可控震源混頻同步激發(fā)方法

摘要： 常規(guī)可控震源實(shí)現(xiàn)低頻激發(fā)需要延長掃描信號的掃描長度，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低、采集成本增加。為此，提出可控震源混頻同步激發(fā)方法，該方法將長掃描信號拆分成若干短掃描信號，進(jìn)行同步混頻激發(fā)，實(shí)現(xiàn)可控震源時(shí)序單頻依次掃描向多頻同步激發(fā)的轉(zhuǎn)變。激發(fā)方式可采用組合同步激發(fā)和獨(dú)立同步激發(fā)，其中組合同步激發(fā)資料信噪比高，混疊噪聲小；獨(dú)立同步激發(fā)效率更高，但混疊噪聲略高。現(xiàn)場試驗(yàn)證明：可控震源混頻同步激發(fā)不僅生產(chǎn)效率高，而且混疊噪聲小；在資料處理時(shí)無需進(jìn)行特殊的去混疊處理，地震數(shù)據(jù)質(zhì)量即可大幅提高。事實(shí)證明，可控震源混頻同步激發(fā)方法是常規(guī)可控震源低頻勘探技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化的有效方案。

關(guān)鍵詞： 可控震源，組合同步激發(fā)，獨(dú)立同步激發(fā)，高效采集，混疊噪聲

中圖分類號：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000-7210. 2024. 05. 003

0 引言

隨著寬頻地震勘探技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，地震資料品質(zhì)和勘探精度均得到大幅提升。可控震源寬頻激發(fā)是寬頻地震勘探的核心，要實(shí)現(xiàn)寬頻激發(fā)，關(guān)鍵是降低可控震源掃描的最低頻率[1-2]。在可控震源地震勘探生產(chǎn)中，有兩類實(shí)現(xiàn)寬頻激發(fā)的方法：一是使用高精度寬頻可控震源[3-4]，采用線性低頻掃描信號進(jìn)行激發(fā)；二是使用常規(guī)可控震源，采用專門設(shè)計(jì)的非線性低頻掃描信號（用戶自定義掃描信號）進(jìn)行激發(fā)。

目前在國際地震勘探采集項(xiàng)目中，常規(guī)可控震源的應(yīng)用占據(jù)主導(dǎo)地位，并且油公司有強(qiáng)烈的低頻激發(fā)需求，因此，常規(guī)可控震源非線性掃描低頻激發(fā)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，但為保證低頻成分的能量需要較長的低頻段掃描時(shí)間。當(dāng)所設(shè)計(jì)的掃描信號掃描長度不夠時(shí)，信號總能量將會減少，資料信噪比降低，不利于地震資料成像。如果延長掃描信號的掃描長度，雖然能實(shí)現(xiàn)寬頻激發(fā)的效果，但由于非線性低頻掃描信號的時(shí)間過長，使生產(chǎn)效率較低，導(dǎo)致采集成本的增加。

為了提高生產(chǎn)效率和降低成本，可控震源高效采集技術(shù)[5-7]持續(xù)受到業(yè)界的青睞。近二十多年，可控震源高效采集技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段。2002 年，可控震源交替掃描技術(shù)開始應(yīng)用，震源組間無距離（D）限制，激發(fā)時(shí)間間隔（T）不小于聽時(shí)間與掃描時(shí)間之和，12 h 施工平均日效可達(dá)400 炮左右，且單炮記錄品質(zhì)高，無混疊噪聲；2003 年，可控震源滑動掃描技術(shù)開始規(guī)模應(yīng)用，震源組間也無距離限制，激發(fā)時(shí)間間隔大于聽時(shí)間但小于聽時(shí)間與掃描時(shí)間之和，12 h 施工平均日效可達(dá)2500 炮左右，但地震數(shù)據(jù)存在諧波干擾[8-13]；2009 年，距離分離同步掃描（DSSS） 技術(shù)和距離分離同步滑動掃描（DSSSS）技術(shù)開始陸續(xù)出現(xiàn)，并迅速整合優(yōu)化為動態(tài)滑動掃描（DSS）技術(shù)，且首次出現(xiàn)了可控震源高效采集的時(shí)間—距離（T-D）規(guī)則，24 h 施工平均日效突破萬炮，地震資料中不僅存在諧波干擾，還存在嚴(yán)重的鄰炮干擾，但是常規(guī)的處理方法仍能壓制相關(guān)噪聲；2012 年，在伊拉克魯邁拉三維地震采集項(xiàng)目，業(yè)內(nèi)首次應(yīng)用了節(jié)點(diǎn)獨(dú)立同步激發(fā)（ISSN）技術(shù)，震源組間保持2 km 的距離間隔，但不受時(shí)間間隔約束，12 h 施工平均日效在5300 炮左右；2017 年在阿曼PDO 三維地震采集項(xiàng)目，業(yè)內(nèi)首次應(yīng)用了超高效混疊采集（UHP）技術(shù)，遵循更寬松的T-D 規(guī)則，24 h 施工平均日效突破30000 炮，最高生產(chǎn)日效為54947 炮，是目前最高效的有T-D 規(guī)則制約的可控震源采集技術(shù)，但混疊噪聲更嚴(yán)重，需要采用專門的去混疊噪聲技術(shù)[14-19]進(jìn)行數(shù)據(jù)分離。

從可控震源高效采集技術(shù)的發(fā)展歷程可見，該技術(shù)的應(yīng)用不斷地提升采集效率，有效地降低了勘探成本。當(dāng)前常用的可控震源高效采集均由通過壓縮可控震源激發(fā)的時(shí)—空距離實(shí)現(xiàn)，即遵循T-D 規(guī)則，且T-D 約束越小，采集效率越高，但混疊噪聲越嚴(yán)重。

為了解決常規(guī)可控震源非線性掃描低頻激發(fā)時(shí)間長、效率低以及當(dāng)前可控震源高效采集中效率越高、混疊噪聲越大的問題，本文提出了一種可控震源混頻同步激發(fā)的方法，其核心思想是將原來的可控震源時(shí)序單頻依次掃描變革為多頻同步激發(fā)，即將原始長掃描信號切分成N 個(gè)短掃描信號，并分發(fā)給N 臺可控震源進(jìn)行同步激發(fā)。這樣，野外作業(yè)就由單臺震源掃描T 秒的方式變?yōu)橐唤MN 臺震源同時(shí)掃描T/N 秒的方式，可以大幅提高可控震源施工效率，并大幅降低采集混疊噪聲。

1 可控震源分頻掃描信號設(shè)計(jì)

1. 1 基礎(chǔ)掃描信號設(shè)計(jì)

根據(jù)工區(qū)地震勘探目標(biāo)要求以及已有地震資料分析結(jié)果，確定可控震源掃描頻率范圍、掃描長度以及驅(qū)動幅度等掃描參數(shù)，設(shè)計(jì)滿足要求的可控震源掃描信號，并進(jìn)行野外測試。最終確定的掃描信號作為分頻掃描信號設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)掃描信號S（t） （t 為掃描時(shí)間）。設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)掃描信號可分為兩類：一類是線性掃描信號；另一類是用戶自定義掃描信號。線性掃描信號掃描頻率隨時(shí)間線性變化，常用于常規(guī)勘探和高精度寬頻震源低頻勘探，信號如圖1a 所示；用戶自定義掃描信號一般為用戶根據(jù)勘探目標(biāo)和震源性能設(shè)計(jì)的一種掃描頻率隨時(shí)間呈非線性變化的掃描信號，在低頻段驅(qū)動幅度逐漸增大直至滿幅，多用于常規(guī)可控震源低頻勘探，信號如圖1b 所示。

1. 2 分頻掃描信號拆分段數(shù)確定

根據(jù)地震勘探項(xiàng)目配備的可控震源數(shù)量以及期望的施工效率，對基礎(chǔ)掃描信號進(jìn)行拆分，把基礎(chǔ)掃描信號拆分成N 個(gè)分頻掃描信號，并將其分發(fā)給由N 臺可控震源組成的一組震源。

拆分信號的個(gè)數(shù)N 受基礎(chǔ)掃描信號長度和勘探項(xiàng)目所用可控震源總臺數(shù)的制約。N 越大則分頻掃描信號的長度越短，施工效率越高。但是一個(gè)勘探項(xiàng)目中投入的可控震源總數(shù)是有限的，如果N 越大，每組需要的可控震源數(shù)量就越多，這將導(dǎo)致震源分組數(shù)量越少，施工效率不一定能夠有效地提高。所以，需要在震源的投入量和施工效率之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)以確定N。

1. 3 分頻掃描信號掃描長度及起止斜坡設(shè)計(jì)

1. 3. 1 分頻掃描信號掃描長度

把基礎(chǔ)掃描信號拆分成N 個(gè)分頻掃描信號，每個(gè)分頻掃描信號的長度相同。給定第一個(gè)分頻掃描信號的終止斜坡長度Tet1 以及兩個(gè)分頻掃描信號之間重疊部分的時(shí)間長度Top，比如600、400 ms 等，則分頻掃描信號掃描長度TS 的計(jì)算公式為