应用在数值模拟和野外实验数据中，在有效提高生产效率的同时，检测结果与单震源常规激发地震记录相比，子波到时相同，形态特征一致，相关系数较高，信噪比下降较小，充分证明了本文研究的混合地震信号检测方法的有效性。 综上，本文针对电磁式可控震源，研究了单震源常规激发和多震源并行激发两类采集方法的地震信号检测关键技术，对于便携式可控震源高分辨地震勘探具有重要意义。
【关键词】：电磁式可控震源 相关检测 参考信号 多震源并行激发 混合地震记录检测
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.4
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 研究背景和意义14-16
• 1.2 研究进展与现状16-25
• 1.2.1 可控震源地震勘探研究进展与现状16-20
• 1.2.2 可控震源地震信号检测技术研究进展与现状20-22
• 1.2.3 多震源并行激发混合地震信号检测研究进展与现状22-25
• 1.3 研究内容与组织结构25-28
• 第2章 可控震源地震勘探及其信号检测原理28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 可控震源地震勘探基本原理28-32
• 2.2.1 地震勘探工作流程28-29
• 2.2.2 可控震源地震勘探原理29-32
• 2.3 电磁式可控震源系统分析32-35
• 2.3.1 总体结构32-33
• 2.3.2 电控系统33-34
• 2.3.3 激震体34-35
• 2.4 高分辨率地震勘探基础理论35-37
• 2.4.1 分辨率35-36
• 2.4.2 分辨率与信噪比的关系36-37
• 2.5 可控震源地震信号检测方法37-42
• 2.5.1 可控震源地震信号检测基本方法38-39
• 2.5.2 互相关检测原理研究39-41
• 2.5.3 互相关检测方法研究41-42
• 2.6 小结42-44
• 第3章 基于重构激发信号的电磁式可控震源互相关检测方法研究44-74
• 3.1 引言44
• 3.2 复杂地质条件下常规互相关检测方法存在的问题44-52
• 3.2.1 问题描述44-48
• 3.2.2 问题分析48-52
• 3.3 重构震源激发信号原理52-53
• 3.4 基于重构激发信号的互相关检测方法53-56
• 3.4.1 重构震源激发信号53-54
• 3.4.2 互相关检测54
• 3.4.3 谱白化处理54-56
• 3.5 数值模拟结果56-65
• 3.5.1 模拟参数56-58
• 3.5.2 模拟结果及分析58-65
• 3.6 野外实验数据分析65-72
• 3.6.1 吉林长春秦家屯可控震源实验65-68
• 3.6.2 甘肃金昌铜镍金属矿可控震源实验68-72
• 3.7 小结72-74
• 第4章 可控震源高效采集技术研究74-86
• 4.1 引言74
• 4.2 可控震源高效采集技术74-79
• 4.2.1 交替扫描技术74-76
• 4.2.2 滑动扫描技术76-78
• 4.2.3 大间隔距离同时扫描技术（DS3）78-79
• 4.3 多震源并行激发采集理论79-85
• 4.3.1 多震源并行激发采集方法80-83
• 4.3.2 混合地震记录检测方法83-85
• 4.4 小结85-86
• 第5章 多震源并行激发与混合地震记录检测方法研究86-112
• 5.1 引言86
• 5.2 基于反演与空间几何滤波的多震源并行激发技术研究86-95
• 5.2.1 采集方法设计86-87
• 5.2.2 基于线性反演与空间几何滤波的检测方法87-89
• 5.2.3 数值模拟结果及分析89-95
• 5.3 基于迭代去噪法的多震源并行激发技术研究95-103
• 5.3.1 采集方法设计95-96
• 5.3.2 基于迭代去噪的检测方法96-98
• 5.3.3 数值模拟结果及分析98-100
• 5.3.4 野外实验结果及分析100-103
• 5.4 基于随机分段扫描信号的多震源并行激发技术研究103-110
• 5.4.1 采集方法设计103-106
• 5.4.2 基于匹配滤波的检测方法106
• 5.4.3 数值模拟结果及分析106-109
• 5.4.4 野外实验结果及分析109-110
• 5.5 小结110-112
• 第6章 总结与展望112-116
• 6.1 全文总结112-114
• 6.2 工作展望114-116
• 参考文献116-126
• 攻读博士学位期间的科研成果126-128
• 致谢128

【参考文献】

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本文编号：320974