可控震源諧波影響因素分析及對(duì)策

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1、·采集技術(shù)·文章編號(hào)：１０００－７２１０（２０１４）０６－１０５３－０８可控震源諧波影響因素分析及對(duì)策劉斌＊①張志林①趙國勇①何京國①陶夏妍②（①中國石化地球物理公司勝利分公司，山東東營２５７１００；②西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都６１０５００）劉斌，張志林，趙國勇，何京國，陶夏妍．可控震源諧波影響因素分析及對(duì)策．石油地球物理勘探，２０１４，４９（６）：１０５３－１０６０．摘要在應(yīng)用可控震源進(jìn)行地震資料采集時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，諧波畸變包括振幅畸變和相位畸變，這些畸變會(huì)降低相關(guān)信號(hào)的質(zhì)量。本文從可控震源機(jī)械本身、地表耦合以及震源參數(shù)三個(gè)方面對(duì)諧波干擾產(chǎn)生的原因以及分布特征

2、進(jìn)行了分析。以可控震源振動(dòng)與大地耦合響應(yīng)、諧波能量與施工參數(shù)關(guān)系理論分析為基礎(chǔ)，對(duì)不同地表耦合程度和不同激發(fā)參數(shù)產(chǎn)生諧波的大小及對(duì)資料的影響程度進(jìn)行了科學(xué)分析和定量計(jì)算。在地表耦合上，首次提出了基于“半剛度”地表耦合諧波壓制技術(shù)，指出增加一次空振掃描可改善可控震源與疏松地表耦合效果。在震源參數(shù)上，分析了震源臺(tái)數(shù)、掃描長度、振動(dòng)次數(shù)、掃描寬度等參數(shù)對(duì)諧波出現(xiàn)時(shí)間和振幅能量的影響，建議采用“少臺(tái)、少次、低驅(qū)動(dòng)、長掃描”激發(fā)方式。關(guān)鍵詞可控震源諧波地表耦合震源參數(shù)半剛度中圖分類號(hào)：Ｐ６３１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ導(dǎo)致出現(xiàn)一組與掃描信號(hào)類似的諧波信號(hào)。該諧波以掃描信號(hào)頻率范圍的倍數(shù)出現(xiàn)，分別

3、叫二次諧波，三次諧波，……，Ｎ次諧波［３］。諧波畸變包括相位畸變和振幅畸變。諧振的產(chǎn)生主要與下述三個(gè)方面因素有關(guān)：第一是機(jī)械原因，由于可控震源的機(jī)械裝置與震動(dòng)裝置的非線性振動(dòng)而產(chǎn)生諧振；第二是與地表耦合程度密切相關(guān)，當(dāng)可控震源的震板與大地的耦合較差時(shí)，容易產(chǎn)生諧振；第三是可控震源的施工參數(shù)不合理容易產(chǎn)生諧振干擾。引言１在可控震源采集中，由于機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的非線性特性以及振動(dòng)裝置與大地的耦合關(guān)系，在可控震源采集中存在諧波畸變是不可避免的，而諧波畸變產(chǎn)生的原因多種多樣［１］。若想最大限度地減小可控震源信號(hào)畸變，就必須清楚諧波產(chǎn)生的原因，進(jìn)而有針對(duì)性地采取措施以減小震源諧波［２］。

4、自２０１０年以來，中國石化集團(tuán)公司在中國西部的眾多地震采集項(xiàng)目都應(yīng)用了可控震源，這些地區(qū)諧波干擾普遍比較嚴(yán)重。為了減小諧波對(duì)地震資料的影響，出現(xiàn)了許多壓制可控震源諧波的方法。本文結(jié)合近幾年可控震源的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)不同地表、不同可控震源施工參數(shù)與諧波的關(guān)系進(jìn)行了深入研究，以期通過選擇合適的施工參數(shù)和技術(shù)措施減小諧波對(duì)可控震源資料的影響。諧波分布特征在中國西部工區(qū)的單炮記錄上，諧波一般出現(xiàn)在震源炮點(diǎn)的正下方，呈現(xiàn)視主頻較高、頻帶較寬的特征，視主頻通常為１５Ｈｚ左右，頻率為６～６５Ｈｚ。諧波干擾混雜于原始記錄中，往往成片分布；出現(xiàn)在記錄上的時(shí)間及強(qiáng)弱毫無規(guī)律可言，同一震源炮點(diǎn)不同時(shí)

5、間以及相鄰震源炮點(diǎn)激發(fā)，諧波出現(xiàn)的位置、能量均有所差別［４～５］。２．２諧波的產(chǎn)生原因及其特征２地表耦合對(duì)諧波的影響及壓制方法３諧波產(chǎn)生原因由于振動(dòng)器產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的諧波畸變、失真，地表耦合理論分析可控震源與地表組成的耦合系統(tǒng)及大地受力如２．１３．１＊山東省東營市東營區(qū)中國石化地球物理公司勝利分公司地震勘探研究所，２５７１００。Ｅｍａｉｌ：３４２５３５３４＠ｑｑ．ｃｏｍ。本文于２０１３年８月１２日收到，最終修改稿于２０１４年９月２４日收到。石油地球物理勘探２０１４年１０５４圖１所示。諧波干擾的產(chǎn)生與特殊的地表?xiàng)l件有關(guān)，當(dāng)可控震源振動(dòng)時(shí)向大地施加的外力為由上式分析可知，密度在

6、地震響應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)?shù)乇砻芏冗^大或過小時(shí)，可控震源極易與大地形成共振耦合系統(tǒng)，即大地的固有頻率與可控震源振動(dòng)頻率一致，從而產(chǎn)生諧波。因此，當(dāng)?shù)乇硖不蛱洉r(shí)，震源底板和地面耦合不好，都會(huì)導(dǎo)致可控震源信號(hào)中諧波畸變變大。地表過硬，振幅畸變較大；地表過軟，由于松軟地層在壓縮階段和膨脹階段剛度會(huì)發(fā)生很大變化，導(dǎo)致相位畸變嚴(yán)重，特別是峰值相位的突變，增加了相關(guān)子波的旁瓣，諧波干擾更加復(fù)雜［６～１０］。Ｆ＝Ｒ０ｓｉｎ２π（ｆ１＋ａｔ）ｔ（１）２其中：Ｒ０為振幅；ｆ為頻率；ａ為相位；ｔ為時(shí)間。地表耦合對(duì)諧波影響３．２相同地表不同區(qū)域?qū)χC波影響３．２．１為了研究同一地表不同區(qū)

7、域地表耦合程度與諧波的關(guān)系，對(duì)中國西部ＮＭＨＤ工區(qū)硬地表山前礫石區(qū)和軟地表雅丹地貌區(qū)進(jìn)行諧波干擾影響分析。從硬地表的山前礫石區(qū)同一單炮不同區(qū)域諧波干擾分析（圖２）可以看出，諧波干擾相對(duì)較強(qiáng)，振幅畸變嚴(yán)重（圖２ａ），隨著時(shí)間的增加，諧波干擾能量呈逐漸減弱的趨勢（圖２ｂ）。連續(xù)抽?。保芭谶M(jìn)行諧波干擾定量分析（圖３），可以看出，由震源底板與地表耦合產(chǎn)生的諧波畸變（圖３ａ）能量變化大，一致性較差（圖３ｂ），頻帶較窄（圖３ｃ），主頻為１２Ｈｚ，有效頻寬為１０～１４Ｈｚ；由震源自身產(chǎn)生的諧波畸變圖１可控震源與地表組成的耦合系統(tǒng)