海洋電磁式地震可控震源信號掃描方式研究

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1、海洋電磁式地震可控震源信號掃描方式研究＋國家“十一五”“863”計劃(2006AA09Z335)和國家自然科學研究基金(40574079)共同資助*陳祖斌czb@jlu.edu.cn陳祖斌*孫鋒林君吉林大學儀器科學與電氣工程學院，長春，130026地球信息探測儀器教育部重點實驗室(吉林大學)摘要：地震勘探技術是目前國內外海洋油氣資源勘探開發(fā)的一種重要手段，可控震源的掃描方式對于可控震源地震勘探的分辯率具有非常重要的影響，在可控震源的發(fā)展過程中，許多學者對可控震源的掃描方式進行了研究。但是由于在海洋環(huán)境下地震調查工作載體行進過程對震源工作的影響，

2、海洋電磁式可控震源無法完成陸地可控震源的定點長時間掃描工作，或者獲取掃描后“聽”的間隙時間，因此需要為海洋電磁式可控震源設計一種可靠的信號掃描工作方式。在現(xiàn)有可控震源技術的研究基礎上，結合海洋電磁式可控震源的特點，對相關時延估計算法進行研究，通過計算機仿真實現(xiàn)了一種適合于海洋電磁式可控震源的掃描方式，并對可控震源-海水能量耦合系統(tǒng)進行測試，得到了可用的可控震源掃描信號地震子波。關鍵詞：可控震源，地震勘探，掃描方式，相關噪聲引言近年來，隨著科學技術的高速發(fā)展，海洋因其經(jīng)濟上的巨大潛力和戰(zhàn)略上的重要地位越來越被人們所重視。從國內外海洋油氣資源的勘探

3、開發(fā)來看，海洋地震勘探技術是海洋探測和油氣勘探的一種支柱技術，也是獲取海洋環(huán)境、資源、能源、權益信息的重要技術手段。高分辨率地震是提高地震勘探地質效果的有效手段之一，提高地震資料的信噪比和分辨率的諸多因素中，震源無疑是最重要的因素之一。在海洋地震震源市場中，氣槍震源一直占據(jù)著主導性的地位，實際工作中，氣槍震源子波的能量與頻寬是一對矛盾[1]，二者很難兼顧。另外，氣槍震源通過高壓空氣釋放到水中后迅速膨脹，而產生壓力脈沖形成地震子波，顯而易見，不同的海水環(huán)境難以保證空氣能量釋放信號的一致性。在近海水域以及某些環(huán)境敏感區(qū)域的高分辨率地震勘探中，科學家

4、們一直在尋求一種更安全、更有效的替代震源。1967年，ChaliesL.Robinson[2]等人將地震勘探與聲納技術進行了有機的結合，基于此思想，Robinson等人在美國Texas、Louisiana、Missippi等地的海濱用MarineVibroseis系統(tǒng)得到了高分辨率的近海海域地震剖面。1987年，荷蘭的GuidoBaeten[3]等科學家基于同樣的原理通過MarineVibrator與海底耦合模型的研究，對開展海底可控震源地震勘探研究進行了積極的嘗試，并發(fā)展成為當前市場上由IndustrialVehiclesInternatio

5、nal,Inc.推廣的應用于環(huán)境領域的海洋可控震源。2006年7月，PGS（PetroleumGeo-Services）美國公司的RuneTenghamn[4]在AESC2006（AustralianEarthSciencesConvention）會議上，介紹了PGS的最新研究成果[5]：一種基于FlextensionalShell結構的電磁式海洋可控震源，該震源以2個激震器為1組，完成6~100Hz頻程的掃描，其中1個工作在6~20Hz頻段，而另一個工作在20~100Hz頻段，激震器在各自的工作頻率范圍內，保證最大激震力的輸出。但該類震源的局

6、限性體現(xiàn)在其定點工作方式上，讓地震數(shù)據(jù)采集工作載體停止后進行相應的記錄其難度較大，該缺陷大大制約了同類海洋可控震源的推廣。與國外相比，我國的可控震源技術整體滯后。在陸地可控震源方面，我國從80年代起開始基于對國外裝備的仿制，進行可控震源的國產化研制。1995年，吉林大學（原長春地質學院）開始了基于電磁驅動的高頻可控震源的研制[6,7,8,9]，并于1999、2005年相繼推出了500N、10000N輸出力的輕便型電磁式可控震源，該震源系統(tǒng)工作頻率為10~2000Hz之間，并以此為原型，開始研制國內首臺適合于海洋地震勘探的電磁式可控震源。本文提出

7、一種基于海洋電磁式可控震源的掃描方式，由數(shù)字合成單元產生掃描信號，經(jīng)過功率放大器后驅動置于海水中的電磁激振器，激震器通過特定的傳動裝置激勵海水，產生完全可重復的地震勘探信號。1.可控震源信號掃描技術在可控震源技術發(fā)展的過程中，許多著名學者對掃描技術進行了研究，目前在野外的實際工作中，Chirp信號線性掃描仍是一種最基本的掃描方式，其數(shù)學表達式為:（1）圖1掃描信號的自相關函數(shù)Figure1Auto-correlationfunctionofsweepsignal自相關衰減包絡線性掃描旁瓣主瓣1.00.80.60.40.2-0.2-0.4-0.6

8、-0.8-1.000時間歸一化幅度其中A是信號幅度,=頻帶寬度,T為掃描時間長度,t是記錄時間變量,為起始頻率,為終止頻率,中心頻率。線性掃描的主要描