本文關鍵詞：電磁式可控震源地震信號檢測關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：可控震源具有安全、環(huán)保、參數(shù)可控等優(yōu)勢，被廣泛應用于地震勘探中。對比石油勘探中常用的液壓式可控震源，基于電磁感應原理的電磁式可控震源激發(fā)信號頻帶范圍更寬，在淺層高分辨率地震勘探領域擁有更廣闊的應用前景。本文針對自主研發(fā)的便攜式高頻可控震源系統(tǒng)（Portable High-frequency VibratorSystem，PHVS），圍繞可控震源地震信號檢測理論、方法、數(shù)值模擬、野外實驗等方面，進行了電磁式可控震源地震信號檢測的關鍵技術研究。 由于電磁式可控震源激發(fā)信號為長時間連續(xù)掃描的調(diào)頻信號，采集的原始地震記錄中，反射波等有效信號與其它干擾信號混雜在一起，直接獲得的信號無法識別反射波的到時。同時，由于便攜性設計的要求，電磁式可控震源激發(fā)信號能量較弱，原始地震記錄中的有效信號通常淹沒在較強的環(huán)境噪聲中，信噪比較低。必須通過特定的檢測技術，獲得與炸藥等脈沖震源相似的地震記錄。因此，研究高精度的可控震源地震信號檢測方法具有重要意義。 目前，電磁式可控震源地震信號檢測一般采用基于震源掃描信號或基板附近信號作為參考信號的互相關檢測技術。但通過與國外液壓式可控震源地震數(shù)據(jù)的對比研究發(fā)現(xiàn)，上述檢測方法在復雜地質(zhì)條件下存在子波到時誤差和虛假多次波信號問題。本文系統(tǒng)地分析了產(chǎn)生上述問題的理論原因，并提出基于重構激發(fā)信號的相關檢測方法（A Correlation Detection Method Based on the ReconstructedExcitation Signal，CDMBRES）。該方法通過提取基板附近信號中的直達波信號來估計震源激發(fā)信號，并將其作為相關檢測的參考信號，再應用譜白化技術進一步提高檢測結果的分辨率。在數(shù)值模擬結果中，重構激發(fā)信號與理論激發(fā)信號達到高度線性相關，采用CDMBRES獲得的檢測結果與介質(zhì)模型一致。在野外實驗數(shù)據(jù)應用中，電磁式可控震源PHVS500采用CDMBRES獲得的檢測結果在子波到時和波形特征上與輸出力相差100倍的液壓式可控震源MiniVib T15000一致，且近偏移距端淺層部分平均信噪比提高約1.75dB，同相軸更加連續(xù)，可識別層位更豐富，分辨率得到明顯改善。根據(jù)上述結果可知，CDMBRES有效解決了電磁式可控震源常規(guī)檢測技術在復雜地質(zhì)條件下地震勘探存在的問題，為便攜式可控震源地震信號的高精度檢測提供了關鍵技術。 然而，隨著勘探成本逐步提高，單震源激發(fā)方法已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求。為提高地震勘探的生產(chǎn)效率，本文進一步研究了多震源并行激發(fā)及其地震信號檢測技術。首先研究了交替掃描、滑動掃描和大間隔距離同時掃描等常規(guī)高效采集技術的原理，并將技術應用到野外實驗中，對比單震源采集方法，生產(chǎn)效率得到明顯提高，且地震信號檢測結果一致。隨后針對采集效率更高的多震源并行激發(fā)技術，設計了3種不同的并行激發(fā)方法，并針對采集的混合地震記錄，提出了有效的地震信號檢測方法。 在基于反演和空間幾何濾波的混合地震記錄檢測方法中，布置n臺震源，對各震源掃描信號進行相位編碼并添加隨機激發(fā)延遲，并行激發(fā)n次。采用線性反演的方法初步分離后，，再通過空間幾何濾波進行一步分離，檢測得到各炮點的單震源地震記錄。但是該方法必須考慮單炮點垂直疊加次數(shù)n，震源數(shù)量不能過多，因此生產(chǎn)效率提高有限。 為了不受震源數(shù)量限制，進一步提高生產(chǎn)效率，研究了基于迭代濾波的混合地震記錄檢測方法。該方法可布置任意數(shù)量的可控震源，為各震源設計相同的掃描信號，隨機延遲的并行激發(fā)。針對混合地震記錄，首先從共炮點集變換到其它道集，混合噪聲從連續(xù)形式轉換為隨機噪聲形式，再應用多方向中值濾波等技術進行迭代去噪，最后變換回共炮點集，檢測得到各炮點的單震源地震記錄。但是該方法運算較復雜，且震源數(shù)量越多，檢測效果越差。 為了簡化檢測算法，從震源掃描信號角度出發(fā)，研究了基于隨機分段掃描的混合地震記錄檢測方法。該方法同樣可布置任意數(shù)量的可控震源，基于隨機數(shù)理論將掃描頻帶和掃描時間隨機分段，為各震源設計獨立性較強的掃描信號，互不干擾的并行激發(fā)。地震儀連續(xù)記錄，形成一個大的混合地震記錄，基于匹配濾波技術檢測到各炮點的單震源地震記錄。該方法簡單高效，但對震源要求較高，需要做好質(zhì)量控制。 將三種方法分別應用在數(shù)值模擬和野外實驗數(shù)據(jù)中，在有效提高生產(chǎn)效率的同時，檢測結果與單震源常規(guī)激發(fā)地震記錄相比，子波到時相同，形態(tài)特征一致，相關系數(shù)較高，信噪比下降較小，充分證明了本文研究的混合地震信號檢測方法的有效性。 綜上，本文針對電磁式可控震源，研究了單震源常規(guī)激發(fā)和多震源并行激發(fā)兩類采集方法的地震信號檢測關鍵技術，對于便攜式可控震源高分辨地震勘探具有重要意義。
【關鍵詞】：電磁式可控震源 相關檢測 參考信號 多震源并行激發(fā) 混合地震記錄檢測
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P631.4
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-28
• 1.1 研究背景和意義14-16
• 1.2 研究進展與現(xiàn)狀16-25
• 1.2.1 可控震源地震勘探研究進展與現(xiàn)狀16-20
• 1.2.2 可控震源地震信號檢測技術研究進展與現(xiàn)狀20-22
• 1.2.3 多震源并行激發(fā)混合地震信號檢測研究進展與現(xiàn)狀22-25
• 1.3 研究內(nèi)容與組織結構25-28
• 第2章 可控震源地震勘探及其信號檢測原理28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 可控震源地震勘探基本原理28-32
• 2.2.1 地震勘探工作流程28-29
• 2.2.2 可控震源地震勘探原理29-32
• 2.3 電磁式可控震源系統(tǒng)分析32-35
• 2.3.1 總體結構32-33
• 2.3.2 電控系統(tǒng)33-34
• 2.3.3 激震體34-35
• 2.4 高分辨率地震勘探基礎理論35-37
• 2.4.1 分辨率35-36
• 2.4.2 分辨率與信噪比的關系36-37
• 2.5 可控震源地震信號檢測方法37-42
• 2.5.1 可控震源地震信號檢測基本方法38-39
• 2.5.2 互相關檢測原理研究39-41
• 2.5.3 互相關檢測方法研究41-42
• 2.6 小結42-44
• 第3章 基于重構激發(fā)信號的電磁式可控震源互相關檢測方法研究44-74
• 3.1 引言44
• 3.2 復雜地質(zhì)條件下常規(guī)互相關檢測方法存在的問題44-52
• 3.2.1 問題描述44-48
• 3.2.2 問題分析48-52
• 3.3 重構震源激發(fā)信號原理52-53
• 3.4 基于重構激發(fā)信號的互相關檢測方法53-56
• 3.4.1 重構震源激發(fā)信號53-54
• 3.4.2 互相關檢測54
• 3.4.3 譜白化處理54-56
• 3.5 數(shù)值模擬結果56-65
• 3.5.1 模擬參數(shù)56-58
• 3.5.2 模擬結果及分析58-65
• 3.6 野外實驗數(shù)據(jù)分析65-72
• 3.6.1 吉林長春秦家屯可控震源實驗65-68
• 3.6.2 甘肅金昌銅鎳金屬礦可控震源實驗68-72
• 3.7 小結72-74
• 第4章 可控震源高效采集技術研究74-86
• 4.1 引言74
• 4.2 可控震源高效采集技術74-79
• 4.2.1 交替掃描技術74-76
• 4.2.2 滑動掃描技術76-78
• 4.2.3 大間隔距離同時掃描技術（DS3）78-79
• 4.3 多震源并行激發(fā)采集理論79-85
• 4.3.1 多震源并行激發(fā)采集方法80-83
• 4.3.2 混合地震記錄檢測方法83-85
• 4.4 小結85-86
• 第5章 多震源并行激發(fā)與混合地震記錄檢測方法研究86-112
• 5.1 引言86
• 5.2 基于反演與空間幾何濾波的多震源并行激發(fā)技術研究86-95
• 5.2.1 采集方法設計86-87
• 5.2.2 基于線性反演與空間幾何濾波的檢測方法87-89
• 5.2.3 數(shù)值模擬結果及分析89-95
• 5.3 基于迭代去噪法的多震源并行激發(fā)技術研究95-103
• 5.3.1 采集方法設計95-96
• 5.3.2 基于迭代去噪的檢測方法96-98
• 5.3.3 數(shù)值模擬結果及分析98-100
• 5.3.4 野外實驗結果及分析100-103
• 5.4 基于隨機分段掃描信號的多震源并行激發(fā)技術研究103-110
• 5.4.1 采集方法設計103-106
• 5.4.2 基于匹配濾波的檢測方法106
• 5.4.3 數(shù)值模擬結果及分析106-109
• 5.4.4 野外實驗結果及分析109-110
• 5.5 小結110-112
• 第6章 總結與展望112-116
• 6.1 全文總結112-114
• 6.2 工作展望114-116
• 參考文獻116-126
• 攻讀博士學位期間的科研成果126-128
• 致謝128

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：電磁式可控震源地震信號檢測關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：320974