题名:&隐伏金矿床预测中的地震勘探险方法
答辩日期:&1999
中文摘要:&Based on brief introduction of seismic exploration and it's general developing situation, the seismic exploration method in field work implementation and some problems frequently encountered in field, which should be pay attention to, are analyzed in detail. The most economic field work techniques are emphasized. Then the seismic data processing flow and it's interpretation technique about the processing results are presented. At last four examples of seismic prospecting in gold deposits are showed. The main conclusions of our research are: 1. Seismic prospecting technique is a very efficient method in the prediction of concealed gold deposits. With appropriate application, it can absolutely reflect the detail underground geological structure in the condition of rugged area and complicated geological environment. 2. The field geometry should be designed and changed according to different kinds of objective exploration depth and ground situation. The best field implementing parameters which include offset, the distance between two adjacent traces, the quantity of dynamite and the depth of hole for explosion, should be determined with examination. Only this way, the high quality original seismic data can be gotten. 3. In seismic data processing, the edition of invalid trace and source gather, signal enhancement, velocity analysis and migration are the key steps. It has some different points with conventional processing and needs a new processing flow and methods which is suitable to the data acquired in rugged area and complicated geological environment. 4. The new common reflection area stacking method in crooked line data processing is an efficient method to improve the signal to noise ratio of seismic data The innovations of our research work are: 1. In the areas which were considered to be forbidden zone, we implement the seismic exploration in several gold deposits in China through our application. All acquire distinguished effects. This show the seismic exploration method is a new effective method in the prediction of concealed gold deposits. 2. We developed a set of seismic field work techniques and data processing which is suitable to complex environment, especially find a effective method in stacking and noise elimination in crooked line data processing. 3. In the field of seismic profile interpretation, through our research work, we are convinced of that: in different kinds of geological condition, the seismic reflection character are not same. For example the lava, the intrusion rock and sediment layers are different in the character of reflection structure and strength. So we accumulate some experience about seismic data interpretation in the area of gold deposits.
学位类别:&博士
推荐引用方式：
隐伏金矿床预测中的地震勘探险方法.梁光河[d].中国科学院地质与地球物理研究所,
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seismic是什么意思
音标：[ 'saizmik ]&&发音：&&
中文翻译英英解释adj.地震(性)的；由地震引起的；易生地震的。 a seismic area 震域；震区。 the seismic centre [focus, origin, vertical] 震源；震中，震央。 a seismic detector 地震检波器。 a seismic ray 地震线。 a seismic region 地震区。adv.-cally
例句与用法The quality of seismic data varies tremendously .地震资料的质量变化巨大。Most materials have different seismic properties .大多数物质都具有不同的地震的特性。Seismic signals are stored digitally in binary code .地震信号是以二进制编码的数字形式储存的。Migration of the seismic activity is found before a big event .发现了大震前地震活动性的迁移。Seismic sections show the response of the earth to seismic waves .地震剖面是地壳对地震波的响应。One method used in a geophysical exploration is called seismic method .地球物理勘探的一种方法就是地震法。Seismic amplifiers are multi-stage and have very high maximum gain .地震放大器是多级放大器，它有很高的增益。This is the manipulation or processing of the received seismic data .这就是对所接收的地震资料进行加工或处理。Noise has always been the most troublesome problem in seismic prospecting .噪声始终是地震勘探中最棘手的问题。Seismic velocity can occasionally be affected by porosity and temperature .孔隙率和温度有时也能影响地震波速。更多例句：&&1&&&&&&&&&&
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Copyright &
(京ICP备号)
All rights reservedMETHOD FOR DETERMINING BEST LOW-FREQUENCY SCANNING SIGNAL OF CONTROLLED SEISMIC SOURCE
WIPO Patent Application WO/
The present invention is a method for determining a best low-frequency scanning signal of a controlled seismic source. The method comprises: using equifrequency scanning signals, gradually increasing the output force of a seismic source to perform excitation, fitting the actually output maximum output force of actually measured low-frequency sampling points of the seismic source using the least square method, determining a low-frequency output curve of the controlled seismic source according to the focuses of a maximum fitted weight dropper displacement curve and a system flow curve, calculating the scanning duration of a low frequency range, and the frequency, the amplitude and the phase of each sampling point of the low frequency range, generating a scanning signal and practically testing same on the seismic source, and obtaining a best low-frequency scanning signal until the vibration results don't exceed the weight dropper displacement limit or the flow limit. The present invention enables low-frequency components of a scanning signal of a controlled seismic source to be apparently strengthened, is applicable to the existing controlled seismic source, and can exert the maximum potential of the low frequency of the controlled seismic source. The distortion of a low-frequency signal is small, and the output spectrum of the controlled seismic source is smoothly whitened, thereby being able to better protect the controlled seismic source.
Inventors:
TAO, Zhifei (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LIU, Zhigang (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
WANG, Jingfu (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LIU, Jinzhong (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
GUAN, Yezhi (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
CAO, Wuxiang (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LIANG, Xiaofeng (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
LEI, Yunshan (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
WANG, Yanjuan (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LI, Yangsheng (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
WANG, Guangde (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
XIAO, Ming (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
FA, Wei (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
MA, Tierong (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
XU, Liping (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
Application Number:
Publication Date:
09/26/2013
Filing Date:
05/09/2012
Export Citation:
CHINA NATIONAL PETROLEUM CORPORATION (ZHANG, Jie6 Liupukang Street, Xicheng District, Beijing 4, 100724, CN)
BGP INC., CHINA NATIONAL PETROLEUM CORPORATION (FANG, Xinyu189 Fanyang West Roa, Zhuozhou Hebei 1, 072751, CN)
TAO, Zhifei (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LIU, Zhigang (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
WANG, Jingfu (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LIU, Jinzhong (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
GUAN, Yezhi (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
CAO, Wuxiang (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LIANG, Xiaofeng (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
LEI, Yunshan (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
WANG, Yanjuan (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
LI, Yangsheng (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
WANG, Guangde (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
XIAO, Ming (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
FA, Wei (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hubei 1, 072751, CN)
MA, Tierong (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
XU, Liping (189 Fanyang West Road, Zhuozhou, Hebei 1, 072751, CN)
International Classes:
G01V1/28; G01V1/143; G01V1/147; G01V1/30
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Domestic Patent References:
WOA1N/AWOA1N/A
Foreign References:
CNACN1244260ACNACNA
Other References:
LIU, HONGBIN STATIC DESIGN OF THE VIBROSEIS, EOUIPMENT FOR PETROLEUM OILS GEO PHYSICAL PROSPECTING vol. 5, no. 4, December 1995, pages 17 - 24
TAO, ZHIFEI ET AL.: 'THE LATEST DEVELOPMENT OF LOWFREQUENCY VIBRATOR FOR SEISMIC, EOUIPMENT FOR GEO PHYSICAL PROSPECTING' vol. 20, no. 1, February 2010, pages 1 - 5
Attorney, Agent or Firm:
BEIJING ZHONGSHIYOU INTELLECTUAL PROPERTY AGENT LIMITED LIABILITY COMPANY (Room 108, Building 1 No.112 Ande Road, Xicheng Distric, Beijing 0, 100120, CN)
权 利 要 求
1、 一种确定可控震源最佳低频扫描信号的方法， 特点是通过以下具体步 骤实现：
1)使用常规可控震源，采用等频扫描频率，逐渐增加震源出力进行激发， 记录每次实测的低频段样点出力， 确定震源低频段样点实际输出最大出力； 2) 用最小二乘法对实测的震源低频样点实际输出最大出力进行拟合； 3)根据拟合的重锤最大位移曲线和系统流量曲线的焦点， 结合震源低频 特征曲线拐点的参考值， 得到低频特征曲线的拐点， 确定可控震源低频输出 曲线；
4) 采用下式计算低频段扫描时间长度： TL =iSb (9) 式中： ΓΛ—低频段扫描时间长度； /一低频段采样点数； 一采样周期； 5) 采用下式计算低频段每个采样点频率、 振幅及相位：
fn = - fm Alx rSb
o An = amfn + am-、fr、 +… + (12)
Ψη =9^ +2nSb ·/,,_, + sb)2 ·/ + sb)2 ·(；- ；_,)
式中： /,,一第"个采样点的频率； 《—采样周期个数； 一终了频率； fm 一满振幅最小频率； &—第《个采样点的振幅； 一满振幅扫描长度； sb— 采样周期； 《m—多项式系数； W—多项式次数； φ,,—第《个采样点的相位； /； 一第"个采样点频率的变化率， /,,' = (/,,-/m ,,2 ;
6) 根据具体控制系统信号格式要求生成扫描信号- s{t) = Α^ι^?πφ,) 式中： 一可控震源第/个采样点扫描信号； 4一第 个采样点的振幅； φ,—第 /个采样点的相位；
7 ) 生成的扫描信号在震源上实际测试， 记录震源振动结果， 如果发生震 源振动超出重锤位移限制或流量限制时，将超限频点的实测振幅值减少 2-6%， 重复步骤 2)至 7)直至振动结果不发生超出重锤位移限制或流量限制时得到 最佳低频扫描信号。
2、 根据权利要求 1的方法， 特点是步骤 1 ) 所述的逐渐增加震源出力是 0.5-1.5%。
3、 根据权利要求 1的方法， 特点是步骤 2 ) 所述的拟合按重锤位移限制 的曲线特征和流量限制的曲线特征进行。
4、 根据权利要求 1的方法， 特点是步骤 2 ) 所述的拟合采用实测的数据 ， 寻找次数不超过 m (m〈&N)的多项式：
= a0 + a i + a2f,2 + ... + aj (6) 来拟合实测的数据， 使偏差 最小；
所述多项式 （6 ) 中的系数^可由下面线性方程组求得：
式中： 一实测低频段某一具体样点； N一实测样点数； ： ?一拟合的第 /点 振幅； 4一实测的第 点振幅； /；一第 ?点频率； ^一单项式系数； _ /一单项式 次数； —拟合的多项式最高次数； ρ—各频点实测振幅与拟合振幅偏差和。
5、 根据权利要求 4的方法， 特点是所述的拟合的多项式次数在拟合受重 锤位移限制的曲线时 m=2， 拟合受流量限制的曲线时 m= 1。
6、 根据权利要求 1的方法， 特点是步骤 3 ) 所述震源低频特征曲线拐点 的参考值采用下式计算：
式中： 一某低频点频率； 一重锤有效行程； —重锤质量； Lp— 动泵额定单位流量； 一活塞面积。
7、根据权利要求 1的方法， 特点是步骤 4)所述的低频段采样点数 直是 采用下式计算样点振幅， 当样点振幅等于或大于 100%时求得： 式中： 一采样周期； /一起始频率； /,,一终了频率； 一扫描频率 频带； "一采样周期个数； 1≤ ≤<<； ;—第 /个采样点的频率； 4一第个采样 点的振幅； rm—满振幅扫描长度； 一满振幅最小频率； ^一多项式系数。
8、 根据权利要求 7的方法， 特点是所述满振幅扫描长度 ^用下式计算- Tm = T -nSb
式中： 7；—满振幅扫描长度； Γ一扫描长度；《—采样周期个数； 1≤"≤ ； 采样周期。
Description:
一种确定可控震源最佳低频扫描信号的方法 技术领域
本发明属于地震勘探中陆地可控震源扫描信号设计技术， 是一种确定可 控震源最佳低频扫描信号的方法。 背景技术
在油气工业领域， 地球物理勘探技术通常用于寻找和评价地下油气贮藏。 通过人工方法激发大地震动， 产生一个传入地下的地震波， 通常情况下， 至 少有部分的地震信号被地下地震反射层反射 （例如， 不同声阻抗地层间的界 面）。 这些反射信号被放置在地表附近、 水中或确定深度井中的地震检波器采 集， 同时利用地震仪器在地面上记录地震波在地下岩层中的传播情况。 通过 资料处理、 分析解释， 研究地下地质构造特征和地层岩性， 从而达到勘探石 油和天然气的目的。 地球物理勘探的一种方式是用一个脉冲能量源， 例如炸 药、 海上气枪， 产生一个地震勘探信号。 用脉冲能量源， 大量的能量在很短 的时间内被传入地下， 因此， 数据结果通常有相对很高的信噪比。 这有利于 后续数据处理操作。 另一方面， 用脉冲能量源造成一定的安全和环境问题。
从 1950年代后期到 1960年代前期， 一种被称作可控震源的地球物理勘 探新方法被应用。 可控震源勘探采用陆地或海上可控震源作为能量源进行地 震勘探。 在陆地实施地震勘探时， 可控震源将一个比脉冲能量源能量相当低 的信号传入地下， 但是可控震源可产生一个长时间的信号。
可控震源产生的地震勘探信号是个可控的， 包含不同频率， 可以传入地 下、 水中、 井下的扫频信号。 在陆地上使用可控震源时， 能量以扫频信号被 传入地下。 其特点是， 传入地下的能量是由液压系统驱动一个具有很大重量 的重锤上下振动产生的。 重锤通过和地面接触的平板， 将振动传入地下。 通 常情况下， 平板施加一个固定重量， 即压重。 当重锤上下运动时保证平板和 地面的接触。 由可控震源产生的勘探扫频信号是一个正弦、 连续的变频振荡 信号， 在给定频率范围内单调上升或下降。 地震勘探扫频信号大都在 2到 30 秒内， 地震勘探扫频信号的瞬时频率随时间呈现线性或非线性变化。 瞬时频 率变化与单位时间间隔的比率称为扫描变化率。 此外， 地震勘探扫频信号的 频率或以低频开始， 随时间增加的升频， 或以高频开始， 逐渐减少的降频。
可控震源勘探记录的地震数据 （以下简称可控震源数据） 是合成信号， 每个由许多反射的波列叠加在一起。 由于这些组合信号的特点是其时间长度 是反射间隔的好几倍， 因此从记录分辨每个反射是不可能的。 然而， 当可控 震源数据与扫频信号 （也称参考信号） 互相关后， 相关结果几乎与脉冲能量 源记录的结果差不多。
现代可控震源具有激发频率可控、 激发能量可控； 具有较高的激发信号 同步控制精度， 允许采用多台同步垂直迭加方式进行勘探作业， 且对环境影 响小等优点应用越来越广泛。
从上个世纪九十年代开始的研究表明， 地震数据中的低频信息 （1Ηζ? 3Hz) 被认为是最好的烃类指示 （HDI ) 信息。 低频也是目前解决火成岩类地 区 （能量屏蔽） 能量透射的主要技术手段之一。
早期地震数据中的低频信息主要来源于天然地震， 2000年以后发表的相 关文章集中在低频伴影领域的研究， 低频频率主要以 10Hz左右为主， 原因是 可控震源由于多种因素， 如重锤的最大位移、 震动泵的最大流量等制约， 在 低频能量输出方面受到限制。 目前常规人工地震无法满足更低的有效频率激 发的需求。 常规可控震源扫描时， 可控震源传入地下能量的大小由可控震源 的出力和扫描持续的时间决定。 可控震源的振幅有一些限制， 其中压重最为 重要， 为防止可控震源与大地脱耦， 压重必须超过最大向上作用力。 当然， 低频输出时还有其它一些限制。 就己经提到的， 地面力是由重锤和平板的振 动产生的， 传入地下的力等于重锤和平板的重量乘以它们各自的加速度之和。 在低频时， 重锤产生的力在地面力中占主要地位， 因此， 平板加速度相对于 重锤加速度可以忽略不计。 照此， 产生相同的地面力， 相对高频， 低频要求 重锤更大峰值速度和位移。 震源在固定出力水平作业的最低频率是由重锤最 大行程决定的。 震源在低频持续的时间是由扫描起始时储存在储能器的液压 油和液压系统的最大流量决定的。
因为不同因素影响低频信号， 现有可控震源技术产生的扫描信号中低频 信号的强度低。 常见的低频含量低的勘探扫描信号通过实验来验证。 其中， 一个初始的扫描信号在测试地点被执行， 考虑了被分析地层的地球物理特性， 施加在重锤上的出力， 为产生更强低频成份而改进重锤行程的专用可控震源。 然而， 这些技术代价高且耗时， 未产生一个预期或接近预期低频含量的勘探 扫描信号。 而另一方面， 根据信号处理理论设计的， 低频时逐渐增加驱动力， 没有考虑可控震源的机械性能和液压技术参数。
1977年第 25卷 《地球物理勘探》第 613-620页 Rietsch著的 "具有规定 功率谱的扫描信号" 中， 提出了恒定振幅包络线的扫描信号频变速率和其功 率谱密度之间的关系， 该关系是扫描功率谱和扫描信号频变速率成反比的事 实。 式中： 4—第 /个频点的振幅， t, )—第 /个频点的频变速率， 期望的最 大振幅。
Rietsch提出一种为扫描信号确定准确相位的方程（phase function), 该扫 描信号具有某个预定功率谱， 该方法可以用于设计常规可控震源低频段具有 预定功率谱的扫描信号。
2006年 WesternGeco 公司 jeffryes和 Martin开发了一种加强可控震源采 集低频成份的扫描方法， 即在标准的扫描基础上合成一个低振幅和低频的扫 描。 2008年 Bagaini和 Timothy Dean提出了一种设计可控震源扫描低频段的 方法， 即" MD-SWEEP"。该方法以被广泛接收的 Sallas模型为基础，根据 Sallas 模型的等效电路模型， 在不超过可控震源重锤的最大位移时， 优化可控震源 对出力功率谱密度的要求， 该方法尽可能的不依赖于近地表的弹性特性， 只 需输入制造商提供的可控震源典型的技术指标和地球物理勘探需要的地面力 功率谱密度。 为模拟震源， 用/ w代表满振幅最小频率， Z) 代表在这个频率 不超过重锤最大位移所能使用的最大出力。 因此在整个频域范围内， 不超过 重锤最大位移的出
达到给定驱动力功率谱密度 所需要的扫描变化率 由式（3 )所 确定：
DF f) (3 ) 某时刻传入地下的瞬时频率 /；由式 (4)所确定：
t, (/;) = f' SR{f df ( 4 ) 其中/ mm是所关心的最低频率， )是 ;的单调函数， 通过数学转换， 可 以得到传入地下瞬时频率 /, (t)。 最后， 扫描的幅值可由式 （5 ) 来表示：
a( = DF fi (0) sin(2;r ft {t)dt + a) ( 5 ) 其中 α为初始相位。
另外，如果由于能量需要而导致长扫描，例如 花在低频段扫描的时 间较长， 可通过增加震源台数来解决。 该方法在与可控震源机械和液压技术规范保持一致的情况下， 通过优化 设计驱动力和可变扫描速率， 加强了低频成分， 对陆上地震勘探产生了积极 的影响。
2009年 CGGVERITAS公司 Peter Maxwell和 John Gibson等人设计一种可 增加低频能量的伪随机扫描信号， 实际测试表明， 该扫描信号比一般长时间 低频扫描的出力更好。
2010年 CGGVERITAS公司在其官方网站上公布了 "EmphaSeis" 扫描 信号设计方法考虑了重锤最大位移、 系统最大流量约束设计加强低频成分扫 描信号， 只展示利用该方法设计的信号， 并未公开具体实现过程。
2010年 SHELL公司 Baeten, Guido Jozef Maria提出了一种加强低频成份 的扫描信号设计方法， 该方法合成了线性扫描和非线性扫描两部分， 提供了 非线性扫描部分的计算方法。
目前现有公开的方法虽然在低频信号设计应用方面取得了一定得成果， 但没有综合考虑振动器重锤行程、 可控震源的流量限制 （如泵的流量、 储能 器的作用等）； 而且没有考虑同样参数在不同控制系统上震源出力表现不一 致， 不能得到最佳扫描信号用于地震采集， 使常用型号的震源低频探勘性能 不能达到更佳效果。 发明内容
本发明目的是提供一种使可控震源扫描信号低频成分明显加强， 适用于 现有可控震源的确定可控震源最佳低频扫描信号的方法。
本发明提供以下技术方案， 具体步骤是：
1 ) 使用常规可控震源， 采用等频扫描频率， 以 1%逐渐增加震源出力进 行激发， 记录每次实测的低频段样点出力， 确定震源低频段样点实际输出最 大出力；
步骤 1 ) 所述的逐渐增加震源出力是 0.5-1.5%。
2) 用最小二乘法对实测的震源低频样点实际输出最大出力进行拟合； 步骤 2)所述的拟合按重锤位移限制的曲线特征和流量限制的曲线特征进 行。
步骤 2)所述的拟合采用实测的数据 ( ，^(,)寻找次数不超过 m(m<<N)的多 项 。 +"1/, +"2/,2 +'··+",,/,'" (6) 来拟合实测的数据， 使偏差
2 =∑(4 -∑" / )2
'=' 。 最小；
所述多项式 （6) 中的系数"可由下面线性方程组求的：
"。∑ f!" / 1 +...+<<m∑/,2m =∑ 式中： /一实测低频段某一具体样点； N一实测样点数； ： ?一拟合的第 /点 振幅； 4一实测的第 点振幅； /,一第 ζ·点频率； 一单项式系数； —单项式 次数； w—多项式次数； ρ—各频点实测振幅与拟合振幅偏差和。 所述的拟合的多项式次数在拟合受重锤位移限制的曲线时 m=2， 拟合受 流量限制的曲线时 m=l。
3 )根据拟合的重锤最大位移曲线和系统流量曲线的焦点， 结合震源低频 特征曲线拐点的参考值， 得到低频特征曲线的拐点， 确定可控震源低频输出 曲线；
步骤 3 ) 所述震源低频特征曲线拐点的参考值采用下式计算： 式中： Λ—某低频点频率； 一重锤有效行程； —重锤质量； Lp— 动泵额定单位流量； ^一活塞面积。
4) 采用下式计算低频段扫描时间长度： TL = iSk ( 9 ) 式中： 7^—低频段扫描时间长度； ?一低频段采样点数； 一采样周期； 所述低频段采样点数值是采用下式计算样点振幅， 当样点振幅等于或大 于 100%时求得：
式中： 一采样周期； 一起始频率； Λ—终了频率； [ ,/,,]一扫描频率 频带； 《—采样周期个数； 1≤/≤<<； /,—第/个采样点的频率； 4一第 ζ·个采样 点的振幅； 7；—满振幅扫描长度； 一满振幅最小频率； —多项式系数； m 一多项式次数。
所述满振幅扫描长度 Tm用下式求得：
Tm =T-nSb (U)
式中： 7；—满振幅扫描长度， Γ一扫描长度；《—采样周期个数； 1≤<<≤ ； 一采样周期。
5)采用下式计算低频段每个采样点频率、 振幅及相位-
式中： /,,一第"个采样点的频率； 《—采样周期个数； /,,一终了频率； fm 一满振幅最小频率； 4一第《个采样点的振幅； 7 —满振幅扫描长度； 一采 样周期； 。,,—多项式系数； 多项式次数； φ,,—第《个采样点的相位； /；- 第"个采样点频率的变化率， /,,' = (/,,- /m) 2±;
6)根据具体控制系统信号格式要求生成扫描信号-
式中： 一可控震源第 个采样点扫描信号； 4一第 个采样点的振幅； φ,—第 /个采样点的相位；
7) 生成的扫描信号在震源上实际测试， 记录震源振动结果， 如果发生震 源振动超出重锤位移限制或流量限制时，将超限频点的实测振幅值减少 2-6%， 重复步骤 2) 至 7) 直至振动结果不发生超出重锤位移限制或流量限制时得到 最佳低频扫描信号。
图 1可控震源低频信号；
图 2可控震源低频信号时频特性曲线 （参考 /出力）；
图 3 可控震源低频信号幅频曲线 （参考 /出力）；
图 4本发明信号频谱与现有技术低频信号频谱对比图；
图 5本发明信号与现有技术加强低频伪随机扫描信号出力对比图； 图 6本发明与现有技术低频信号出力频谱对比图；
图 7 AHV-IV362可控震源重锤位移特征拟合曲线；
图 8 AHV-IV362可控震源流量特征拟合曲线；
图 9拟合的 AHV-IV362震源低频段实际输出最大出力曲线；
图 10AHV-IV362震源同一出力 （70%) 连续三次测试结果；
图 11 AHV-IV362震源不同出力测试结果；
图 12 AHV-IV362震源实际输出结果。 具体实施方式：
本发明确定可控震源最佳低频扫描信号的方法， 例具体实施如下： 使用可控震源为 AHV-IV362, 其技术参数见表 1， 控制箱体为 VE464。
表 1 AHV-IV362相关技术参数 重锤有效行程 0.102m 峰值出力 269000N
震动泵单位流量 0.01009 m3/s 活塞面积 0.01329m2
( 1 )使用 AHV-IV362可控震源， VE464控制箱体， 测试 AHV-IV362可 控震源低频段 2Hz、 3Hz、 4Hz、 5Hz、 6Hz频点震源实际输出最大出力。 采用 的激发参数为： 扫描长度 6000ms， 起始斜坡和终了斜坡均为 500ms， 斜坡类 型为布莱克曼， 起始频率和终了频率等于所测低频点频率， 扫描类型为线性， 起始出力为 1%。并以 1%幅度逐渐增加震源出力进行激发，采用 VIBQC软件 测试并记录震源不同出力时该频点实际出力， 当 VIBQC所测该频点震源实际 出力不再增加或震源重锤行程达到限制时， 此时震源出力便为该低频点震源 实际输出最大出力。 AHV-IV362可控震源低频段 2Hz、 3Hz、 4Hz、 5Hz、 6Hz、、 7Hz频点震源实际输出最大出力测试结果见表 2;
表 2 AHV-IV362可控震源低频段频点实测最大出力
(2) 用最小二乘法对实测的 AHV-IV362震源低频样点实际输出最大出 力进行拟合； 拟合按重锤位移限制的曲线特征和流量限制的曲线特征进行； 对受重锤位移限制的特征曲线按二次拟合：
采用实测的数据 ( ，4)= (2， 15)、 （3， 35)、 （4， 50)、 （5， 65 )， 附加 0Hz出力为 0%的限定条件， 求得受重锤位移限制的特征曲线， 拟合结果见图 7所示；
对流量限制的特征曲线按一次进行拟合- 采用实测的数据 ( , 4 ) = (6， 73 ), (7， 85 ) 附加 OHz出力为 0%的限定 条件， 求得受流量限制的特征曲线， 拟合结果见图 8所示；
(3 )根据拟合的 AHV-IV362震源重锤最大位移曲线和系统流量曲线的焦 点， 将表 1中 AHV-IV362震源相关技术参数带入下式
式中： 一某低频点频率； 一重锤有效行程； —重锤质量； Lp—篾 动泵额定单位流量； ^一活塞面积。
计算的 AHV-IV362震源低频特征曲线拐点的参考值为 3.7Hz， 得到 AHV-IV362 震源低频特征曲线的拐点， 确定可控震源低频输出曲线， 见图 9所示；
(4)预求得起始频率为 2Hz， 结束频率为 80Hz， 扫描长度为 10s， 采样率 为 0.5ms的低频信号。则整个扫描区间采样周期个数《 = 20000， 《从1开始取值， 由下式求得相应的满振幅扫描长度；
Tm = T -nSb ( 11 ) 式中： 7 —满振幅扫描长度， Γ一扫描长度；《—采样周期个数； 1≤"≤ ~； —采样周期。
采用下式计算相应满振幅时的采样点振幅，求得当 /=12292时样点振幅达 到 100%。 式中： 一采样周期； 一起始频率 /,,一终了频率； [/,，/,,]一扫描频率频带； <<—采样周期个数； 1≤/≤<<； —第 /个采样点的频率； 4一第 f个采样点的振 幅； rm—满振幅扫描长度； /m—满振幅最小频率； 《,,—多项式系数； 一多项 式系数； Μ—多项式次数。 采用下式计算低频段扫描时间长度为： 3073ms。
式中： 7 —低频段扫描时间长度； ，·一低频段采样点数； 一采样周期；
(5 ) 采用下式计算 AHV-IV362震源起始频率 2Hz，扫描长度 3073ms， 采 样率 0.5ms的低频段每个采样点频率、 振幅及相位：
式中： /,,一第《个采样点的频率； "一采样周期个数； /,,一终了频率； fm 一满振幅最小频率； 4一第7个采样点的振幅； 7 —满振幅扫描长度； Sb— 采样周期； ^一多项式系数； M—多项式次数； φ,,—第《个采样点的相位； /,,'
—第《个采样点频率的变化率， = (6) 根据 VE464控制系统信号格式要求生成扫描信号， 见图 1-2所示； s( = 4 sin(2^&jo, ) ( 13 ) 式中： —可控震源第 个采样点扫描信号； 4一第 ζ·个采样点的振幅； φ,—第 /个采样点的相位；
(7) 将生成的扫描信号在震源上实际测试， 记录震源振动结果， 见图 10-12所示。未发生震源振动超出重锤位移限制或流量限制得到最佳低频扫描 信号。
工业实用性
本发明的主要内容是针对不同型号常规震源低频段样点实测出力， 用确 定的频域范围内各频点实际输出最大出力设计一个震源可以生产的加强低频 成份的扫描信号； 对设计出的扫描信号用震源实际测试， 根据测试结果修正 设计， 得到最佳扫描信号用于地震采集； 使每种型号的常规震源低频探勘性 能达到最佳。
本发明设计低频信号见图 1所示、 低频信号时频特性见图 2所示、 幅频 特性见图 3所示。 由图 1-3可见低频信号 3Hz; 低频 3Hz功率谱 -3db。
本发明与现有技术的低频信号相比本发明信号更加接近白谱， 见图 4所 示。 频率变化速率更加符合可控震源的响应能力， 见图 5所示。 由于现有技 术没有考虑到可控震源液压系统最大输出流量对可控震源低频振幅的限制， 也没有考虑到可控震源在各个频点的能够实际输出的最大幅值， 本发明充分 考虑震源限制因素， 震源实际输出频谱优于现有技术见图 6所示。
本发明使可控震源扫描信号低频成分明显加强， 适用于现有可控震源， 可发挥可控震源低频最大潜能， 低频信号畸变小可控震源输出频谱平滑白化， 对可控震源起到了更好的保护。
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