高效采集中可控震源干擾波的類型及壓制方法研究—以HSD地區(qū)為例

田根海 吳超

(中國石化地球物理公司勝利分公司,山東東營 257086)

高效采集中可控震源干擾波的類型及壓制方法研究—以HSD地區(qū)為例

田根海 吳超

(中國石化地球物理公司勝利分公司,山東東營 257086)

可控震源干擾波類型較多,常見的面波、線性干擾等通過處理技術(shù)可以消除,但是隨著可控震源高效采集的實施,可控震源的同源干擾和諧振干擾成為影響資料的一個重要因素。目前,物探行業(yè)的一些專家從采集和處理方法對其進行了一些研究。2013年,地球物理公司勝利分公司在HSD地區(qū)進行可控震源高效采集,通過對高效采集中干擾波產(chǎn)生機制及其特特點進行分析,結(jié)合實際資料,重點對不同的施工參數(shù)對干擾波的影響進行分析,通過選取合適的可控震源施工參數(shù),減小高效采集中可控震源干擾波的影響。

可控震源 高效采集 干擾波 施工參數(shù) 壓制

1 引言

可控震源以其施工方便、高效環(huán)保等優(yōu)點,得到越來越廣泛的應(yīng)用,尤其是在西部戈壁礫石等鉆井困難的地區(qū),可控震源的優(yōu)點顯現(xiàn),但是可控震源的干擾波一直是影響資料的一個重要方面[1]。報告從可控震源高效采集中干擾波類型及產(chǎn)生機制著手,對干擾波特性進行分析,主要從采集參數(shù)選擇方面進行壓制。

2 高效采集時可控震源干擾波類型及產(chǎn)生機制

可控震源高效采集時,受到的干擾波的類型較多,其中面波、線性干擾波、聲波等這些干擾在處理時,可以較好的消除,但同源干擾和諧振干擾對資料影響很大。

2.1 同源干擾

同源干擾是指多臺可控震源同時施工時,相互間的干擾。當(dāng)有兩組震源同時施工時,第一組可控震源的任意一臺可控震源可以與第二組中的任意一臺或幾臺同時震動,形成同步掃描。這兩組可控震源雖然間隔一定的距離,但是相互之間還是有一定的干擾,這種干擾就是同源干擾。

2.2 諧振干擾

諧振:由于震源的機械裝置與震動裝置的非線性震動以及震板與大地的耦合問題,在震源向下輸入能量的同時,產(chǎn)生的畸變[3]。這種畸變以掃描信號頻率范圍的倍數(shù)出現(xiàn),分別叫二次諧波、三次諧波……N次諧波。

諧振干擾在常規(guī)掃描和滑動掃描時,對資料的影響是不同的,常規(guī)掃描主要是影響自身資料,而在滑動掃描中,主要是下一炮對上一炮形成干擾。

諧振產(chǎn)生主要與震源機械自身因素、地表因素和施工參數(shù)引起的:

(1)機械原因。由于可控震源的機械裝置和震動裝置是非線性震動的,在震動過程中就會產(chǎn)生諧波畸變。

(2)地表原因。當(dāng)?shù)乇磉^軟或過硬時,可控震源與地表耦合較差,震動時就會產(chǎn)生諧振。但不同地表引起的諧波畸變不同:當(dāng)?shù)乇韴杂矔r,振幅畸變較大;當(dāng)?shù)乇硭绍洉r,相位畸變較大,增加了子波旁瓣;地表硬度適中區(qū)域,振幅和相位畸變都較小[4]。

(3)施工參數(shù)原因。可控震源施工時,采用合適的參數(shù)可以降低諧振干擾,從實際資料看,采用不同的施工參數(shù),諧振強度明顯不同。

3 可控震源高效采集是主要干擾波特性分析

通過上文分析,可控震源在高效采集時,主要干擾波為同源干擾和諧振干擾,下面對這兩個干擾波的特性進行分析。

3.1 同源干擾

同源干擾本質(zhì):在一定距離內(nèi),同時激發(fā)的單炮相互干擾。

同源干擾的特征有:(1)干擾強度與距離有關(guān)。同源干擾強弱主要與兩組震源的距離有關(guān),兩組震源的距離越近,干擾程度越強,淺、中、深的目的層都會被干擾,隨著同步距離的增加,同源干擾下移,影響程度降低。(2)與近地表條件有關(guān)。低降速帶厚度越薄、速度越高,相互間影響越大。(3)與目的層的傾向有關(guān)。當(dāng)在下傾方向激發(fā)上傾方向接收時,同源干擾的距離大于上傾激發(fā)下傾接收的距離。從以上特征分析看,同源干擾主要與施工參數(shù)和地表地質(zhì)條件有關(guān),但只有從施工參數(shù)方面可以進行降低干擾。

3.2 諧振干擾

諧振特征主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)出現(xiàn)位置。諧波出現(xiàn)沒有一定的規(guī)律性,在同一地表,這一炮諧振明顯,下一炮諧振可能不明顯,在同一位置,這次震動諧振明顯,下一次震動諧振可能不明顯。如果出現(xiàn),在常規(guī)掃描和滑動掃描中,出現(xiàn)的位置不同,在常規(guī)掃描中,一般出現(xiàn)在可控震源激發(fā)點的正下方,在滑動掃描中(線性升頻掃描),諧振出現(xiàn)在排列上,表現(xiàn)為下一炮對上一炮或幾炮的干擾。

(2)頻率特征。因為可控震源的諧波是以掃描基波的整數(shù)倍數(shù)出現(xiàn),所以,諧波的主頻較高,頻帶較寬。從HSD的實際資料看,諧波主頻為33Hz左右,頻寬在0-64Hz,而相鄰的非諧振區(qū),其主頻12Hz,頻寬0-36Hz。從不同頻率的分頻掃描看,諧波干擾頻段的主要主要為0-60Hz。

(3)能量特征。通過對諧振區(qū)的能量分析可以看出,在諧振區(qū),能量遠遠高于相鄰的非諧振區(qū)。但是在諧振的不同部位,諧振能量差別不是大。

(4)諧波出現(xiàn)時間。諧波出現(xiàn)的時間與掃描方式有關(guān),在線性升頻掃描中,諧波與基波相關(guān)后,諧波出現(xiàn)在相關(guān)的0時刻的左邊,后面的激發(fā)的單炮影響前炮的資料;采樣線性降頻掃描時,正好相反,諧振出現(xiàn)在相關(guān)的0時刻的右邊,即前面的激發(fā)的單炮影響后面的資料。

4 可控震源施工參數(shù)對干擾波的影響

通過以上分析,可控震源的施工參數(shù)與干擾波有密切關(guān)系,下面從同源干擾和諧振干擾兩個方面分析施工參數(shù)對干擾波的影響。

4.1 同源干擾

同源干擾主要是由于多臺可控震源同時工作的相互干擾,可以通過選擇合適的距離減小對目的層的同步掃描干擾。從實際資料看,在HSD地區(qū),當(dāng)兩臺震源的距離為6km時,干擾的最淺目的層深度為1．1m(雙程時);當(dāng)兩臺震源的距離為8km時,干擾的最淺目的層深度為1．3m(雙程時);當(dāng)兩臺震源的距離為10km時,干擾的最淺目的層深度為1．5m(雙程時);當(dāng)兩臺震源的距離為12km時,干擾的最淺目的層深度為1．7m(雙程時);基本是隨著距離的增大,干擾目的層深度是隨線性增加的。

4.2 諧振干擾

諧振產(chǎn)生有機械原因、地表原因和施工參數(shù)原因三個方面。

(1)機械方面。機械因素引起的諧振,我們在施工時很難克服。

(2)地表方面。地表因素中,對于堅硬地表用推土機將地表推平,確保振板在一個平面上,增加與地表的耦合度,巖石出露區(qū),能否在振板與地表間加一個緩沖墊之類的物質(zhì),以增加與地表的耦合。對于松軟地表,可以進行一次空震不記人磁帶,壓實地表。

(3)施工參數(shù)方面。施工參數(shù)對諧振的影響包括諧振出現(xiàn)時間和諧振能量兩個方面。同一施工參數(shù),在常規(guī)掃描和滑動掃描中,對諧波的影響是不同的,下面針對常規(guī)掃描和滑動掃描進行分析:

1)常規(guī)掃描:

①諧振出現(xiàn)時間。

從諧振出現(xiàn)和結(jié)束時間(線性升頻掃描)的公式為:

T1、T2、為諧振出現(xiàn)和結(jié)束時間,T為掃描時間,W為掃描頻寬,f1、f2為起始和終了頻率,k為諧振階數(shù)。

從上面公式可以看出,諧振出現(xiàn)與掃描長度、掃描的起始頻率、終了頻率和頻帶寬度有關(guān)。隨著掃描時間的延長,諧振出現(xiàn)時間向下移動,減小對目的層的影響。隨著起始頻率的增加,諧振起始時間向后推移,隨著終了頻率增加,諧振結(jié)束時間向后推移。隨著掃描頻寬的增加,諧振的起始頻率和終了時間都降低。即,在常規(guī)掃描中,隨著掃描時間的增長、起始和終了頻率的增加以及掃描頻寬的降低,諧波出現(xiàn)時間較晚。

另外, 與升頻掃描和降 頻掃描的掃描方式有關(guān),采用線性升頻掃描的方式有利于壓制諧波干擾。

②諧振能量。

2)滑動掃描:滑動掃描中,諧振對上炮資料的影響主要表現(xiàn)為最小干擾時間和最低干擾頻率。Fmin＝KW(S-L+P)/[(K-1)*T]Tmin＝S+P-T2,從公式可以看出,增加增加滑動掃描時間S、增加掃描頻寬W、減少掃描長度T都有利于壓制諧波干擾。

從實際資料看,隨著滑動時間的增加,諧振干擾逐漸降低,隨著掃描頻寬的增加,諧振干擾逐漸降低,隨著掃描長度的增加,諧振干擾能量逐步降低。

5 結(jié)語

通過以上分析,可以得出以下結(jié)論:

(1)可控震源的同源干擾和諧振干擾是影響可控震源資料的一個重要因素,通過選擇合適的激發(fā)距離可以降低或消除同源干擾;但諧波干擾是不可避免的,根據(jù)地質(zhì)任務(wù)情況合理的設(shè)計參數(shù),可以減小諧波干擾程度。

(2)常規(guī)掃描中,諧波主要影響近偏移距的資料,可以通過“少臺、少次、寬頻、長掃描”的線性升頻方式減小諧波干擾;在滑動掃描中,是下一炮諧波影響上一炮的資料,通過增加滑動震源距離、延長滑動時間、拓寬掃描頻帶、減小掃描長度,可以降低諧波干擾。

[1]陸基孟.地震勘探原理[M].北京:石油大學(xué)出版社,1993,242.

[2]王偉.滑動掃描中TDMA數(shù)字電臺參數(shù)應(yīng)用分析[J].石油儀器,2012,26(5):26-28.

[3]林君.電磁驅(qū)動可控震源地震勘探原理及應(yīng)用 [M].第一版.北京:科學(xué)出版社,2004,47.

[4]曹務(wù)祥,張慕剛.滑動掃描諧振分析[J].石油地球物理勘探,2005,40(5):499-503.

田根海,男,高級工程師,主要從事地震勘探采集技術(shù)研究。