基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可控震源地震采集技术，特别是涉及到一种基于实际资料频谱特征的 非线性扫描信号设计方法。
【背景技术】
[0002] 目前可控震源地震勘探采集技术是陆上地震勘探采集技术发展的趋势，由于可控 震源较炸药震源存在频率能量可控、安全环保、成本低、施工效率高等诸多优点，所以越来 越受到各大石油地球物理石油公司的追捧。扫描信号是影响可控震源地震采集单炮质量的 重要影响因素，不同的扫描信号将收获不同质量的地震采集质量。
[0003] 常规地震采集中采用的都是线性扫描信号，该信号的频谱是比较理想的频谱特 征，频带很宽，频谱曲线表现为线性，各个频率成分能量都是相同的，然而实际地质模型对 不同频率成分的吸收衰减程度是不同的，高频部分吸收衰减较大，中低频部分相对吸收衰 减较小，这就使得理论设计的线性扫描信号频谱在实际中是得不到的，尤其是在低信噪比 地区，即使在理论设计中对高频部分提高数倍，仍然由于强烈的吸收衰减，使得高频部分能 量的提高微乎其微，造成了设计上的浪费，这就需要根据实际地质模型对频率的吸收衰减 程度进行重新设计。为此我们发明了一种新的基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设 计方法，解决了以上技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种最大程度的提高地震波的有效能量的基于实际资料频 谱特征的非线性扫描信号设计方法。
[0005] 本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于实际资料频谱特征的非线性扫描 信号设计方法，该基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设计方法包括：步骤1，采用 两种扫描长度信号进行线性扫描；步骤2,对这两种线性扫描后的单炮频谱资料进行分析， 找到通过延长扫描长度提高能量有效频率和提高能量无效频率的分界点；步骤3,根据该 分界点，对常规生产用的线性扫描信号的频谱进行优化；以及步骤4,当优化后的频谱曲线 符合线性扫描信号单炮的频谱包络线特征时，根据该优化后的频谱曲线计算出时频曲线， 根据该时频曲线计算得到时间域非线性扫描信号的波形。
[0006] 本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0007] 在步骤1中，进行线性扫描的两种扫描长度信号为一个较短扫描长度，另一个较 长扫描长度，该两种扫描长度信号的长度采用相同的起始频率和终止频率，采用相同的斜 坡和出力，扫描长度有一定的差距。
[0008] 在步骤2中，通过对比分析获取哪些频率在实际工区中穿透地层能力强，哪些频 率穿透地层能力弱；确定出哪些频率通过延长扫描长度能量提升明显，也就是确定出有效 频带范围，哪些频率通过延长扫描长度能量提升不太明显或根本就没变化，找到通过延长 扫描长度提高能量有效频率和提高能量无效频率的该分界点。
[0009] 在步骤2中，将扫描长度长的单炮频谱和扫描长度短的单炮频谱进行叠合显示， 以识别出哪些频率能量存在差异，从而确定出有效频带范围。
[0010] 在步骤3中，该常规生产用的线性扫描信号是在常规生产前通过系统试验确定出 的线性扫描信号，以该分界点作为在频谱上修改的分界线，高于该分界点的频率成分适当 降低能量，低于该分界点的频率成分适当提高能量，提高和降低的能量大致相当，即扫描 信号的扫描长度保持不变，提高和降低能量的大小由频谱曲线特征决定。
[0011] 在步骤4中，该频谱包络线为该常规生产用的线性扫描信号单炮的频谱包络线， 包络线特征是曲线光滑，并且优势频带突出，高频部分能量略低。
[0012] 在步骤4中，当优化后的频谱曲线不符合线性扫描信号单炮的频谱包络线特征 时，流程返回到步骤3。
[0013] 在步骤4中，在计算时频曲线时，根据线性扫描信号频谱能量在频率[fl，f2]范 围内的分布函数为S(f)，扫描信号的的总能量为扫描长度T，而频谱上能量密度与对应的 扫描时间密度a的关系为：
[0014]
[0015] 由此可得到扫描信号时间-频率分布函懲
[0016] 其中，fl是起始频率，f2是终止频率，t表示频率在时间上的分布，其值表示对应 的瞬时频率f的能量S(f)分配的扫描时间。
[0017] 该基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设计方法还包括，在步骤4之后，将 该时间域非线性扫描信号和该常规生产使用的线性扫描信号在同一地点进行野外试验，对 比这两种单炮的分频扫描、频谱，通过对比分析判断单炮整体信噪比提升是否明显，该时间 域非线性扫描信号高频部分资料是否损失较大，当达不到提高信噪比要求，或高频损失比 较明显时，流程返回到步骤3。
[0018] 在对这两种单炮进行对比分析时，当信噪比的提高达到要求并且非线性扫描单炮 中的高频部分资料损失不大时，输出该时间域非线性扫描信号
[0019] 本发明中的基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设计方法，该方法适合于低 信噪比地区提高地震资料的信噪比，首先需要获得该地区哪些频率通过延长扫描长度后， 其频率能量能够明显得到提高，即哪些频率是优势频率，哪些频率即使延长扫描长度后，其 频率能量仍然提升不明显，通过对比两种不同扫描长度的线性扫描单炮的频谱，获得哪些 频率是优势频率，然后对常规生产用的线性扫描信号的频谱进行优化，保持信号扫描长度 不变，适当降低高频部分能量，补偿到优势频带部分，优化后的频谱曲线要求光滑，并且其 特征符合常规线性扫描信号单炮的频谱包络线特征，将设计好的频谱计算出对应的时频曲 线，再将时频曲线计算出对应的时间域扫描信号波形。
[0020] 该方法还可利用实际采集到的线性扫描信号单炮的频谱包络线作为非线性扫描 信号的频谱，该频谱考虑了不同频率成分在地层中的吸收衰减特征，通过该频谱设计出非 线性扫描信号。该方法充分考虑了实际地质模型对各种频率成分的吸收衰减程度的不同， 针对性的进行非线性扫描信号的设计，降低常规线性扫描信号设计上的不足，最大程度的 提高地震波的有效能量。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设计方法的一具体实 施例的流程图；
[0022] 图2为本发明的一具体实施例中两种不同扫描长度（6S和30S)的线性扫描信号 单炮的频谱对比图；
[0023]图3为本发明的一具体实施例中线性扫描信号单炮频谱包络线的示意图，选用的 是系统试验确定的生产所用的线性扫描信号单炮，对整个单炮进行的频谱分析，并根据频 谱中能量的分布面积绘制的包络线；
[0024]图4为本发明的一具体实施例中理论线性扫描信号频谱的改造的示意图，将线性 扫描信号单炮频谱中A部分能量补充到B部分，并且使改造后的频谱曲线光滑，曲线特征符 合图3中所示的频谱包络线特征；
[0025]图5为本发明的一具体实施例中非线性扫描信号时频曲线和非线性扫描信号的 示意图，左图为时频曲线，可以看出优势频带部分所用时间较长，即能量相对较高，右图为 该扫描信号波形图；
[0026]图6为本方法信号单炮与常规线性扫描信号单炮效果对比固定增益的示意图，左 图为本方法信号单炮，右图为常规线性扫描信号单炮，可以看出本方法信号单炮目的层同 相轴更加清晰，信噪比更高；
[0027] 图7为本方法信号单炮与常规线性扫描信号单炮效果对比（age)的示意图，左图 为本方法信号单炮，右图为常规线性扫描信号单炮，可以看出本方法信号单炮目的层同相 轴更加清晰，信噪比更高；
[0028] 图8为本方法信号单炮与常规线性扫描信号单炮效果对比（30-60HZ)的示意图， 左图为本方法信号单炮，右图为常规线性扫描信号单炮，可以看出本方法信号单炮目的层 同相轴更加清晰，信噪比更高；
[0029] 图9为本方法信号单炮与常规线性扫描信号单炮频谱对比的示意图，左图为本方 法信号单炮频谱，右图为常规线性扫描信号单炮频谱，可以看出本方法信号单炮频谱中优 势频带能量显著的得到提高（图中蓝线以上面积），频带宽度拓宽（_24dB)5Hz;
[0030] 图10为本方法信号剖面与常规线性扫描信号剖面效果对比的示意图，上图为本 方法信号剖面，下图为常规线性扫描信号剖面，可以看出本方法信号剖面中信噪比更高，目 的层成像更加清晰，反射信息更加丰富，对于指导油气勘探是非常有利的。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施 例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0032] 如图1所示，图1为本发明的基于实际资料频谱特征的非线性扫描信号设计方法 的流程图。
[0033] 在步骤101，采用两种扫描长度信号进行线性扫描。在一实施例中，一个较短扫描 长度，另一个较长扫描长度。所述的设计的不同扫描长度的线性扫描信号，这两种扫描信号 的长度要求采用相同的起始频率和终止频率，采用相同的斜坡和出力，两种信号仅仅是在 扫描长度的不同，而这两种信号的扫描长度要求有一定的差距，例如6S和30S，这样有利于 对比分析哪些频率成分能够更好的穿透地层，获得比较高的反射能量，哪些频率成分穿透 地层的能力较弱，衰减较多。流程进入到步骤102。